DE102006029024B3

DE102006029024B3 - Circuit arrangement for use in mobile communication technology for switching matrix-shaped switches, has switches, where magnetic force for actuating switches is produced by applying current to terminals and by adding fields of coils

Info

Publication number: DE102006029024B3
Application number: DE102006029024A
Authority: DE
Inventors: Steffen Kurth; Jörg FRÖMEL; Sebastian Voigt; Stefan Leidich; Jörg Nestler; Alexej Shaporin; Wolfram DÖTZEL; Thomas Gessner
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2026-06-15

Abstract

The arrangement has an array of switches (20), which is arranged in rows and columns. Each switch exhibits a prestress moveable contact and a fixed contact, and a coil arrangement is assigned to each switch. Coils (1) with electrical drive terminals (16, 17) are associated with each column and each row of the switches in planes, respectively. Magnetic force required for actuating the switches is produced by applying current to the terminals of the respective rows and the respective columns and by adding magnetic fields of the coils. An independent claim is also included for a method for switching matrix-shaped switches arranged in rows and columns.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung zur Ansteuerung einer Antennenanordnung mit einzelnen Antennenelementen mit einer Mehrzahl von in Reihen und Spalten angeordneten Schaltern nach der Gattung des Hauptanspruchs und ein Verfahren zum Betätigen von matrixförmig angeordneten Schaltern.The The invention relates to a switch arrangement for controlling a Antenna arrangement with individual antenna elements with a plurality of arranged in rows and columns switches according to the genus of Main claim and a method for operating arrayed arranged Switches.

In der mobilen Kommunikationstechnik entsteht ein wachsender Bedarf an rekonfigurierbaren Antennen, welche hier, beispielsweise durch das Verschalten von kleineren Einzelantennenelementen zu so genannten Patchantennen verschiedener Geometrien realisiert werden können. Dazu ist eine größere Anzahl von getrennt voneinander ansteuerbaren Schaltern notwendig. Die Kosten für solche intelligenten Antennen sollten jedoch die der gegenwärtig verwendeten, nicht steuerbaren Antennen nicht wesentlich übersteigen. Aus die sem Grund ist eine Technologie zur Massenproduktion von rekonfigurierbaren Antennen einschließlich der Schalter in kostengünstiger Weise notwendig.In Mobile communication technology is generating growing demand to reconfigurable antennas, which here, for example, by the interconnection of smaller individual antenna elements to so-called Patch antennas of different geometries can be realized. To is a larger number of separately controllable switches necessary. The costs for however, such intelligent antennas should be those of the ones currently used, not controllable antennas significantly exceed. For this reason is a technology for mass production of reconfigurable Including antennas the switch in cheaper Way necessary.

EP 1 511 119 A1 beschreibt eine rekonfigurierbare Gruppenantenne, die aus einzelnen durch ansteuerbare Schalter verbindbaren Antennenelementen bestehen. EP 1 511 119 A1 describes a reconfigurable array antenna consisting of individual connectable by controllable switch antenna elements.

Aus der US 2004/0 183 633 A1 ist ein bistabiler, magnetisch aktuierter Schalter in einer Einzelausführung bekannt, wobei die bistabile Anordnung ermöglicht, dass jeweils beide Schaltzustände ohne kontinuierliche Energiezufuhr stabil erhalten bleiben. Dabei ist eine Mehrzahl von strukturierten Schichten vorgesehen, die mindestens eine strukturierte Schicht mit einem beweglichen Element einschließen. Dabei sind die strukturierten Schichten übereinander angeordnet und jede Schicht ist mit der benachbarten Schicht verbunden. Eine der Schichten weist einen Elektromagneten oder eine Spule auf. Die bekannten Lösungen dienen der Realisierung von einzelnen bzw. wenigen Schaltern auf technisch relevanten Flächen, wie einer Chipfläche, da bei derartigen Konfigurationen der Aufwand für Verschaltung und Adressierung der Spulen mit der Anzahl der Aktuatoren massiv steigt. Geometrisch dichte Arrays können so bislang nicht realisiert werden. Um eine sehr große Anzahl solcher Schalter auf geringer Fläche zu integrieren, ist es nötig, die Aktuierung und Adressierung kompakt und effizient zu gestalten.Out US 2004/0 183 633 A1 is a bistable, magnetically actuated Switch in a single version known, wherein the bistable arrangement allows both switching states remain stable without continuous energy supply. there a plurality of structured layers is provided, at least a structured layer with a movable element include. there The structured layers are arranged one above the other and each layer is connected to the adjacent layer. One of the Layers comprises an electromagnet or a coil. The well-known solutions serve the realization of single or few switches technically relevant surfaces, like a chip area, because in such configurations the effort for interconnection and addressing the coils massively increases with the number of actuators. Geometric dense arrays can so far not be realized. To a very large number such switch in a small area it is necessary to integrate To make the actuation and addressing compact and efficient.

