DE19923524C1

DE19923524C1 - Verfahren zur Herstellung einer Antenne für Sende-/Empfangseinrichtungen

Info

Publication number: DE19923524C1
Application number: DE19923524A
Authority: DE
Inventors: Edgar Jochheim
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: BenQ Corp
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2019-05-22

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Antenne und Antenne, wobei der Antennenkörper (ANT) in einem Spritzgießverfahren hergestellt wird und sich optisch in zwei Teilkörper (TK1, TK2) unterscheiden läßt. Der Antennenkörper (ANT) wird derart mit einer Metallschicht überzogen, daß der erste Teilkörper (TK1) vollständig und der zweite Teilkörper selektiv metallisiert werden, wobei der erste Teilkörper (TK1) als Befestigungsmittel (GW) ausgestaltet ist und der zweite Teilkörper eine Struktur (ST) als angepaßte Geometrie zur Optimierung der Antennenwirkung-/leistung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Antenne für Sende-/Empfangseinrichtungen.

In Funk-Kommunikationssystemen werden Nachrichten (beispiels weise Sprache, Bildinformation oder andere Daten) mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen übertragen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen Wellen erfolgt durch Antennen, wobei die Trägerfrequenzen, in dem für das jeweilige System vorgesehe nen Frequenzband liegen.

Dazu werden beispielsweise Drahtantennen verwendet. Nachteil der Drahtantennen ist verhältnismäßig aufwendige Herstellung, bei der zunächst eine Drahtwicklung und ein Gewinde erzeugt werden und anschließend die Drahtwicklung auf das Gewinde um gespritzt werden muß, um damit einen mechanischen Kontakt zu einer Sende-/Empfangseinrichtung und elektrischen Kontakt zu einem Funkteil der Sende-/Empfangseinrichtung zu ermöglichen. Bei der Herstellung der Drahtwicklung ist man zu Kompromissen der Fertigbarkeit gezwungen, die eine suboptimale Antennen leistung zur Folge hat.

Da neben der Forderung, daß bei Sende-/Empfangseinrichtungen säe Abmessungen der Antenne zu begrenzen sind, insbesondere bei mobilen Sende-/Empfangseinrichtungen, auch in zunehmendem Maße die Forderung nach der Sende-/Empfangsfähigkeit in un terschiedlichen Frequenzbereichen ("Dual-Band"-, "Multi- Band"-Geräte) aufkommt, werden Antennen benötigt, die in meh reren Frequenzbereichen nutzbar sind.

Dies bedeutet aber auch eine Vervielfachung der Kosten, da mindestens zwei funktechnisch wirksame Antennengeometrien hergestellt und bzgl. der Antennenleistung optimiert werden müssen.

Der hohe Konkurrenzdruck auf dem Endgerätemarkt, insbesondere bei Mobilfunkgeräten, zwingt jedoch die Hersteller solcher Geräte, möglichst kostenoptimiert bei gleichbleibender bzw. verbesserter Qualität der Geräte zu produzieren.

Aus der WO 97/27642 ist eine zylindrische Keramikantenne, mit einer teilweisen Metallisierung, die auf einem rotationssym metrischen, hohlen Körper angebracht ist, wobei von einem Kontaktpunkt auf der Oberseite der Keramikantenne ein Draht elektrisch leitend befestig ist und durch den zylindrischen Hohlraum des Keramikkörpers zur Unterseite des Keramikkörpers geführt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Antenne für Sende-/Empfangseinrichtungen anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren - gemäß An spruch 1 - wird ein Antennenkörper in einem Spritzgießverfah ren hergestellt, der sich aus zwei Teilkörpern zusammensetzt, wobei es sich bei dem ersten Teilkörper um einen Körper, der als Mittel zur Befestigung ausgestaltet ist, und bei dem zweiten Teilkörper um einen Fortsatz des ersten Teilkörpers handelt, wobei eine erste Längsachse des ersten Teilkörpers parallel zu einer zweiten Längsachse des zweiten Teilkörpers verläuft. Der Antennenkörper wird in einem weiteren Schritt mit einer Metallschicht derart überzogen, daß der erste Teil vollständig metallisiert und der zweite Teil zur Erzeugung einer Struktur als eine angepaßte Geometrie zur Optimierung der Antennenwirkung/-leistung selektiv metallisiert wird.

Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind zum einen die kostengünstige Herstellung, da eine als Befestigungsmittel ausgestaltete mit einer zur Optimierung der Antennenleistung angepaßte Geometrie (Struktur) aufweisende Antenne aus einer Komponente realisiert wird, wobei die dazu notwendigen Werk zeuge und Materialien in der Anschaffung und Verwendung kos tengünstig sind und zum anderen das Verfahren zur Erzeugung der Struktur eine Anpassung zur Optimierung der Antennenwir kung-/leistung zuläßt.

