JP3895175B2 - Dielectric resin integrated antenna - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車等に搭載されてラジオ、テレビ、カーナビゲーター、電話、ＥＴＣ、衝突防止用の距離センサ、ＣＳ（衛星通信）、等の各種目的の通信等をまとめて行う小型の誘電性樹脂統合アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
自動車では、ラジオ、テレビの他、ＧＰＳ（Global Positioning System)を用いたカーナビゲーションシステムや、自動料金収受システム（ＥＴＣ）の端末、携帯電話、車間距離センサなど、多くの無線通信機器が搭載されている。これらの無線通信機器は、使用周波数帯がそれぞれ異なり、一つのアンテナで兼用できず、各々が単独のアンテナを有している。これらの通信機器のアンテナは、各機器において占める大きさの割合が大きく、車載通信機器類の小型化の妨げとなっている。
【０００３】
そこで、本発明者は、これらの通信機器のアンテナを一体にまとめた統合アンテナを種々試みた。統合アンテナを効果的なものとするには、個々のアンテナ部分の小型化と共に、一体化の容易性が求められる。小型アンテナとしては、フィルムアンテナやパッチアンテナ等がある。しかし、従来のこれらのアンテナは、いずれも材質の面から、小型化と一体化の両方の条件を満たすことが難しい。
例えば、統合する個々のアンテナとして、パッチアンテナを考えたが、一般のパッチアンテナはセラミックスを誘電体として用いるため、一体化が難しい。誘電体としてセラミックスに代えて合成樹脂を用いると、一体化は容易であるが、誘電率が低いため、アンテナが大型化する。また、シート状の平面アンテナを積層して用いることを考えたが、誘電体が合成樹脂であるため、小型化が難しい。
【０００４】
合成樹脂の誘電性を高めた誘電性樹脂材料としては、高誘電率の無機繊維を配合したものが種々提案されている。しかし、繊維は異方性があるため、これを混入した場合、表面精度等の精度が出難く、また誘電特性についても異方性が生じる。特に、薄いフィルムとした場合に、異方性の影響が大きく、位相のずれを招く恐れが生じるなど、アンテナとしての性能に影響が考えられる。特に高周波用のアンテナでは、波長が短いことから、寸法精度等の要求が厳しく、このため、誘電体材料として繊維を混入したものでは、性能確保が難しい。今日、自動車に搭載される通信機器は、高周波化の傾向にある。また、無機繊維は、材料として高価であり、これを用いるとアンテナのコストが高くなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電性樹脂統合アンテナは、互いに異なる周波数帯に対応した複数の周波数帯別アンテナ部分を有し、これら各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材の誘電体と導体とで構成されて互いに一体に統合され、上記各周波数帯別アンテナ部分の上記誘電性樹脂複合材が、合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものであり、上記誘電性樹脂複合材は、誘電体無機粉末の充填材の誘電率と該充填材の配合量との関係、および、誘電体無機粉末の充填材の誘電正接と該充填材の配合量との関係に基づき、誘電率２０以上でかつ誘電正接０．００５以下の誘電セラミックス粉である充填材を１０〜４０容量％配合し、
上記誘電セラミックス粉の充填材は、所望の誘電特性を得るため未完全焼結体であり、上記充填材の平均粒径は、達成すべき誘電正接に基づき０．１μｍ〜１０μｍの範囲である。
この構成によると、誘電体として誘電性樹脂複合材を用いるため、複数のアンテナ部分の一体化が容易に行え、かつ合成樹脂の単独に比べて誘電率が高く、個々のアンテナ部分の小型化が図れる。このように、個々のアンテナ部分の小型化と共に、複数のアンテナ部分の一体化により、統合アンテナの全体の小型化が図れる。また、充填材は、粉末を用いるため、繊維を用いる場合と異なり、異方性が生じ難く、表面精度，寸法精度の確保が容易で、誘電特性の異方性も生じ難い。そのため、誘電特性の異方性等によって位相のずれ等を招くことのない優れた特性のアンテナとできる。このように高性能化も可能になる。また、粉末は繊維に比べて低コストであるため、アンテナのコストも低減できる。
充填材は、アンテナの小型化のためには、なるべく誘電率が高く、かつ無効成分となる誘電正接（Ｔａｎδ）については小さいほど良い。誘電性樹脂複合材は、誘電体無機粉末の充填材の誘電率と該充填材の配合量との関係、および、誘電体無機粉末の充填材の誘電正接と該充填材の配合量との関係に基づき、誘電率２０以上でかつ誘電正接０．００５以下の誘電セラミックス粉である充填材を１０〜４０容量％配合している。
上記誘電率が２０以上でかつ誘電正接が０．００５以下という値は、誘電セラミックス粉として一般に得られる中で、優れた値である。充填材の配合比率は、多いほど誘電性樹脂複合材の誘電率を高くできるが、多すぎると成形性が悪くなる。上記の誘電率および誘電正接を持つ誘電セラミックス粉を充填材として用い、上記配合量とすると、誘電性樹脂複合材として、例えば誘電率が５〜１５程度で、誘電正接が０．０００８〜０．００３程度のものができる。この誘電率および誘電正接の値は、フィルムアンテナとして優れたものとなる。また、充填材の配合量が４０％以下であると、誘電性樹脂複合材の成形性にも優れる。
上記誘電セラミックス粉の充填材は、未完全焼結体としている。高誘電セラミックスは、焼結して初めて、優れた誘電特性が得られる。しかし、完全な焼結体としなくても、仮焼と言われるように、実際の焼結温度よりも少し低い温度で、完全に固まらないところで一旦焼結したものであっても、つまり未完全焼結体であっても、優れた誘電特性を得ることができる。上記誘電セラミックス粉の充填材は、所望の誘電特性を得るため未完全焼結体であり、上記充填材の平均粒径は、達成すべき誘電正接に基づき０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。実験によると、同種材料では粒径が小さい方が、誘電正接が小さくて良好な傾向が得られる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の誘電性樹脂統合アンテナは、互いに異なる周波数帯に対応した複数の周波数帯別アンテナ部分を有し、これら各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材の誘電体と導体とで構成されて互いに一体に統合され、上記各周波数帯別アンテナ部分の上記誘電性樹脂複合材が、合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものである。