Aus der EP 0 856 866 B1 sind in einem regelmäßigen Raster organisierte, magnetisch betätigte Schalter bekannt, die eine schichtweise Anordnung eines beweglichen Kontakts, einer mit Abstand dazu angeordneten Spulenplatte, einer Kontaktplatte mit einem Eisenkern und einer isolierenden Schicht aufweisen. Die bekannte Konfiguration erfordert die Verbindung der auf der Spulenplatte angeordneten Spule mit orthogonal zueinander angeordneten Adressleitungen. Die lokale elekt rische Verbindung der sonst voneinander isolierten Leiter erfordert eine Herstellungstechnologie mit einer hohen lateralen Auflösung mit der Möglichkeit, diese Verbindungsstellen zuverlässig zu erzeugen. Weiterhin muss durch Einfügen von Dioden verhindert werden, dass sich Strömpfade über nicht adressierte Spulen ausbilden. Das verhindert wiederum ein Umschalten des Schaltkontakts durch Wechsel der Stromrichtungen und stellt eine weitere Erhöhung des Herstellungsaufwands dar.From the EP 0 856 866 B1 For example, in a regular grid organized, magnetically operated switches are known, which have a layered arrangement of a movable contact, a spaced coil plate, a contact plate with an iron core and an insulating layer. The known configuration requires the connection of the coil arranged on the coil plate with orthogonally arranged address lines. The local elec trical connection of the otherwise insulated conductors requires a production technology with a high lateral resolution with the ability to reliably generate these joints. Furthermore, it has to be prevented by inserting diodes that flow paths form over non-addressed coils. This in turn prevents a switching of the switching contact by changing the current directions and represents a further increase in the manufacturing cost.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Array mit geometrisch dicht angeordneten, vorzugsweise bistabilen magnetisch aktuierten Schaltern zu realisieren, welches geringe technologische Anforderungen an Adressierung und Verdrahtung stellt und dadurch eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Zudem besteht die Anforderung nach Eignung für die Realisierung von rekonfigurierbaren Antennen für Frequenzen der GSM- und UMTS-Bänder, wobei die Frequenzen in einem Bereich liegen, in dem entsprechend dem Stand der Technik durch Schaltarrays konfigurierbare Antennen wegen der spezifischen Baugröße den Einsatz konventioneller Relais nicht gestatten und eine monolithische Integration in die Antenne ebenso nicht möglich ist. Außerdem ist durch die zu erwartende Anwendung in mobilen Geräten weiterhin eine dafür geeignete Robustheit erforderlich.Of the Invention is based on the object, an array with geometric densely arranged, preferably bistable magnetically actuated To realize switches that have low technological requirements addressing and wiring and thereby enables cost-effective production. In addition, there is the requirement for suitability for the realization of reconfigurable antennas for frequencies the GSM and UMTS bands, wherein the frequencies are in a range corresponding to prior art switch arrays configurable antennas because of the specific size of the insert conventional relays and monolithic integration in the antenna also not possible is. Furthermore is still due to the expected application in mobile devices one for that suitable robustness required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs sowie durch die Merkmale des Nebenanspruchs gelöst.These The object is achieved by the characterizing features of the main claim in connection with the Features of the preamble and by the features of the independent claim solved.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen möglich.By in the subclaims specified measures are advantageous developments and improvements ments possible.

