Entwicklung funktioneller Polymer-Titanat-Komposite für den Einsatz als HF-Substratmaterialien und für Gehäuse von miniaturisierten Antennenstrukturen
Projektleiter: Günther Pflug
Projektnummer: BMWi / ZIM - ZF4068917LT7
Laufzeit: 01.10.2018 bis 31.03.2021
Aufgabenstellung
In dem FuE-Projekt sollten dielektrisch gefüllte thermoplastische Polymerkomposite und Silikonelastomere für die Reduzierung der Baugröße von TETRA- und LTE-Antennen bei Frequenzen von 400 MHz bzw. 800 MHz entwickelt werden. Bei den Untersuchungen wurden für die Herstellung der polymerbasierten Antennensubstrate klassische und auch additive Verfahren der Kunststofftechnik eingesetzt. Die Miniaturisierung der Antennen beruht dabei auf der Brechzahlsteigerung der eingesetzten dielektrischen Polymersubstrate. In dem Gemeinschaftsprojekt mit der Fa. Henning Marter Funkbau sollten Dipolantennen mit den Polymerkompositen umhüllt und auch Polymergehäuse für die Aufnahme einer planar inverten F-Antenne (PIFA) hergestellt werden.
Ergebnisse
Thermoplastische Polymerkomposite mit einer Bariumtitanat (BaTiO3) – und / oder einer Titandioxid (TiO2)- Füllung konnten sowohl durch die klassische Extrusion- und Spritzgussverarbeitung und unter Einsatz des additiven Fertigungsverfahrens FDM (Fused Deposition Modeling) zu plattenförmigen Halbzeugen und auch zu Gehäusen verarbeitet werden.
Flüssige Polydimethylsiloxan (PDMS)-BaTiO3-Dispersionen wurden mittels Verguss und unter Verwendung eines 3D-Plottenverfahrens zur Umhüllung von Dipolantennen eingesetzt.
Bei einer Dipolantenne mit der Resonanzfrequenz fr von 1.160 MHz wurde durch 3D-Umdrucken mit einem Elastomer-TiO2-Komposit die Baugröße um 23 % (fneu= 898,4 MHz) und beim Umgießen mit PDMS-BaTiO3 um etwa 40 % (fneu = 694,4 MHz) reduziert.
Anwendung
Durch die Miniaturisierung der Baugröße der Antennenkonstruktion können die Antennen besser an einen vorhandenen Bauraum angepasst werden. Mögliche Einsatzgebiete dieser Antennen sind der Objektfunk in öffentlichen Gebäuden, die Funkkommunikation für ÖPNV, für die kritische Infrastruktur und für Privathaushalte.