この構成によると、誘電体として誘電性樹脂複合材を用いるため、複数のアンテナ部分の一体化が容易に行え、かつ合成樹脂の単独に比べて誘電率が高く、個々のアンテナ部分の小型化が図れる。このように、個々のアンテナ部分の小型化と共に、複数のアンテナ部分の一体化により、統合アンテナの全体の小型化が図れる。また、充填材は、粉末を用いるため、繊維を用いる場合と異なり、異方性が生じ難く、表面精度，寸法精度の確保が容易で、誘電特性の異方性も生じ難い。そのため、誘電特性の異方性等によって位相のずれ等を招くことのない優れた特性のアンテナとできる。このように高性能化も可能になる。また、粉末は繊維に比べて低コストであるため、アンテナのコストも低減できる。
【０００７】
この発明において、上記各周波数帯別アンテナ部分を、板状またはシート状とし、これら各周波数帯別アンテナ部分を積層状態に統合しても良い。各周波数帯別アンテナ部分は、誘電性樹脂複合材の誘電率が互いに異なるものとする。
このように積層することで、複数のアンテナ部分の一体化が容易に行える。また、個々の周波数帯別アンテナ部分は、誘電率が互いに異なるものとするため、周波数帯が大きく異なっていても、各周波数帯別アンテナパターンの寸法差を小さくできる。
【０００８】
この発明において、上記各周波数帯別アンテナ部分がパッチアンテナであっても良い。この場合に、各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材からなる誘電体の誘電率が互いに異なるものとする。これら各周波数帯別アンテナ部分は、例えば平面的に並ぶように統合する。
周波数帯別アンテナ部分をパッチアンテナとし、平面的に並べると、各周波数帯別アンテナ部分の一体化が容易に行える。例えば２色成形や３色成形等のように、同じ金型内で射出成形する方法や、個々の周波数帯別アンテナ部分を熱融着や超音波融着等で溶融接着する方法で、容易に一体化が行える。各周波数帯別アンテナ部分は、誘電性樹脂複合材の誘電率が互いに異なるものとするため、いずれの周波数帯のアンテナ部分も互いに同じ厚みに、かつアンテナパターンの寸法差を小さくでき、一体の平面的な統合アンテナとできる。
【０００９】
各周波数帯別アンテナ部分をパッチアンテナとする場合に、各周波数帯別アンテナ部分の誘電性樹脂複合材からなる誘電体の厚さが互いに異なるものとし、これら各周波数帯別アンテナ部分が平面的に並ぶように統合しても良い。
このように厚さを変えると、同じ誘電率の誘電性樹脂複合材を用いることができて、製造が容易であり、より低コスト化が図れる。
【００１０】
この発明の上記各構成の場合に、上記合成樹脂は熱可塑性樹脂とし、上記誘電性樹脂複合材は、射出形成、押し出し成形、または圧縮成形等の溶融成形が可能なものとすることが好ましい。
このような材質の誘電性樹脂複合材を用いることにより、溶融成形により、誘電性樹脂統合アンテナを希望の形状に簡単に成形することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この誘電性樹脂統合アンテナ１０は、互いに異なる周波数帯に対応した複数の周波数帯別アンテナ部分１〜３を有する。これら各周波数帯別アンテナ部分１〜３は、誘電性樹脂複合材の誘電体部５と導体６とで構成される。各周波数帯別アンテナ部分１〜３は、板状またはシート状等の平面状であり、互いに積層状態に統合される。この統合は、例えば熱融着や超音波融着等の溶融接着により、誘電体部５が相互に一体化するように行われる。各周波数帯別アンテナ部分１〜３がフィルム状のものである場合は、ラミネート加工等により一体に統合しても良い。
各周波数帯別アンテナ部分１〜３は、平面状の誘電体５の表面に導体６が所定のアンテナパターンで形成されたものである。導体６は、例えば印刷または蒸着等により被着された箔状のものである。これら各周波数帯別アンテナ部分１〜３の導体６のアンテナパターンは、それぞれのアンテナ部分１〜３の周波数ｆ１〜ｆ３に応じたパターンとされている。また、各周波数帯別アンテナ部分１〜３の導体６は、互いに重なり部分を略生じないパターンとされている。
【００１４】
各周波数帯別アンテナ部分１〜３の誘電体５の誘電性樹脂複合材は、合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものであり、充填材として粉末が用いられている。誘電性樹脂複合材の具体的な材質例は、各図の実施形態の説明の後に述べる。これらの周波数帯別アンテナ部分１〜３の誘電体５は、誘電性樹脂複合材の誘電率が互いに異なるものとされる。この場合に、各周波数帯別アンテナ部分１〜３の厚みの差が少なくなるように、各周波数帯別アンテナ部分１〜３の誘電体５の誘電率ε１〜ε３が設定されている。この実施形態では、各周波数帯別アンテナ部分１〜３の周波数ｆ１〜ｆ３は桁が異なり、ｆ１≪ｆ２≪ｆ３であって、誘電率ε１〜ε３は、ε１≫ε２≫ε３となっている。誘電率の違いは、誘電性樹脂複合材に配合する誘電体無機粉末の充填材の配合割合などで調整される。
【００１５】
この構成の誘電性樹脂統合アンテナ１０によると、誘電体５として誘電性樹脂複合材を用いたため、複数のアンテナ部分１〜３の一体化が容易に行える。また合成樹脂の単独に比べて誘電率が高く、個々のアンテナ部分１〜３の小型化が図れる。このように、個々のアンテナ部分１〜３の小型化と共に、複数のアンテナ部分１〜３の一体化により、統合アンテナ１０の全体の小型化が図れる。また、充填材は、粉末を用いるため、繊維を用いる場合と異なり、異方性が生じ難く、表面精度，寸法精度の確保が容易で、誘電特性の異方性も生じ難い。そのため、誘電特性の異方性等によって位相のずれ等を招くことのない優れた特性のアンテナ１０とできる。また、粉末は繊維に比べて低コストであるため、アンテナ１０のコストも低減できる。
各周波数帯別アンテナ部分１〜３は、平面状として積層により一体化したため、一体化が容易に行える。また、個々の周波数帯別アンテナ部分１〜３は、誘電率ε１〜ε３が互いに異なるものとしたため、周波数帯が大きく異なっていても、各周波数帯別アンテナ部分（パターン１〜３の寸法）の差を小さくできる。
【００１６】
図２，図３は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の誘電性樹脂統合アンテナ２０は、各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６がパッチアンテナであって、これら各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６を平面的に並ぶように統合したものである。図示の例では、各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６は、それぞれ矩形とされ、２列に配列されている。パッチアンテナからなる各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６は、それぞれ誘電性樹脂複合材の誘電体２７と、この誘電体２７を挟んで表裏に設けた放射側および接地側の導体２８，２９とからなる。誘電性樹脂複合材は、上記実施形態と同じく合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものである。各導体２８，２９は、例えば銀または同等の金属箔または金属薄板が用いられる。各導体２８は、例えば図３に示すように、フープ材の利用によって、複数の導体２８がリード線部２８ａと一体とつながった状態に打ち抜き形成される。