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Schalterarray mit vorzugsweise bistabilen, magnetisch aktuierten Schaltern. Die zum Schalten notwendige Kraft wird elektromagnetisch erzeugt. Die Haltekraft in den Endzuständen wird durch Federn bzw. Permanentmagnete aufgebracht. Die Anordnung mit zwei getrennten Spulenlagen ermöglicht durch Überlagerung von Magnetkräften eine aus technologischer Sicht deutliche Reduzierung der Ansteuerkomplexität der in einem Raster angeordneten Einzelschalter. Die Möglichkeit der Verwendung preiswerter Herstellungstechnologien erlaubt es, neue Anwendungsfelder zu erschließen.The The invention relates to a micromechanical switch array with preferably bistable, magnetically actuated switches. The necessary for switching Power is generated electromagnetically. The holding force in the final states becomes applied by springs or permanent magnets. The arrangement with two allows separate coil layers by overlay of magnetic forces from a technological point of view significant reduction of the driving complexity of the a grid arranged individual switch. The possibility of using inexpensive manufacturing technologies allows to open up new fields of application.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die von Ferritkernspeichern bekannte Verschaltung von Spulen durch Überlagerung des magnetischen Flusses weiter entwickelt wird. Die Feldüberlagerung wird nicht zur Magnetisierung eines Speicherbits verwendet, sondern zur Überlagerung der Kraftwirkung zwischen zwei von Strom durchflossenen Spulen und einem Permanentmagneten genutzt, um einen Wechsel des Schaltzustandes jeweils eines bistabilen, magnetisch aktuierten Schalters zu bewirken. Die Addition der Magnetfelder bzw. die Überlagerung der Kraftwirkung der zwei übereinander liegenden Spulen hat den Vorteil, dass nicht alle Aktuatorspulen lokal mit Adressierungsleitungen verbunden werden müssen, sondern dass jeweils alle Spulen einer Reihe bzw. einer Spalte aus einem durchgehenden, isolierten Leiter, z.B. einem isolierten Draht, hergestellt werden können. Es ist somit möglich, eine von der konventionellen makroskopischen Spulenherstellung abgeleitete Mikrowickeltechnologie einzusetzen und somit Mehrlagenmetallisierungen mit lateral hoher Strukturauflö sung zu vermeiden. Die Verwendung kostenintensiver Substratmaterialien wie z.B. hochohmiger Halbleiterwafer oder Nichtleiter, wie Glas, Saphir oder Aluminiumoxidkeramik für die Herstellung von MEMS-Elementen ist weniger durch die vorteilhaften Materialeigenschaften bestimmt, als zur Erfüllen der für mikrotechnologischen Prozesse üblichen hohen Anforderungen an Materialebenheit und Reproduzierbarkeit. Die erfindungsgemäße Verbindung moderner Mikrostrukturierung, wie z.B. Mikroprägen und modifizierten konventionellen Verfahren, wie z.B. Mikrospulenwicklung, stellt einen wesentlichen Entwicklungsschritt für die Realisierung vergleichsweise großflächiger, mechanisch komplexer, rekonfigurierbarer Bauelemente dar. Die Erfindung ermöglicht somit völlig neue Möglichkeiten in vielen Bereichen der Informations- und Kommunikationstechnologie, bei welchen Funktionselemente aus physikalischen Gründen nicht weiter verkleinert werden können. Es wird dabei als wesentlich erachtet, die Bauelementequalität bezüglich Funktionalität und Flexibilität unter der Maßgabe einer marktbestimmenden Kostengrenze deutlich zu verbessern.The stated object is achieved according to the invention by the interconnection of coils known from ferrite core memories Overlapping of the magnetic flux is further developed. The field overlay is not used to magnetize a memory bit, but used to superimpose the force between two current flowing through coils and a permanent magnet to cause a change in the switching state of each of a bistable, magnetically actuated switch. The addition of the magnetic fields or the superposition of the force of the two superimposed coils has the advantage that not all actuator coils must be connected locally with addressing lines, but that each coil of a row or a column of a continuous, insulated conductor, eg a insulated wire, can be made. It is thus possible to use a microwave technology derived from conventional macroscopic coil production and thus to avoid multilayer metallizations with laterally high structure resolution. The use of expensive substrate materials such as high-resistance semiconductor wafer or non-conductor, such as glass, sapphire or alumina ceramic for the production of MEMS elements is less determined by the advantageous material properties, as to meet the customary for microtechnological processes high demands on material flatness and reproducibility. The inventive compound modern microstructuring, such as microembossing and modified conventional methods, such as micro coil winding, represents an essential development step for the realization of relatively large-scale, mechanically complex, reconfigurable components. The invention thus enables completely new possibilities in many areas of information and communication technology in which functional elements can not be further reduced for physical reasons. It is considered essential to significantly improve the component quality in terms of functionality and flexibility under the conditions of a market-limiting cost limit.

