Neue verlustarme magnetodielektrische Polymerhybridsubstrate

Es sollten Planar- und Streifenleitungsantennen für Resonanzfrequenzen bei 400 MHz für digitale Notruf-frequenzen und bei 800 für LTE (Long Term Evolution) durch den Einsatz magnetodielektrischer Polymer-substrate miniaturisiert werden, was eine spezielle Anpassung der Material- und Antennenparameter  erfordert. Zur Steigerung des Realteils der Permittivität e‘, der magnetischen Permeabilität m‘ und somit der Erhöhung der Brechzahl der Antennensubstrate wurden hochfrequenztaugliche, magnetische Füllstoffe in möglichst dämpfungsarme Polymermatrizes eingebracht.

Ergebnisse

Mit speziellen Spinellferrit- oder Hexaferrit-Additiven gefüllte Polymere können bei geringen Gesamtdämpfungs-verlusten  GDV =  tand_e + tand_µ < 0,1  (gemessen bei 400 und 800 MHz) als Substrate für die Antennen-miniaturisierung eingesetzt werden. Die Brechzahlen n der untersuchten dämpfungsarmen Polymersubstrate im FuE-Vorhaben erreichen bei 800 MHz Werte zwischen 3 bis 3,3, was einem Miniaturisierungsfaktor k = 1 / n von 0,33 bis 0,3 entspricht. Durch Zusätze mit Spacerwirkung wurde eine Abnahme der Dämpfungsverluste in den Polymer-Spinellferrit-Kompositen sichtbar und auch eine Zunahme von e‘ generiert. Dämpfungsarme magnetodielektrische Polymerverbunde mit GDV-Werten ≤ 0,1 wurden auch bei der Verarbeitung von Kautschuk-Ferrit-Mischungen und auch beim 3D-Druck von elastischen Polymer/Ferrit-Filamenten mittels FDM-Verfahren gewonnen. Hohe Antennengewinne der vertikal polarisierten Demonstrator-Patchantennen bei den Messungen im Freiraum bei 800 MHz von maximal  +5 dBi mit Reflektor und ohne von ca. +2 dBi und auch die Resonanzfrequenzverschiebung von Dipolantennen von 528 und 1170 MHz in einen Bereich von etwa 426,  800 belegen die Eignung der untersuchten Polymersubstrate für die Antennenminiaturisierung.