Der wesentliche Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 2 ist eine durch den Mäander, der eine Form einer ebenen Flä chenstuktur "Patch-Struktur" repräsentiert, gewonnene Anpas sungsfreiheit, da Variationen der Mäanderstruktur zur Opti mierung der Antennenwirkung-/leistung nach dem Spritzgießen möglich sind.

Ein wesentlicher Torteil der Weiterbildung nach Anspruch 3 ist eine erweiterte Möglichkeit zur Optimierung der Antennen wirkung/-leistung durch eine Anordnung von zwei funktechnisch wirksamen Antennenflächen "Double-Patch" auf einen Antennen körper.

Wesentlicher Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 4 ist die einfache Erzeugung - einmalige Herstellung einer Spritz gußform - der Struktur, insbesondere die Struktur beider Flä chen einer "Double-Patch"-Anordnung, durch Öffnungen, nie so doziert sind, das eine optimale Anpassung der Antenne zur Optimierung der Antennenwirkung-/leistung gegeben ist.

Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 5 ist die Möglich keit, die Antenne in Sende-/Empfangseinrichtungen einzu schrauben, die zur Befestigung und Anschluß einer Antenne ei ne Öffnung mit einem Innengewinde aufweisen.

Vorteil der Weiterbildung nach Anspruch 6 ist die Möglich keit, die Antenne in Sende-/Empfangseinrichtungen einzu schrauben, die zur Befestigung und Anschluß einer Antenne ei nen zylindrischen Stift mit einem Außengewinde aufweisen.

Wesentliche Vorteile der Weiterbildung nach Anspruch 7 sind die kostengünstige und zeitoptimierte Herstellung der ange paßten Struktur, da dazu keine zusätzlichen Materialen ver wendet werden müssen und nur ein weiterer Schritt - das Aus brennen der Metallschicht - zu ihrer Herstellung notwendig ist, wobei der Laser zusätzlich eine schnelle und präzise Durchführung dieses Verfahrensschrittes garantiert.

Ein wesentlicher Vorteil der Weiterbildungen nach Anspruch 8 bis 10 ist die eine Kostenreduktion durch Verwendung von be reits zur Herstellung von Halbleiterbausteinen der Sende- /Empfangseinrichtungen vorhandene Werkzeuge und Materialien.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1a bis 1c erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1a die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Anten nenkörpers,

Fig. 1b die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Antennen körpers,

Fig. 1c die Draufsicht des erfindungsgemäßen Antennen körpers.

Die Fig. 1a bis 1c zeigen verschiedene Ansichten eines aus einem metallisierbaren Kunststoff - wie er beispielsweise aus der "Molded Interconnect Device"-Herstellung bekannt ist - im spritzgießverfahren hergestellten Antennenkörpers ANT, der sich optisch in einen ersten Teilkörper TK1 mit einer ersten Längsachse LA1 und einen zweiten Teilkörner TK2 mit einer zweiten Längsachse LA2 unterscheiden läßt; wobei im Spritz gießverfahren der Kunststoff in nicht festem Aggregatzustand in eine zumeist aus zwei Teilschalen bestehende Form, die ein negatives Abbild des Antennenkörpers ANT aufweisen, gespritzt und nach Übergang des Kunststoffes in einen festen Aggregat zustand die Teilschalen der Form entfernt werden. Anschlie ßend wird der Kunststoffrohling des Antennenkörpers ANT ent nommen.

Der dargestellte Antennenkörper ANT ist überwiegend mit einer Metallschicht, beispielsweise aus Kupfer, überzogen, wobei die Metallisierung im Anschluß an eine Maskierung von den Be reichen des zweiten Teilkörpers TK2, die keine Metallschicht aufweisen sollen, erfolgt.

Nach der Metallisierung mit Kupfer wird der maskierte zweite Teilkörper ANT von der Maskierung befreit, wobei die demas kierten Stellen im Gegensatz zum restlichen zweiten Teilkör per TK2 frei von Kupfer sind.

Alternativ kann zur Erzeugung einer selektiven Metallisierung ein aus der Halbleiterherstellung bekanntes "Photo-Imaging"- Verfahren verwendet werden, wobei dazu die Bereiche des An tennenkörpers, die eine Metallschicht aufweisen sollen, nach er vollständigen Metallisierung, zunächst mit einem photore sistiven Lack überzogen und anschließend belichtet werden. Durch die Belichtung wird eine Resistenz gegenüber einem Ätz mittel erzeugt, in das der Antennenkörper ANT anschließend getaucht wird. Die ungeschützte Metallschicht wird dabei weg geätzt und der Lack von der geschützten Schicht entfernt.