Die erfindungsgemäße Schalteranordnung lässt sich aufgrund der zwei geschlossenen Materiallagen, nämlich Trägersubstrat und Aktuatorsubstrat einfach hermetisieren und genügt dadurch den gerätetechnischen Anforderungen mobiler Kommunikationstechnik.The inventive switch arrangement can be due to the two closed material layers, namely carrier substrate and actuator substrate simple Hermetize and suffice thereby the technical equipment Requirements of mobile communication technology.

Vorzugsweise ist der bewegliche Kontakt jedes Schalters und gegebenenfalls auch der jedem Schalter zugeordnete Dauermagnet an einer Folienmembran befestigt, wobei aufgrund der als Folienmembran ausgeführten Aufhängung und der geringen Masse der bewegten Teile die erforderliche mechanische Robustheit für mobile Anwendungen gegeben ist.Preferably is the movable contact of each switch and possibly also the permanent magnet associated with each switch on a foil membrane attached, due to the designed as a film membrane suspension and the low mass of the moving parts the required mechanical Robustness for mobile applications is given.

Vorteilhafterweise können die zwei in unterschiedlichen Ebenen vorgesehenen Spulenlagen des Schalterarrays so ausgebildet sein, dass für jede Reihe bzw. jede Spalte nur eine lang gestreckte schmale Spule vorgesehen ist, die die verschiedenen Spulenkerne einschließt. Es kann jedoch um jeden Spulenkern eine ihm zugeordnete Spule der entsprechenden Reihe und der entsprechenden Spalte angeordnet sein.advantageously, can the two provided in different levels coil layers of the Switch arrays be designed so that for each row or each column only one elongated narrow coil is provided, which covers the different coil cores includes. However, it can be a coil associated with each coil core corresponding row and the corresponding column.

Besonders vorteilhaft ist, dass aufgrund des Vorhandenseins der zwei Spulenlagen es möglich ist, jeweils nur eine Spulenlage zu bestromen und die induzierte Spannung in der anderen Spulenlage zu messen, wodurch die Funktionsfähigkeit diagnostiziert werden kann und der aktuelle Schaltzustand detektiert werden kann, da die gemessene Spannung vom Schaltzustand abhängt.Especially It is advantageous that due to the presence of the two coil layers it possible is to energize only one coil layer and the induced To measure tension in the other coil position, thereby improving the functionality can be diagnosed and detected the current switching state can be, because the measured voltage depends on the switching state.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described in the following Description closer explained. Show it:

1 eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Schalterarray, angewendet für ein Array von Antennenelementen, und 1 a plan view of the switch array according to the invention, applied to an array of antenna elements, and

2 einen Teilschnitt durch das erfindungsgemäße Schalterarray. 2 a partial section through the switch array according to the invention.

Entsprechend den 1 und 2 weist die erfindungsgemäße Schalteranordnung ein als erster Träger bezeichnetes Trägersubstrat 4 und ein in der Zeichnung darüber liegendes als zweiter Träger bezeichnetes Aktuatorsubstrat 3 auf, wobei beide Substrate im Ausführungsbeispiel aus einem für die Verwendung der Hochfrequenztechnik geeigneten Material bestehen, wie Liquid Crystal Polymere, Polyamid, Kapton und dergleichen. Auf dem Trä gersubstrat 4 ist entsprechend 1 ein Feld von einzelnen Antennenelementen 14 reihen- und spaltenweise mit Abstand zueinander aufgebracht. Jedes Antennenelement ist reihenweise und spaltenweise über Schalter 20 mit dem jeweils benachbarten Antennenelement 14 verbunden, so dass die Schalter 20 ebenfalls ein Matrixfeld bilden.According to the 1 and 2 the switch arrangement according to the invention has a carrier substrate designated as a first carrier 4 and an actuator substrate referred to as a second carrier in the drawing above 3 on, wherein both substrates in the embodiment consist of a suitable material for the use of radio frequency technology, such as liquid crystal polymers, polyamide, Kapton and the like. On the Trä gersubstrat 4 is appropriate 1 a field of individual antenna elements 14 applied in rows and columns with a distance from each other. Each antenna element is row by row and column by switch 20 with the respective adjacent antenna element 14 connected, so the switches 20 also form a matrix field.