各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６は、誘電体２７の誘電性樹脂複合材の誘電率が互いに異なるものとされている。この場合に、各周波数ｆ１〜ｆ６用の周波数帯別アンテナ部分２１〜２６は、その周波数ｆ１〜ｆ６に応じて、互いに厚みが一定となるような誘電率ε１〜ε６とされている。誘電率の違いは、誘電性樹脂複合材に配合する誘電体無機粉末の充填材の配合割合などで調整される。
【００１７】
各周波数帯別アンテナ部分２１〜２６の一体化状態の統合は、例えば２色成形ないし３色成形等の方法により、同じ金型に各誘電率の誘電性樹脂複合材を順次または同時に注入する射出成形によって行う。すなわち複数材料同時成形とする。導体２８，２９は、インサート成形等で誘電体２７に固定する。周波数帯別アンテナ部分２１〜２６の一体化状態の統合は、この他に、個々の周波数帯別アンテナ部分２１〜２６を製造しておいて、熱融着や超音波融着等の溶融接着によって行っても良い。周波数帯別アンテナ部分２１〜２６が３個以上ある場合、そのうちのいくつか複数を上記の複数材料同時形成とし、その同時成形したもの同士、または同時成形したものと単独の周波数帯別アンテナ部分２１〜２６を融着より一体化しても良い。
【００１８】
この構成の場合も、誘電体２７の誘電性樹脂複合材に誘電体無機粉末の充填材を配合したものを用いたことによる小型化、高性能化、および低コスト化、並びに複数の周波数帯別アンテナ部分２１〜２６の統合による小型化の効果が得られる。
【００１９】
なお、各周波数帯別アンテナ部分をパッチアンテナとして平面状に配列する場合、例えば図４に示すように、誘電性樹脂統合アンテナ３０を円周方向に複数個に区画し、その各区画部分を周波数帯別アンテナ部分３１〜３４としても良い。各周波数帯別アンテナ部分３１〜３４は、図２の実施形態と同様に、誘電体３５とその両面の導体３６とで構成する。
また、図５に示すように、誘電性樹脂統合アンテナ４０を、中心の円形部分およびその外周の円環状部分に区画し、各区画部分を周波数帯別アンテナ部分４１〜４３としても良い。各周波数帯別アンテナ部分４１〜４３は、図２の実施形態と同様に、誘電体４４とその両面の導体４５とで構成する。
これら図４および図５の実施形態における各周波数帯別アンテナ部分３１〜３４，４１〜４３の統合は、図２の実施形態と同様に、同時成形または融着により行う。誘電体３５，４４の材質は、上記各実施形態と同じく合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合した誘電性樹脂複合材である。
【００２０】
図６は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の誘電性樹脂統合アンテナ５０は、各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３をパッチアンテナとし、これら周波数帯別アンテナ部分５１〜５３は、誘電体５４の厚さを互いに異ならせたものとする。これら各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３は、平面的に並ぶように一体に統合する。各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３は、誘電体５４の両面に導体５５，５６を設けたものである。各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３の誘電率εは、互いに同じとしてある。誘電体５４の材質は、第１の実施形態と同じく合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものである。
【００２１】
各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３の一体化は、例えば誘電性樹脂統合アンテナ５０の全体の誘電体５４を一体に射出成形で成形することで行う。
この他に、図７（Ａ）に示すように、それぞれ幅の異なる均一厚さの複数の分割誘電体５４ａ〜５４ｃを別々に成形し、後にこれらの分割誘電体５４ａ〜５４ｃを重ねて溶融接着することで、各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３毎に厚さの異なる誘電体５４を形成しても良い。
また、図７（Ｂ）に示すように、それぞれ幅の異なる均一厚さの複数の分割誘電体５４ａ〜５４ｃを、先に成形された部分をインサートして順次成形して行くようにしても良い。
【００２２】
このように、各周波数帯別アンテナ部分５１〜５３を、厚さの異なるものとすると、同じ誘電率の誘電性樹脂複合材を用いて周波数の違いに対応できる。そのため製造が容易であり、より低コスト化が図れる。
【００２３】
なお、上記各実施形態において、誘電性樹脂複合材は、誘電体特性に異方性が実質上ないものとしてある。ここで言う「異方性が実質上ない」とは、アンテナとして異方性が性能に影響しない程度に低いことを言う。この誘電性樹脂複合材は、誘電率に限らず、異方性のないもの、例えば熱膨張率においても異方性がないものであることが好ましい。上記充填材は、複数種類の充填材を混合させて配合しても良い。合成樹脂についは、複数種を混合させずに１種類としている。誘電性樹脂複合材は、誘電性樹脂組成物とも言える。
【００２４】
次に、上記各実施形態で用いられる誘電性樹脂複合材の具体例を説明する。誘電性樹脂複合材としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂に、誘電体無機粉末の充填材として、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタン酸ネオジウム等のチタン酸塩や、酸化チタンを配合したものが使用できる。この充填材は粉末であり、繊維状のものではない。配合割合は、例えば５〜７０容量％の範囲が好ましいが、より好ましくは１０〜４０％である。
【００２５】
この実施形態において、誘電性樹脂複合材に求める目標性能は、高周波数帯（ギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数帯）において、誘電率が５以上と高く、誘電正接（＝Ｔａｎδ）が０．００５以下、好ましくは０．００１以下と低く、かつ溶融成形可能な樹脂複合材であることである。合成樹脂の単独で誘電率は２〜４程度であるため、誘電性樹脂複合材としては、誘電率は５以上が好ましい。溶融成形は、例えば、射出成形、押し出し成形、または圧縮成形のいずれかが行えれば良い。この目標性能を達成するために、合成樹脂および充填材は次の材質および配合とすることが好ましい。
