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9-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Antennen LDS-MID: Bereit

Antennen LDS-MID: Bereit für die nächste Mobilfunk-Generation Kompakte 3D-Antennen für künftige Anwendungen im Millimeterwellenbereich entwickelt die LPKF Laser & Electronics AG zusammen mit dem Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme (HFT) der Leibniz Universität Hannover. Mit zunehmender Frequenz steigen auch die Anforderungen an die Antennenkomponenten. Im Rahmen einer Kooperation mit dem Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme (HFT) der Leibniz Universität Hannover wird aktuell die Anwendung des LPKF-LDS-Verfahrens für zukünftige Drahtlosapplikationen genau unter die Lupe genommen. LDS steht für Laser-Direktstrukturierung. Mehrere zum Herbst des Jahres angestrebte Veröffentlichungen zeigen die Eignung der LDS- Technologie für Antennen im Millimeterwellenbereich – zum Beispiel für den Mobilfunk der fünften Generation (5G) oder Automotive-Sensorik. Ambitionierte Anforderungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Integrationsdichte und eine Erweiterung der Frequenzbänder erfordern flexible Ansätze für die Funktionalisierung vorhandener Bauräume bei hochfrequenten Anwendungen. Eine Lösung: Die MID-Technologie. Elektrische Strukturen, wie z.B. Antennen, können damit auf nahezu beliebig geformten Flächen aufgebracht werden. Der dreidimensionale Aufbau ermöglicht eine flexible Antennenentwicklung, um so auch bei sehr herausfordernden Randbedingungen zukunftsfähige Lösungen zu bieten. Das HFT setzt für seine Entwicklungen auf die LDS-Technologie. Dabei strukturiert ein Laserstrahl einen dreidimensionalen Körper, der aus einem LDS-dotierten Kunststoff hergestellt wurde. Der Laserstrahl überträgt ein gewünschtes Schaltungslayout auf das Substrat und aktiviert dabei das Additiv. In einer nachfolgenden stromlosen Metallisierung bauen sich an den überfahrenen Strukturen Kupferschichten auf, die sich anschließend mit unterschiedlichen Oberflächenfinishes veredeln lassen. Die LDS-Technologie ist bereits als bevorzugtes Fertigungsverfahren für 3D-Antennen im Consumer-Bereich etabliert. In vielen Smartphones, Tablets und Wearable Devices finden sich heutzutage LDS-Antennen, die den Frequenzbereich bis 6 GHz abdecken, z.B. für Bluetooth, LTE oder WiFi. Je höher die Sendefrequenz, desto kürzer die Wellenlänge – damit steigen auch die Anforderungen an die Komponenten. Die Frage nach den relevanten Fertigungskriterien für HF-Anwendungen, die jenseits von 6 GHz arbeiten, legte den Grundstein für die Kooperation zwischen dem HFT und LPKF. Da für zukünftige Funksysteme auch im Bereich der Consumer Electronics oder Smart Home eine Erweiterung der Nutzfrequenzbänder zu höheren Frequenzen zu erwarten ist, liegt ein Fokus der Kooperation auf der Evaluierung und Optimierung der LDS-Fertigung für Anwendungen im Millimeterwellenbereich, z.B. für künftige 5G-Kommunikationstechnologien. Die Firma Huber+Suhner hat ein hochinteressantes Steckverbindersystem für DAS-Systeme (Distributed Antenna Systems) auf den Markt gebracht. Die Verbinder sind einteilig und überzeugen durch ihre einfache Feldmontage. Dank dem neuentwickelten All-in-One Kabelvorbereitungswerkzeug für 1/2-Zoll-Plenum-Wellmantelkabel ist das Steckverbindersystem besonders schnell einsatzbereit. Diese Quick-Fit-plus-Steckverbinder sind für eine Vielzahl von Plenum-Wellmantelkabel Erste Prototypen einer Antenne zum Einsatz in der Millimeterwellensensorik bei 24 GHz wurden am HFT gefertigt und durch Messungen erfolgreich verifiziert. Die Fertigung von Testantennen bei 77 GHz ist aktueller Inhalt der Zusammenarbeit. Die bereits durchgeführten Testmessungen zeigen sich auch für diese Anwendungen sehr vielversprechend und lassen neue Möglichkeiten für LDS-basierte Antennen bei höheren Frequenzen erwarten. Erste Veröffentlichungen der Ergebnisse werden im Herbst 2016 erwartet und in wissenschaftlichen Magazinen sowie internationalen Konferenzen diskutiert. Interessenten können sich bereits jetzt beim LPKF- Projektverantwortlichen Malte Fengler (malte.fengler@lpkf. com) für weitergehende Informationen vormerken lassen. ■ Quelle: HFT, Hannover LPKF Laser & Electronics AG www.lpkf.de Neuartiges Steckverbindersystem für die Antennentechnik mit N-, 4.1/9-5-, 4.3-10- und 7/16-Verbinder verfügbar. Das feldmontierbare HF-Steckverbindersystem weist folgende Kennzeichen auf: • außerordentlich PIM-stabil • schnelle und einfache Kabelvorbereitung • zuverlässige „One-Click/ Positive-Stop“-Verbindermontage • One-Piece-Steckverbinder- Design • für mehrere Kabelmarken konzipiert ■ Huber+Suhner AG www.hubersuhner.com 28 hf-praxis 9/2016

Antennas Using AntSyn to Design an Ultra-Wideband Antenna numerous iterative simulations and a significant amount of design knowledge. Fortunately, research into the use of evolutionary algorithms (EAs), a programmatic method for exploring the design space and automatically locating superior antenna designs, has matured into a viable technology. EA is proving to be more effective at generating antenna structures with higher performance than would otherwise be developed by traditional methods. This application note demonstrates the use of AntSyn antenna synthesis and optimization technology, which uses a proprietary EA methodology to accelerate the overall antenna development process. The requirement for this design was a wideband planar antenna fitting within a 7” x 10” form factor. The antenna’s operating band needed to start as low in frequency as possible given the size constraint, with the upper frequency range at or above 1 GHz. Frequencies higher than 2.5 GHz were not of interest. The low end of the operating band was initially set at 300 MHz and expected to be difficult to achieve in this size. It was preferable not to extend Figure 1: Spec sheet for initial AntSyn design run Figure 2: Results of this initial design run within AntSyn Growing demand for wireless connectivity relies on integrated antenna solutions customized for optimal system performance, cost, and size. Achieving multiple performance metrics such as impedance matching, gain, radiation efficiency, and operating bandwidth is a time consuming process involving Figure 3: Results for 7” x 10” form factor hf-praxis 9/2016 29

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