Wie aus 2 zu erkennen ist, sind in dem Trägersubstrat 4 Mulden 5 vorgesehen, die beispielsweise durch Abformen strukturiert sind und in denen durch Abscheidung geeigneter Materialschichten Kontaktflächen als Festkontakte 6 vorgesehen sind. Diese Kontaktflächen sind mit den Einzelantennenelementen 14 verbunden.How out 2 can be seen are in the carrier substrate 4 Hopper 5 provided, which are structured for example by molding and in which by deposition of suitable material layers contact surfaces as fixed contacts 6 are provided. These contact surfaces are with the individual antenna elements 14 connected.

Eine Folienmembran 7 ist auf das Trägersubstrat 4 bzw. auf die Antennenelementenschicht aufgebracht, wobei gegenüber liegend zu den Festkontakten 6 auf der Folienmembran 7 Kontaktelemente 8 strukturiert sind. Die Folienmembran 7 wird so mit dem Trägersubstrat 4 befestigt, dass eine Vorspannung auf die Kontaktelemente 8 ausgeübt wird, derart, dass sie auf die Festkontakte 6 gedrückt werden. Im Bereich der Mulde 5 ist die Folienmembran 7 frei beweglich. Mit Hilfe der Vorspannung wird die funktionswichtige Membransteifigkeit erreicht. Auf der Oberseite der Folienmembran 7, d.h., auf der Seite, die entgegengesetzt zu den Kontaktelementen 8 liegt, ist die Folienmembran beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren mit strukturiertem, magnetisiertem hartmagnetischem Material im Bereich der Schalter 20 belegt, derart, dass jedem Schalter 20 ein Dauermagnet 9 zugeordnet ist. Wie in 2 zu erkennen ist, ist die Folienmembran 7 für einen Schalter 20 im geschlossenen Zustand 10 bereits ausgelenkt, wobei aufgrund der Vorspannung die nötige Kontaktkraft erzeugt wird.A foil membrane 7 is on the carrier substrate 4 or applied to the antenna element layer, wherein opposite to the fixed contacts 6 on the foil membrane 7 contact elements 8th are structured. The foil membrane 7 becomes so with the carrier substrate 4 attached that a Vorspan tion on the contact elements 8th is exercised, so that they are on the fixed contacts 6 be pressed. In the area of the trough 5 is the foil membrane 7 versatile. With the help of the bias the functionally important membrane rigidity is achieved. On top of the foil membrane 7 , ie, on the side opposite to the contact elements 8th is, the film membrane, for example, by a screen printing process with structured, magnetized hard magnetic material in the switch area 20 occupied, such that each switch 20 a permanent magnet 9 assigned. As in 2 it can be seen, is the foil membrane 7 for a switch 20 in the closed state 10 already deflected, due to the bias the necessary contact force is generated.

Auf das Aktuatorsubstrat 3 sind gegenüberliegend zu den auf die Folienmembran 7 aufgebrachten Dauermagneten 9 ebenfalls strukturierte Elemente eines magnetischen Materials als Spulenkerne 11 aufgebracht. Um die Spulenkerne 11 herum trägt das Aktuatorsubstrat 3, das ebenfalls durch Abformung strukturiert sein kann, zwei getrennte Lagen jeweils spaltenweise in Serie geschaltete Spulen 1 und reihenweise in Serien geschaltete Spulen 2, die jeweils in unterschiedlichen Ebenen übereinander liegen. Die Spulen 1, 2 und die Spulenkerne 11 sind insgesamt in ein isolierendes Material 15 eingebettet, das als Isolierschicht mit dem Aktuatorsubstrat verbunden ist und auch zum mechanischen Fixieren der Spulen dient.On the actuator substrate 3 are opposite to those on the foil membrane 7 applied permanent magnet 9 also structured elements of a magnetic material as coil cores 11 applied. To the coil cores 11 around the actuator substrate carries 3 , which can also be structured by impression, two separate layers each column-wise connected in series coils 1 and series-connected coils 2 , which lie one above the other in different levels. The spools 1 . 2 and the coil cores 11 are altogether in an insulating material 15 embedded, which is connected as an insulating layer with the actuator substrate and also serves for mechanically fixing the coil.