【００２６】
合成樹脂は、もともと、誘電率には大差がないため、できるだけ誘電正接（＝Ｔａｎδ）が小さい材料、つまりＱ値（＝１／Ｔａｎδ）が高い材料が好ましい。合成樹脂のＴａｎδは、０．００３以下のものが好ましく、このＴａｎδの条件を充足するものとして、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フルオロエチレンプロピレン（ＦＥＰ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、シンジオタクティックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等がある。これらの合成樹脂のいずれをこの誘電性樹脂複合材に用いても良い。
【００２７】
充填材は、なるべく誘電率が高く、かつ誘電正接（＝Ｔａｎδ）が小さいものが良い。充填材としては、誘電率が２０以上で、かつＴａｎδが０．００５以下の高誘電セラミックス粉が好ましい。この条件には、上記の誘電体無機粉末の充填材のうち、チタン酸バリウムがＴａｎδの条件で大きく外れるが他の各充填材、すなわちチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタン酸ネオジウム等のチタン酸塩や、酸化チタンは、いずれも該当する。
充填材の配合量の例は、後に示す表１に記載するが、同表に記載のようにチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタンサンネオジウム等を１０〜４０容量％の範囲で配合すると、誘電率が５〜１５程度で、Ｔａｎδが０．０００８〜０．００３程度の誘電性樹脂複合材とできた。
【００２８】
なお、誘電セラミックス粉は、焼結して初めて優れた誘電特性が得られることから、仮焼と言って、実際の焼結温度（１３００℃程度）より、少し下の温度で、完全に固まらないことろで一旦焼成する。密度的には、完全焼結体の密度を１００とすると、仮焼の未完全焼結体の密度は、９７以上で１００未満の割合が好ましい。なお、従来の誘電性樹脂複合材の一般の提案例は、完全焼結体であり、製造工程上で完全に焼結されたものとする必要がある。また、液層法にて、誘電体粉末を直接作ったものも好ましい。
【００２９】
誘電体無機粉末の充填材の粒径は、平均粒径が０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。実験によると、同種材料では粒径が小さい方が、Ｔａｎδが小さくて良好な傾向が見られる。
【００３０】
次に、各種誘電性樹脂複合材の誘電率等を実験した実験例、および経験式より求めた誘電率等につき説明する。
表１は、誘電性樹脂複合材における合成樹脂をポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）とし、充填材の種類および配合量を、表中に記載のように種々変えた場合の実験結果（生データ）を示す。サンプルは、サンプルNo１〜１５に示す１５種類である。充填材の種類で整理したため、サンプルNoは非整列となっている。表１において、充填材名に付した符号Ａ〜Ｃは、同じ充填材種類であって、配合量のみが異なるものに同じ符号を付し、充填材種類が同じであっても、そのグレード等が異なるものは、異なる符号を付してある。
この表から、前述の内容を繰り返すが、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸カルシウムマグネシウム、チタンサンネオジウム等を１０〜４０容量％の範囲で配合すると、誘電率が５〜１５程度で、Ｔａｎδが０．０００８〜０．００３程度の誘電性樹脂複合材ことがわかる。
【００３１】
【表１】

Figure 0003895175
【００３２】
図８は、誘電性樹脂複合材における合成樹脂をポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）とし、誘電体無機粉末の充填材をチタン酸ストロンチウムとして、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値、および誘電率の経験式の値（理論値）を重ねて示す。図９は同じくそれらの誘電正接（＝Ｔａｎδ）の値を示す。
これらのグラフから、経験式の値は実測値と近似しており、経験式から、充填材の配合量を増やすに従い、誘電率が高くなり、配合量が８０％程度になると、誘電率は８０程度と大きくなることがわかる。誘電正接（＝Ｔａｎδ）の値も、充填材の配合量の増加に従って大きくなるが、その増加の割合は小さい。
【００３３】
図１０，図１１は、誘電性樹脂複合材における合成樹脂をポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）とし、誘電体無機粉末の充填材をチタン酸カルシウムマグネシウムとした場合の例を、図８，図９と同様に示したものである。充填材がチタン酸カルシウムマグネシウムの場合は、充填材の配合量を増やすに従い、誘電率が高くなるが、Ｔａｎδは低下する。
【００３４】
図１２〜図１７は、誘電性樹脂複合材における合成樹脂がポリプロピレン（ＰＰ）である場合について、図中に記載の充填材を用いた場合の例を、図８，図９と同様に示したものである。
【００３５】
なお、上記各実施形態など、この発明の誘電性樹脂統合アンテナにおいて、各周波数帯別アンテナ部分は、それぞれラジオ、テレビ、ＧＰＳ（Global Positioning System)を用いたカーナビゲーションシステムの端末、自動料金収受システム（ＥＴＣ）の端末、携帯電話、車間距離センサなどに用いられる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明の誘電性樹脂統合アンテナは、互いに異なる周波数帯に対応した複数の周波数帯別アンテナ部分を有し、これら各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材の誘電体と導体とで構成されて互いに一体に統合され、上記各周波数帯別アンテナ部分の上記誘電性樹脂複合材が、合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものであるため、周波数帯の異なる通信が一つのアンテナで行え、小型化、高性能化、および低コスト化が図れる。
上記誘電性樹脂複合材は、誘電体無機粉末の充填材の誘電率と該充填材の配合量との関係、および、誘電体無機粉末の充填材の誘電正接と該充填材の配合量との関係に基づき、誘電率２０以上でかつ誘電正接０．００５以下の誘電セラミックス粉である充填材を１０〜４０容量％配合している。
