Wellhornantennen finden breite Anwendung in Millimeterwellensystemen, in denen eine präzise Strahlformung, geringe Nebenkeulenpegel und eine hohe Polarisationsreinheit erforderlich sind. Diese Vorteile ergeben sich aus den feinen, periodischen Wellenstrukturen, die entlang der Innenfläche des Horns ausgebildet sind – Strukturen, deren Herstellung mit steigenden Betriebsfrequenzen und abnehmenden Wellenabständen im Bereich von wenigen hundert Mikrometern zunehmend schwieriger wird.
Die in dieser Arbeit vorgestellten gewellten Hornantennen wurden von Horizon Microtechnologies mithilfe einer mikropräzisen additiven Fertigung hergestellt, die durch die 3D-Drucktechnologie von Boston Micro Fabrication ermöglicht wurde, gefolgt von Horizons firmeneigenem Metallisierungsverfahren. Die Mikro-AM-Plattform von BMF ermöglicht die präzise Fertigung dicht wiederholter Wellenstrukturen mit enger Teilungssteuerung, gleichmäßiger Tiefe und hervorragender Oberflächengenauigkeit – Eigenschaften, die mit herkömmlicher Bearbeitung im Millimeterwellenbereich nur äußerst schwer zu erreichen sind.
Mithilfe des hochpräzisen 3D-Drucks lässt sich die gesamte Horn-Geometrie – einschließlich der inneren Riffelungen, der Modenübergangsabschnitte und der Zuführungsstrukturen – als monolithisches Polymerteil herstellen. Dadurch werden Ausrichtungsfehler vermieden, die bei geteilten oder zusammengesetzten Konstruktionen auftreten können, und eine gleichmäßige Riffelungsgeometrie über die gesamte Länge des Horns gewährleistet. Die gedruckten Oberflächen weisen eine sehr geringe Rauheit auf, was sie zu einem idealen Untergrund für die anschließende Metallisierung macht und die HF-Verluste nach der Beschichtung minimiert.
Nach dem Druck bringt Horizon eine konforme Metallisierung mit hoher Leitfähigkeit auf, die die inneren Rillen und Übergangsbereiche vollständig bedeckt. Der Schnitt eines gewellten Horns der WR5-Reihe nach der Fertigung bestätigt eine gleichmäßige Metallabscheidung selbst tief in den Rillen und belegt damit die Fähigkeit des kombinierten BMF-Druck- und Horizon-Beschichtungsverfahrens, feine geometrische Details auch in komplexen inneren Strukturen zu bewahren.
Durch die Kombination der Präzision des mikroskaligen 3D-Drucks von BMF mit der fortschrittlichen Metallisierung und der auf HF-spezifisches Design für die additive Fertigung spezialisierten Expertise von Horizon lassen sich gewellte Hornantennen mit kürzeren Vorlaufzeiten, geringerem Gewicht und größerer geometrischer Freiheit herstellen, als dies mit herkömmlichen Fertigungsmethoden möglich ist. Damit wird die mikropräzise additive Fertigung zu einer praxistauglichen, serienreifen Lösung für leistungsstarke Millimeterwellen-Antennensysteme in der Luft- und Raumfahrt, der Satellitentechnik sowie in wissenschaftlichen Messgeräten.