Wie im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 zu erkennen ist, sind jedem Kern zwei übereinander liegende Spulen 1, 2 zugeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann für jede Reihe bzw. jede Spalte anstelle der einzelnen Spulen eine lange Spule gebildet werden, die dann alle Spulenkerne 11 der jeweiligen Reihe bzw. Spalte umschließt. Grundsätzlich können die Spulen jeder Spalte bzw. jeder Reihe beider Ausführungsformen aus einem durchgehenden Draht gewickelt sein und es ist lokal am Schalter kein Wechsel zwischen den Ebenen bzw. keine Kontaktierung nötig.As in the embodiment of the 1 and 2 can be seen, each core are two superimposed coils 1 . 2 assigned. In another embodiment, a long coil may be formed for each row or each column instead of the individual coils, which then all coil cores 11 encloses the respective row or column. In principle, the coils of each column or each row of both embodiments can be wound from a continuous wire and it is locally on the switch no change between the levels or no contact needed.

Für die Ansteuerung der Spulen, d.h. für ihre Bestromung, sind für jede Reihe Anschlüsse 16 und für jede Spalte Anschlüsse 17 vorgesehen.For the control of the coils, ie for their energization, are for each row connections 16 and connections for each column 17 intended.

Im nichtbestromten Zustand der Spulen 1, 2 können die Schalter zwei Zustände haben, wie sie in 2 dargestellt sind, nämlich der geschlossene Zustand 10 des Schalters 20 und der geöffnete Zustand 12. Der stabile Haltezustand bei geöffnetem Schalter 20 wird durch den jeweiligen Spulenkern 11 in Zusammenhang mit dem Dauermagneten 9 erzielt. In diesem Fall ist die zwischen dem Dauermagneten 9 und dem Spulenkern 11 erzeugte Haltekraft größer als die Rückstellkraft oder Federkraft der Folienmembran 7. Der geschlossene Zustand 10 des Schalters 20, links in der 2, ist ebenfalls stabil, da die Magnetkraft zwischen Spulenkern 11 und Dauermagnet 9 durch den größeren Spaltabschnitt nicht mehr ausreicht, um die Folienmembran 7 nach oben zu ziehen.In the non-energized state of the coils 1 . 2 For example, the switches can have two states as they are in 2 are shown, namely the closed state 10 of the switch 20 and the open state 12 , The stable holding state with the switch open 20 is through the respective bobbin core 11 in connection with the permanent magnet 9 achieved. In this case, that is between the permanent magnet 9 and the spool core 11 generated holding force greater than the restoring force or spring force of the film membrane 7 , The closed state 10 of the switch 20 , left in the 2 , is also stable, as the magnetic force between coil core 11 and permanent magnet 9 through the larger gap section is no longer sufficient to the film membrane 7 to pull up.