上記誘電率が２０以上でかつ誘電正接が０．００５以下という値は、誘電セラミックス粉として一般に得られる中で、優れた値である。充填材の配合比率は、多いほど誘電性樹脂複合材の誘電率を高くできるが、多すぎると成形性が悪くなる。上記の誘電率および誘電正接を持つ誘電セラミックス粉を充填材として用い、上記配合量とすると、誘電性樹脂複合材として、例えば誘電率が５〜１５程度で、誘電正接が０．０００８〜０．００３程度のものができる。この誘電率および誘電正接の値は、フィルムアンテナとして優れたものとなる。また、充填材の配合量が４０％以下であると、誘電性樹脂複合材の成形性にも優れる。
上記誘電セラミックス粉の充填材は、未完全焼結体としている。高誘電セラミックスは、焼結して初めて、優れた誘電特性が得られる。しかし、完全な焼結体としなくても、仮焼と言われるように、実際の焼結温度よりも少し低い温度で、完全に固まらないところで一旦焼結したものであっても、つまり未完全焼結体であっても、優れた誘電特性を得ることができる。上記誘電セラミックス粉の充填材は、所望の誘電特性を得るため未完全焼結体であり、上記充填材の平均粒径は、達成すべき誘電正接に基づき０．１μｍ〜１０μｍの範囲であることが好ましい。実験によると、同種材料では粒径が小さい方が、誘電正接が小さくて良好な傾向が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明の第１の実施形態にかかる誘電性樹脂統合アンテナの分解斜視図および外観斜視図である。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明の他の実施形態にかかる誘電性樹脂統合アンテナの斜視図およびそのＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】同アンテナの導体の一例を示す平面図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態の平面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態の平面図である。
【図６】（Ａ），（Ｂ）は、それぞれこの発明のさらに他の実施形態の斜視図および線断面図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ同実施形態における誘電体の製造方法の各例を示す説明図である。
【図８】特定樹脂に特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図９】同特定樹脂に同特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電正接の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１０】同特定樹脂に他の特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１１】同特定樹脂に同特定の充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電正接の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１２】他の特定樹脂に他の特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１３】同特定樹脂に同特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電正接の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１４】同特定樹脂にさらに他の特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１５】同特定樹脂に同特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電正接の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１６】同特定樹脂にさらに他の特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電率の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【図１７】同特定樹脂に同特定充填材を配合した誘電性樹脂複合材につき、配合量を種々変えた場合の誘電正接の実測値と経験式による値とを示すグラフである。
【符号の説明】
１〜３…周波数帯別アンテナ部分
５…誘電体
６…電極
１０…誘電性樹脂統合アンテナ
２０…誘電性樹脂統合アンテナ
２１〜２６…周波数帯別アンテナ部分
２７…誘電体
２８，２９…電極
３０…誘電性樹脂統合アンテナ
３１〜３４…周波数帯別アンテナ部分
３５…誘電体
３６…電極
４０…誘電性樹脂統合アンテナ
４１〜４３…周波数帯別アンテナ部分
４４…誘電体
４５…電極
５０…誘電性樹脂統合アンテナ
５１〜５３…周波数帯別アンテナ部分
５４…誘電体
５５…電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a small dielectric resin that is mounted on an automobile or the like and collectively performs communications for various purposes such as radio, television, car navigator, telephone, ETC, collision prevention distance sensor, CS (satellite communication), etc. Concerning integrated antenna.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
In automobiles, in addition to radio and television, many wireless communication devices such as car navigation systems using GPS (Global Positioning System), automatic toll collection systems (ETC) terminals, mobile phones, and inter-vehicle distance sensors are installed. Yes. These wireless communication devices use different frequency bands, and cannot be shared by a single antenna, and each has a single antenna. The antennas of these communication devices occupy a large proportion of each device, which hinders downsizing of in-vehicle communication devices.