Wird zur Herstellung des Antennenkörpers ANT alternativ ein nichtmetallisierbarer Kunstoff verwendet, so kann die selek tive Metallisierung durch selektives Auftragen eines Lackes erfolgen, der sich dadurch auszeichnet, daß Metall an ihm haften bleibt, weil er dazu beispielsweise feinste Metallpar tikel aufweist. Nach dem Auftragen dieses sog. "Primär"- Lackes wird der Antennenkörper ANT mit der Metallschicht (Kupfer) überzogen.

Bei einer weiteren Alternative kann auf eine Maskierung des Antennenkörpers ANT verzichtet werden, so daß der Antennen körper zunächst vollständig mit Kupfer überzogen wird. An schließend werden die Stellen, die keine Metallschicht auf weisen sollen, von einem Laser derart bearbeitet, daß das aufgetragene Metall von dem Laser weggebrannt wird.

Die Stellen des zweiten Teilkörpers TK2, die mit Kupfer über zogen sind, bilden eine Struktur ST. Die in der Fig. 1 zu erkennende elektrisch leitende und damit funktechnisch wirk same Struktur ST ist ein Mäander. Dieser Mäander ist je nach Einsatzgebiet des Antennenkörpers ANT, beispielsweise in der mobilen Telekommunikation, so angepaßt, daß sie eine Optimie rung der Antennenwirkung/-leistung gewährleistet.

Alternativ kann die Struktur ST derart ausgestaltet sein, daß auf gegenüberliegenden Seiten des zweiten Teilkörpers TK2 über wiegend eine Metallschicht aufgetragen wird. Diese als "Double-Patch" bekannte Anordnung ermöglicht z. B. die Anpas sung der Antennen zum optimalen Empfang der Antennen auf zwei verschieden Frequenzen, so daß diese Antenne z. B. für "Dual- Band"-Mobilteile eingesetzt werden kann.

Die Geometrie der Struktur ST kann auch alternativ durch zur Optimierung der Antennenwirkung/-leistung geeignet angeordne te Öffnungen, beispielsweise Schlitze und/oder Löcher, er zeugt werden, die bereits beim Spritzgießen durch entspre chende Ausbildung der Form oder durch Bohren und/oder Fräsen nach dem Spritzgießen erzeugt werden.

Der erste Teilkörper TK weist ein Gewinde GW auf, das bereits durch die zum Spritzgießen erforderlich Form erzeugt wurde. Dieses Gewinde GW kann entweder als Außengewinde (Fig. 1a-1c), um in eine Gewindebuchse geschraubt werden zu können, oder als Innengewinde, um auf einen zylindrischen Stift mit Außengewinde geschraubt werden zu können, ausgestaltet sein; wobei in beiden Fällen die Rotationsachse des Gewindes GW de ckungsgleich zur ersten Längsachse LA1 verläuft.

Der erste Teilkörper TK1 und mit ihm das Gewinde GW werden vollständig metallisiert, wobei sichergestellt wird, daß die metallische Struktur ST des zweiten Teilkörpers TK2 elekt risch mit der Metallschicht des ersten Teilkörpers TK1 ver bunden ist, damit eine Sende-/Empfangseinrichtung, in die der Antennenkörper ANT geschraubt wird, einen elektrisch leitfä higen und damit funktechnisch wirksamen Kontakt zur Struktur ST erhält.

Alternativ kann der erste Teilkörper TK1 derart ausgestaltet sein, daß eine mechanische und elektrische Verbindung zur Sende-/Empfangseinrichtung auch ohne Gewinde GW möglich ist, beispielsweise durch Schnappen und Einrasten.

Aus Fig. 1b und 1c ist zu entnehmen, daß die zweite Längs achse (LA2) parallel - im äußersten Fall deckungsgleich - zur ersten Längsachse (LA1) verläuft.

Aus den Fig. 1a bis 1c ist zu erkennen, daß es sich bei der Geometrie des zweiten Teilkörpers TK2 insbesondere um ei nen Quader handelt, da die ebenen Flächen günstig für die Er zeugung der Struktur ST sind, insbesondere bei "Double- Patch"-Anordnung und Mäander-Geometrie, die eine spezifische Form der "Patch-Geometrie" ist.