Wenn ein Schalter von dem einen Schaltzustand 10 in den anderen Schaltzustand 12 gebracht werden soll, werden über die jeweiligen Anschlüsse 16 und 17, die als Adressleitungen bezeichnet werden können, die Spulen 1 der jeweiligen Spalte und die Spulen 2 der jeweiligen Reihe gleichsinnig bestromt, wodurch durch jede Spule der jeweiligen Spalte und der jeweiligen Reihe ein Magnetfeld erzeugt wird. Es wird aber nur eine Addition der jeweiligen zwei Spulen 1, 2 des im Kreuzungspunkt 13 liegenden Schalters erreicht. Nur in diesem Kreuzungspunkt 13 führen zwei übereinander liegende Spulen 1, 2 Strom. Die Ansteuerung bzw. die Bestromung geschieht in der jeweiligen Reihe bzw. Spalte gleichsinnig, wobei jeweils abhängig von dem vorhergehenden Schaltzustand die gleichsinnige Bestromung in positiver oder negativer Stromrichtung stattfindet. Somit können alle Schalter sequentiell oder auch gruppenweise im Zustand verändert werden. Aufgrund der Addition der Magnetfelder bzw. der Magnetkraft ist es möglich die magnetische Haltekraft bzw. die Rückstellkraft der Folienmembran in den Endzuständen zu überwinden und somit den Schalter in den jeweils anderen Zustand zu überführen. Bei den nicht im Kreuzungspunkt 13 liegenden Schaltern 20 reicht die von den jeweiligen Spulen einer Ebene erzeugte Magnetkraft nicht aus, um den Schaltzustand zu ändern.When a switch from the one switching state 10 in the other switching state 12 should be brought about the respective connections 16 and 17 , which can be referred to as address lines, the coils 1 the respective column and the coils 2 energized in the same direction in the respective row, whereby a magnetic field is generated by each coil of the respective column and the respective row. But it is only an addition of the respective two coils 1 . 2 at the crossroads 13 reached lying switch. Only in this crossing point 13 lead two superimposed coils 1 . 2 Electricity. The control or the energization takes place in the same row or column in the same direction, in each case depending on the previous switching state, the same direction of energization takes place in a positive or negative current direction. Thus, all switches can be changed sequentially or in groups in the state. Due to the addition of the magnetic fields or the magnetic force, it is possible to overcome the magnetic holding force or the restoring force of the film membrane in the final states and thus to transfer the switch in the other state. Not at the crossroads 13 lying switches 20 The magnetic force generated by the respective coils of a plane is not sufficient to change the switching state.

Das Trägersubstrat 4, gegebenenfalls auch das Aktuatorsubstrat 3 kann die Funktion eines Chipgehäuses oder einer Außenwand eines Gerätes haben. Ein derartiges Chipgehäuse lässt sich aufgrund der zwei geschlossenen Materiallagen einfach hermetisieren. Im Fall einer Anwendung des Schalterarrays zur Rekonfiguration von Patchantennen erfolgt die Abstrahlung vorzugsweise durch das Trägersubstrat 4.The carrier substrate 4 , optionally also the actuator substrate 3 may have the function of a chip package or an external wall of a device. Such a chip housing can be easily hermetized due to the two closed material layers. In the case of an application of the switch array for the reconfiguration of patch antennas, the radiation preferably takes place through the carrier substrate 4 ,

Beispiel:Example:

Im Folgenden wird ein genaueres Beispiel der Anordnung nach 1 und 2 beschrieben. Das Trägersubstrat besteht aus Liquid Crystal Polymer und wird durch Heißprägen strukturiert. Die Einzelantennenelemente 14 und die Kontaktbereiche als Festkontakte 6 werden mittels Sputtertechnik und Lithographie definiert und nachfolgend galvanisch verstärkt. Die Folienmembran 7 eine Mylarfolie, welche auf der dem Trägersubstrat 4 zugewandeten Seite galvanotechnisch gefertigte Kontaktelemente 8 und auf der anderen Seite mittels Siebdruck aufgebrachte und anschließend magnetisierte NdFeB Permanentmagnete 9 trägt. Die Folienmembran 7 wird gespannt und mittels eines Haftmittels mit dem Trägersubstrat 4 verbunden. Die Bearbeitung des Aktuatorsubstrats 3 beginnt mit dem Aufdrucken und Aushärten der Spulenkerne 11 aus MnZn-Ferrit. Die spalten- und reihenweise organisierten Spulen 1, 2 werden durch Wickeln eines dünnen Kupferlackdrahtes hergestellt. Der aus der Ebene stehende Spulenkern dient dabei jeweils als Wickeldorn. Das Wickeln der einzelnen Spulen 1, 2 wird sequentiell, übereinander begin nend, wahlweise mit der Zeile oder Spalte durchgeführt. Schließlich wird die Isolierschicht 15 aufgebracht.The following is a more specific example of the arrangement 1 and 2 described. The carrier substrate is made of liquid crystal polymer and is patterned by hot stamping. The individual antenna elements 14 and the contact areas as fixed contacts 6 are defined by sputtering and lithography and subsequently galvanically reinforced. The foil membrane 7 a Mylarfolie, which on the the carrier substrate 4 facing side electroplated contact elements 8th and on the other side screen-printed and then magnetized NdFeB Permanent magnets 9 wearing. The foil membrane 7 is stretched and by means of an adhesive to the carrier substrate 4 connected. The processing of the actuator substrate 3 begins with the printing and curing of the coil cores 11 made of MnZn ferrite. The columns and rows organized coils 1 . 2 are made by winding a thin copper enamel wire. The standing out of the plane spool core serves each as a winding mandrel. The winding of the individual coils 1 . 2 is performed sequentially, one above the other, optionally with the row or column. Finally, the insulating layer 15 applied.