[0003]
In view of this, the present inventor has tried various integrated antennas in which the antennas of these communication devices are integrated. In order to make the integrated antenna effective, not only the size of the individual antenna parts but also the ease of integration is required. Small antennas include film antennas and patch antennas. However, it is difficult for these conventional antennas to satisfy both the miniaturization and the integration because of the material.
For example, a patch antenna is considered as an individual antenna to be integrated. However, since a general patch antenna uses ceramics as a dielectric, integration is difficult. If a synthetic resin is used instead of ceramics as a dielectric, integration is easy, but the dielectric is low, so the antenna becomes large. Further, although it was considered to use a sheet-like planar antenna in a stacked manner, it is difficult to reduce the size because the dielectric is a synthetic resin.
[0004]
Various dielectric resin materials with high dielectric constants have been proposed as dielectric resin materials with increased dielectric properties. However, since fibers have anisotropy, when they are mixed, accuracy such as surface accuracy is difficult to obtain, and anisotropy also occurs in dielectric properties. In particular, when a thin film is used, the influence of the anisotropy is large, which may cause a phase shift. In particular, a high-frequency antenna has a short wavelength and thus has a strict requirement for dimensional accuracy and the like. Therefore, it is difficult to ensure performance when fibers are mixed as a dielectric material. Today, communication devices mounted on automobiles tend to have higher frequencies. In addition, inorganic fibers are expensive as materials, and using them increases the cost of the antenna.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  The dielectric resin integrated antenna of the present invention has a plurality of frequency band antenna portions corresponding to different frequency bands, and each frequency band antenna portion is composed of a dielectric material and a conductor of a dielectric resin composite material. Integrated with each other, and the above-mentioned dielectric resin composite material of each frequency band antenna part is a mixture of a synthetic resin and a dielectric inorganic powder filler.The dielectric resin composite material includes the relationship between the dielectric constant of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler, and the dielectric loss tangent of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler. Based on the relationship, 10 to 40% by volume of a filler that is a dielectric ceramic powder having a dielectric constant of 20 or more and a dielectric loss tangent of 0.005 or less,
  The dielectric ceramic powder filler is an incomplete sintered body to obtain desired dielectric properties, and the average particle size of the filler is in the range of 0.1 μm to 10 μm based on the dielectric loss tangent to be achieved..
  According to this configuration, since the dielectric resin composite material is used as the dielectric, a plurality of antenna parts can be easily integrated, and the dielectric constant is higher than that of the synthetic resin alone, and the individual antenna parts can be downsized. I can plan. In this way, the overall antenna can be miniaturized by integrating the plurality of antenna portions together with the miniaturization of the individual antenna portions. Further, since powder is used as the filler, unlike the case of using fibers, anisotropy is unlikely to occur, surface accuracy and dimensional accuracy are easily ensured, and anisotropy of dielectric characteristics is unlikely to occur. Therefore, an antenna having excellent characteristics that does not cause a phase shift or the like due to anisotropy of dielectric characteristics or the like can be obtained. In this way, high performance can be achieved. In addition, the cost of the antenna can be reduced because the powder is less expensive than the fiber.
  In order to reduce the size of the antenna, it is preferable that the filler has a dielectric constant as high as possible and a dielectric loss tangent (Tanδ) that is an ineffective component is as small as possible. The dielectric resin composite material has a relationship between the dielectric constant of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler, and the relationship between the dielectric loss tangent of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler. Based on the above, 10 to 40% by volume of a filler which is a dielectric ceramic powder having a dielectric constant of 20 or more and a dielectric loss tangent of 0.005 or less is blended.
  The values of the dielectric constant of 20 or more and the dielectric loss tangent of 0.005 or less are excellent values that are generally obtained as dielectric ceramic powder. As the blending ratio of the filler increases, the dielectric constant of the dielectric resin composite can be increased. However, if it is too large, the moldability deteriorates. When the dielectric ceramic powder having the above dielectric constant and dielectric loss tangent is used as the filler and the amount is as described above, the dielectric resin composite material has, for example, a dielectric constant of about 5 to 15 and a dielectric loss tangent of 0.0008 to 0.00. About 003 can be made. The values of dielectric constant and dielectric loss tangent are excellent as a film antenna. Further, when the blending amount of the filler is 40% or less, the moldability of the dielectric resin composite material is excellent.
  The filler of the dielectric ceramic powder is an incomplete sintered body. High dielectric ceramics can obtain excellent dielectric properties only after sintering. However, even if the sintered body is not completely sintered, as it is called calcination, even if it is sintered at a temperature slightly lower than the actual sintering temperature and does not completely harden, Even in the case of a bonded body, excellent dielectric properties can be obtained. The dielectric ceramic powder filler is an incomplete sintered body to obtain desired dielectric characteristics, and the average particle size of the filler is in the range of 0.1 μm to 10 μm based on the dielectric loss tangent to be achieved. preferable. According to experiments, the same kind of material with a smaller particle size has a smaller dielectric loss tangent and a better tendency can be obtained.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The dielectric resin integrated antenna of the present invention has a plurality of frequency band antenna portions corresponding to different frequency bands, and each frequency band antenna portion is composed of a dielectric material and a conductor of a dielectric resin composite material. The dielectric resin composite material integrated with each other and each of the antenna parts for each frequency band is obtained by blending a filler of a dielectric inorganic powder with a synthetic resin.
