Mikromechanisch abstimmbarer Hohlleiter für Hochfrequenzanwendungen

Die mikrosystemtechnische Fertigung von Hohlleiterstrukturen erlaubt die Integration von Aktorelementen, die zum Einbringen von Stiften, Blenden oder anderen Geometrieveränderungen in den Leiterkanal eingesetzt werden sollen. So schafft man Diskontinuitäten im Wellenleiter, die definiert gesteuert und für Anpassaufgaben oder zum Aufbau von Filtern eingesetzt werden können.

Für die Umsetzung soll die am Institut vorhandene Erfahrung in der Realisierung verschiedener Aktuierungsmechanismen  ausgenutzt und weiterentwickelt werden. Hier sind zum einen die elektrothermischen Aktoren auf SU-8-Basis zu nennen. SU-8 hat sich nach ersten Tests als langzeitstabiler Konstruktionswerkstoff erwiesen und wurde bereits in früheren Arbeiten am Institut als Aktormaterial für die Realisierung einer elektrothermisch angetriebenen Mikropositionierplattform verwendet. Die erreichbare thermisch getriebene Bewegung ist mit bislang 1-5 Hz für dynamische Veränderungen zu langsam, jedoch als Mechanismus für eine additive Vor- oder Grobeinstellung der Komponente denkbar. Im Hinblick auf den Einsatz von SU-8 in Hochfrequenzkomponenten ist der mit tan δSU-8 = 0,02 für Frequenzen zwischen 75 und 110 GHz hohe Verlustfaktor zu beachten. D.h. der Einsatz des Resists ist auf den Bereich außerhalb der Wellenführung begrenzt.

Zum anderen besteht die Möglichkeit der elektrostatischen Aktuierung über galvanotechnisch hergestellte Aktorformen, die sich durch eine höhere Dynamik und Integrierbarkeit in die Hohlleiterstruktur selbst auszeichnen.

Für die erste Generation von Hohlleitern wird von einer Arbeitsfrequenz von 110GHz ausgegangen. Diese bestimmt die Abmessungen des Hohlleiters. Die genormten Rechteckhohlleiter für den Frequenzbereich 73,8-112 GHz (R900 / WR10) haben die Kantenlängen a = 2,54 mm und b = 1,27 mm. Diese bilden einen Kompromiss aus einem möglichst großen Abstand zur Grenzfrequenz und der Abgrenzung zur Anregung weiterer Wellentypen (H01, H20) neben der magnetischen Grundmode H10.

Eine angepasste und prozessintegrierte Mikroaktorik sorgt für Geometrieänderungen im Leitungskanal. Am eingebrachten metallischen Fremdkörper kommt es zu Reflexionen und zur Anregung zusätzlicher Felder neben der magnetischen Grundmode. Diese werden zwar angeregt, können sich jedoch nicht ausbreiten, so dass deren Energie am Ort der Diskontinuität gespeichert wird. Blenden oder Stifte wirken somit als parallelgeschaltete Kapazitäten (angeregte E-Felder, Blende in y-Richtung) oder Induktivitäten (angeregte B-Felder, Blende in x-Richtung) und beeinflussen die Impedanz des Wellenleiters bzw. die Ausbreitung der Welle.

 

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Technische Universität Darmstadt

Institut für Elektromechanische Konstruktionen

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