Claims

Circuit arrangement for controlling an antenna arrangement with individual antenna elements having a plurality of switches arranged in rows and columns, each having at least one resiliently biased movable contact and at least one fixed contact and which is associated with a coil arrangement, wherein depending on a magnetic field generated by the coil assembly of the respective Switch is actuated, characterized in that in a first level of each row of switches ( 20 ) at least one coil ( 2 ) with electrical control connections ( 16 ) and in a second level of each column of switches ( 20 ) at least one coil ( 1 ) with electrical control connections ( 17 ), which is used to actuate one in a node ( 13 ) of a row and a column switch required magnetic force by energizing the terminals of the respective row and the respective column and adding the magnetic fields of the first and second coil ( 1 . 2 ) of the respective switch ( 20 ) is producible.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the fixed contacts ( 6 ) the desk ( 20 ) on a first carrier ( 4 ) and the coils ( 1 . 2 ) on a second, at a distance from the first carrier ( 4 ) ( 3 ) are arranged.

Circuit arrangement according to Claim 1 or Claim 2, characterized in that each switch ( 20 ) a magnetic core ( 11 ) assigned.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 3, characterized in that each switch ( 20 ) a coil ( 1 . 2 ) is assigned in the first and second levels, which lie one above the other, wherein the coils of each row ( 2 ) and the coils of each column ( 1 ) are each electrically connected in series.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the coils ( 2 ) of each row and the coils ( 1 ) of each column are made of a continuous insulated conductor, preferably wire, around the cores.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the movable contact ( 8th ) is connected to a part of magnetic material.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the switch ( 20 ) is designed as a bistable switch with two stable switch states.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 7, characterized in that a first stable switch state given by a force acting on the movable member spring force is.

Circuit arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that the part of magnetic material is a permanent magnet ( 9 ) which is in a second stable switch state with the core ( 11 ) enters holding connection.

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the movable contact ( 8th ) of each switch ( 20 ) with a foil membrane ( 7 ) and that the foil membrane ( 7 ) with prestressing on one of the fixed contacts ( 6 ) carrying carrier ( 4 ), that the movable contacts ( 8th ) and the fixed contacts ( 6 ) in the first switch state ( 10 ) in electrical connection.

Circuit arrangement according to Claim 10, characterized in that the permanent magnet ( 9 ) of each switch ( 20 ) with the opposite to the moving contact ( 8th ) lying side of the membrane membrane ( 7 ) is firmly connected.

Circuit arrangement according to Claim 10 or Claim 11, characterized in that the film membrane ( 7 ) between the switches with the carrier ( 4 ) connected is.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 12, with a plurality on the support ( 4 ) arranged separate antenna elements ( 14 ), which are accessible via the large number of switches ( 20 ) are connectable.

Circuit arrangement according to claim 13, characterized in that the carrier ( 4 ) consists of a material which controls the radiation of the antenna elements ( 14 ) allowed through him.

A method of switching matrix arranged in rows and columns switches, each having a movable contact and at least ei NEN have fixed contact and are arranged opposite to the contacts at a distance matrix-like first and second coils in different planes to each other, wherein the first and second coils each row and / or columns are controlled such that the switch to be switched associated first and second coils generate two magnetic fields which cause a strong magnetic force by superposing and the switch ( 20 ) brings from one switch state to the other, while for the remaining switches of the driven row and column only a magnetic field of low power is generated and the force caused is not sufficient to the associated switch ( 20 ) from one switch state to the other.

Method according to claim 15, characterized in that that the first and second coils in rows and columns to generate the overlay the magnetic fields in the crossing point of the control in the same direction be energized, wherein the transfer of the Switch from the first to the second switch state, the energization in one direction and from the second to the first switch state the current is carried out in the other direction.

A method according to claim 15 or claim 16, characterized characterized in that for determining the functionality or the current switching state, only the coils of a plane are energized and the induced voltage measured in the coils of the other plane becomes.