According to this configuration, since the dielectric resin composite material is used as the dielectric, a plurality of antenna parts can be easily integrated, and the dielectric constant is higher than that of the synthetic resin alone, and the individual antenna parts can be downsized. I can plan. In this way, the overall antenna can be miniaturized by integrating the plurality of antenna portions together with the miniaturization of the individual antenna portions. Further, since powder is used as the filler, unlike the case of using fibers, anisotropy is unlikely to occur, surface accuracy and dimensional accuracy are easily ensured, and anisotropy of dielectric characteristics is unlikely to occur. Therefore, an antenna having excellent characteristics that does not cause a phase shift or the like due to anisotropy of dielectric characteristics or the like can be obtained. In this way, high performance can be achieved. In addition, the cost of the antenna can be reduced because the powder is less expensive than the fiber.
[0007]
In the present invention, each of the frequency band antenna portions may be formed in a plate shape or a sheet shape, and the frequency band antenna portions may be integrated into a laminated state. The frequency-dependent antenna portions are assumed to have different dielectric constants of the dielectric resin composite material.
By laminating in this way, it is possible to easily integrate a plurality of antenna portions. In addition, since the individual frequency band antenna portions have different dielectric constants, the dimensional difference between the frequency band antenna patterns can be reduced even if the frequency bands differ greatly.
[0008]
In the present invention, the antenna portion for each frequency band may be a patch antenna. In this case, it is assumed that the dielectric parts made of dielectric resin composites have different dielectric constants for each frequency band antenna portion. These antenna parts for each frequency band are integrated so as to be arranged in a plane, for example.
When the antenna parts by frequency band are patch antennas and are arranged in a plane, the antenna parts by frequency band can be easily integrated. For example, two-color molding, three-color molding, etc., such as injection molding in the same mold, and individual frequency band antenna parts are melt-bonded by thermal fusion, ultrasonic fusion, etc. Can be integrated. The antenna parts for each frequency band have different dielectric constants of the dielectric resin composite material. Therefore, the antenna parts of any frequency band can have the same thickness, and the dimensional difference of the antenna pattern can be reduced. Can be done with an integrated antenna.
[0009]
When the antenna parts for each frequency band are patch antennas, the thicknesses of the dielectrics made of the dielectric resin composite material of the antenna parts for each frequency band are different from each other. They may be integrated so that they line up.
When the thickness is changed in this way, a dielectric resin composite material having the same dielectric constant can be used, and the manufacturing is easy and the cost can be further reduced.
[0010]
In the case of each configuration of the present invention, the synthetic resin is preferably a thermoplastic resin, and the dielectric resin composite material is preferably capable of melt molding such as injection molding, extrusion molding, or compression molding.
By using such a dielectric resin composite material, the dielectric resin integrated antenna can be easily formed into a desired shape by melt molding.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The dielectric resin integrated antenna 10 has a plurality of frequency band-specific antenna portions 1 to 3 corresponding to mutually different frequency bands. Each of these frequency band-specific antenna portions 1 to 3 includes a dielectric portion 5 and a conductor 6 of a dielectric resin composite material. Each of the frequency band-specific antenna portions 1 to 3 has a planar shape such as a plate shape or a sheet shape, and is integrated in a laminated state. This integration is performed so that the dielectric portions 5 are integrated with each other by, for example, fusion bonding such as heat fusion or ultrasonic fusion. When each of the frequency band-specific antenna portions 1 to 3 is in the form of a film, they may be integrated together by lamination or the like.
Each of the frequency band-specific antenna portions 1 to 3 is obtained by forming a conductor 6 with a predetermined antenna pattern on the surface of a planar dielectric 5. The conductor 6 is a foil-like material deposited by, for example, printing or vapor deposition. The antenna patterns of the conductors 6 of the antenna parts 1 to 3 for each frequency band are patterns corresponding to the frequencies f1 to f3 of the antenna parts 1 to 3. In addition, the conductors 6 of the antenna parts 1 to 3 for each frequency band have patterns that do not substantially overlap each other.
[0014]
The dielectric resin composite material of the dielectric 5 of the antenna portions 1 to 3 for each frequency band is obtained by blending a filler of a dielectric inorganic powder with a synthetic resin, and powder is used as the filler. A specific material example of the dielectric resin composite material will be described after the description of the embodiments in the drawings. The dielectrics 5 of the frequency band-specific antenna portions 1 to 3 are different from each other in dielectric constant of the dielectric resin composite material. In this case, the dielectric constants ε1 to ε3 of the dielectrics 5 of the frequency band antenna portions 1 to 3 are set so that the difference in thickness of the frequency band antenna portions 1 to 3 is reduced. In this embodiment, the frequencies f1 to f3 of the antenna portions 1 to 3 for each frequency band are different in digit, f1 << f2 << f3, and the dielectric constants ε1 to ε3 are ε1 >> ε2 >> ε3. The difference in dielectric constant is adjusted by the blending ratio of the filler of dielectric inorganic powder blended in the dielectric resin composite material.
[0015]
According to the dielectric resin integrated antenna 10 having this configuration, since the dielectric resin composite material is used as the dielectric 5, the plurality of antenna portions 1 to 3 can be easily integrated. Further, the dielectric constant is higher than that of the synthetic resin alone, and the individual antenna portions 1 to 3 can be downsized. Thus, the whole antenna 10 can be miniaturized by integrating the plurality of antenna parts 1 to 3 together with the miniaturization of the individual antenna parts 1 to 3. Further, since powder is used as the filler, unlike the case of using fibers, anisotropy is unlikely to occur, surface accuracy and dimensional accuracy are easily ensured, and anisotropy of dielectric characteristics is unlikely to occur. Therefore, the antenna 10 having excellent characteristics that does not cause a phase shift or the like due to anisotropy of dielectric characteristics or the like can be obtained. Moreover, since powder is low-cost compared with a fiber, the cost of the antenna 10 can also be reduced.