Der erste Teilkörper TK1 weist im Ausführungsbeispiel ( Fig. 1a bis 1c) eine rotationssymmetrische Geometrie auf, da er ein Gewinde GW trägt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Antenne für Sende-/Emp fangseinrichtungen mit folgenden Merkmalen:

a) aus einem Kunststoff wird in einem ersten Prozeßschritt im Spritzgießverfahren ein Antennenkörper (ANT) geformt, der aus einem ersten Teilkörper (TK1) mit einer ersten Längs achse (LA1) und einem zweiten Teilkörper (TK2) mit einer zweiten Längsachse (LA2) besteht, wobei die zweite Längs achse (LA2) parallel zur ersten Längsachse (LA1) verläuft und der erste Teilkörper (TK1) als ein Mittel (GW) zur Be festigung ausgestaltet wird,
b) der Antennenkörper (ANT) wird in einem zweiten Pro zeßschritt mit einer Metallschicht derart überzogen, daß der erste Teilkörper (TK1) vollständig und der zweite Teilkörper (TK2) zur Erzeugung einer Struktur (ST) eines Antennenleiters selektiv metallisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Struktur (ST) als Mäander aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Struktur (ST) auf zwei sich gegenüberliegende Flächen "Double-Patch" des zweiten Teilkörpers (TK2) aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur (ST) in den zweiten Teilkörper (TK2) zumindest teilweise durchgreifenden Öffnungen aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß

a) der erste Teilkörper (TK1) rotationssymmetrisch ausgestal tet wird,
b) beim Spritzgießen ein als das Befestigungsmittel (GW) aus gebildetes Gewinde auf die Mantelfläche des ersten Teil körpers (TK1) erzeugt wird, wobei die Längsachse des Ge windes (GW) deckungsgleich zur ersten Längsachse (LA1) verläuft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der erste Teilkörper (TK1) rotationssymmetrisch ausgestal tet wird,
b) der erste Teilkörper (TK1) mit einer rotationssymmetri schen Vertiefung erzeugt wird, wobei die Rotationsachse der Vertiefung deckungsgleich zur ersten Längsachse (LA1) verläuft und deren Tiefe maximal der Länge des ersten Teilkörpers (TK1) entspricht, wobei die Richtung der Ver tiefung parallel zur ersten Längsachse (LA1) verläuft,
c) beim Spritzgießen zumindest in einem Teil der Innenwände der Vertiefung ein als das Befestigungsmittel (GW) ausge bildetes Gewinde (GW) erzeugt wird, dessen Rotationsachse deckungsgleich zur ersten Längsachse (LA1) verläuft.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

a) für das Spritzgießen des Antennenkörpers (ANT) ein metal lisierbarer Kunstoff verwendet wird,
b) der Antennenkörper (ANT) in einem ersten Schritt vollstän dig metallisiert wird,
c) die Struktur (ST) des zweiten Teilkörpers (TK2) in einem zweiten Schritt durch Ausbrennen der Metallisierung mit tels eines Lasers erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) für das Spritzgießen des Antennenkörpers (ANT) ein metal lisierbarer Kunststoff verwendet wird,
b) die Struktur (ST) des zweiten Teilkörpers (TK2) derart er zeugt wird, daß ausgewählte Bereiche des zweiten Teilkör pers (TK2) in einem ersten Schritt maskiert werden,
c) der Antennenkörper (ANT) in einem zweiten Schritt mit ei ner Metallschicht überzogen wird,
d) die Maskierung in einem dritten Schritt entfernt wird, wo bei die von der Maskierung befreiten Flächen nach dem Ent fernen keine Metallschicht aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß

a) für das Spritzgießen des Antennenkörpers (ANT) ein metal lisierbarer Kunstoff verwendet wird,
b) der Antennenkörper (ANT) in einem ersten Schritt mit einer Metallschicht überzogen wird,
c) die Struktur (ST) des zweiten Teilkörpers (TK2) derart er zeugt werden, daß ausgewählte Bereiche des zweiten Teil körpers (TK2) in einem zweiten Schritt mit einer photore sistiven Schicht maskiert werden,
d) der Antennenkörper (ANT) in einem dritten Schritt belich tet wird, so daß die photoresistive Schicht eine Resistenz gegenüber Ätzmittel aufweist,
e) der Antennenkörper (ANT) in einem vierten Schritt in das Ätzmittel getaucht wird, wobei die Bereiche des Antennen körpers (ANT), die nicht mit einer photoresistiven Schicht überzogen sind, von der Metallschicht befreit werden,
f) die Maskierung in einem fünften Schritt entfernt wird, wo bei die von der Maskierung befreiten Flächen nach dem Ent fernen eine Metallschicht aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß

a) für das Spritzgießen des Antennenkörpers (ANT) ein nicht metallisierbarer Kunststoff verwendet wird,
b) die Struktur (ST) des zweiten Teilkörpers (TK2) derart er zeugt wird, daß ausgewählte Bereiche des zweiten Teilkör pers (TK2) in einem ersten Schritt mit einem Lack, der derart ausgestaltet ist, daß eine Metallschicht an ihm haften bleibt, maskiert werden,
c) der Antennenkörper (ANT) in einem zweiten Schritt mit ei ner Metallschicht überzogen wird, wobei die Flächen, die mit dem Lack bedeckt sind, eine Metallschicht aufweisen.