Since the frequency band-specific antenna portions 1 to 3 are integrated in a flat shape by stacking, the integration can be easily performed. Further, since the individual frequency band antenna portions 1 to 3 have different dielectric constants ε1 to ε3, even if the frequency bands are greatly different, the frequency band antenna portions (dimensions of the patterns 1 to 3) The difference can be reduced.
[0016]
2 and 3 show another embodiment of the present invention. In the dielectric resin integrated antenna 20 of this embodiment, the antenna parts 21 to 26 for each frequency band are patch antennas, and the antenna parts 21 to 26 for each frequency band are integrated so as to be arranged in a plane. . In the illustrated example, the antenna parts 21 to 26 for each frequency band are each rectangular and arranged in two rows. Each of the frequency band antenna portions 21 to 26 including a patch antenna includes a dielectric 27 made of a dielectric resin composite, and radiation-side and ground-side conductors 28 and 29 provided on both sides of the dielectric 27. Become. The dielectric resin composite is obtained by blending a dielectric inorganic powder filler with a synthetic resin as in the above embodiment. The conductors 28 and 29 are made of, for example, silver or an equivalent metal foil or a metal thin plate. For example, as shown in FIG. 3, each conductor 28 is punched and formed in a state in which a plurality of conductors 28 are integrally connected to the lead wire portion 28 a by using a hoop material.
The antenna parts 21 to 26 for each frequency band have different dielectric constants of the dielectric resin composite material of the dielectric 27. In this case, the frequency band-specific antenna portions 21 to 26 for the respective frequencies f1 to f6 have dielectric constants ε1 to ε6 such that the thicknesses are constant according to the frequencies f1 to f6. The difference in dielectric constant is adjusted by the blending ratio of the filler of dielectric inorganic powder blended in the dielectric resin composite material.
[0017]
The integration of the antenna portions 21 to 26 for each frequency band is performed by, for example, injection in which a dielectric resin composite material of each dielectric constant is sequentially or simultaneously injected into the same mold by a method such as two-color molding or three-color molding. Perform by molding. In other words, multiple materials are formed simultaneously. The conductors 28 and 29 are fixed to the dielectric 27 by insert molding or the like. In addition to this, the integrated state of the antenna parts 21 to 26 for each frequency band is obtained by manufacturing individual antenna parts 21 to 26 for each frequency band and performing fusion bonding such as heat fusion or ultrasonic fusion. You can go. When there are three or more frequency band-specific antenna portions 21 to 26, some of them are formed simultaneously with the above-mentioned plural materials, and the simultaneously formed ones or the simultaneously formed one and the individual frequency band-specific antenna portions 21 -26 may be integrated by fusion.
[0018]
Also in this configuration, downsizing, high performance, and low cost by using a dielectric resin composite material of dielectric 27 mixed with a filler of dielectric inorganic powder, and a plurality of frequency bands The effect of downsizing can be obtained by integrating the antenna portions 21 to 26.
[0019]
In addition, when arranging the antenna parts for each frequency band in a planar shape as patch antennas, for example, as shown in FIG. 4, the dielectric resin integrated antenna 30 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction, and each of the divided parts is divided into frequencies. The band-specific antenna portions 31 to 34 may be used. Similarly to the embodiment of FIG. 2, each frequency band-specific antenna portion 31 to 34 includes a dielectric 35 and conductors 36 on both sides thereof.
Further, as shown in FIG. 5, the dielectric resin integrated antenna 40 may be divided into a central circular portion and an annular portion on the outer periphery thereof, and the divided portions may be frequency band-specific antenna portions 41 to 43. Similarly to the embodiment of FIG. 2, each frequency band-specific antenna portion 41 to 43 includes a dielectric 44 and conductors 45 on both sides thereof.
The integration of the antenna parts 31 to 34 and 41 to 43 for each frequency band in the embodiment of FIGS. 4 and 5 is performed by simultaneous molding or fusion as in the embodiment of FIG. The material of the dielectrics 35 and 44 is a dielectric resin composite material in which a filler of a dielectric inorganic powder is blended into a synthetic resin as in the above embodiments.
[0020]
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. In the dielectric resin integrated antenna 50 of this embodiment, the antenna parts 51 to 53 for each frequency band are patch antennas, and the antenna parts 51 to 53 for each frequency band have different dielectric 54 thicknesses. To do. These frequency band-specific antenna portions 51 to 53 are integrated together so as to be arranged in a plane. Each of the frequency band-specific antenna portions 51 to 53 has conductors 55 and 56 provided on both surfaces of the dielectric 54. The dielectric constants ε of the antenna parts 51 to 53 for each frequency band are the same. The material of the dielectric 54 is obtained by blending a dielectric inorganic powder filler with a synthetic resin, as in the first embodiment.
[0021]
The integration of the respective frequency band-specific antenna portions 51 to 53 is performed, for example, by integrally molding the entire dielectric 54 of the dielectric resin integrated antenna 50 by injection molding.
In addition to this, as shown in FIG. 7A, a plurality of divided dielectrics 54a to 54c having uniform thicknesses different from each other are separately formed, and these divided dielectrics 54a to 54c are overlapped and melt bonded later. By doing so, you may form the dielectric material 54 from which thickness differs for every antenna part 51-53 according to each frequency band.
Further, as shown in FIG. 7B, a plurality of divided dielectrics 54a to 54c having uniform thicknesses having different widths may be sequentially formed by inserting previously molded portions. .
[0022]
As described above, if each of the frequency band-specific antenna portions 51 to 53 has a different thickness, it is possible to cope with a difference in frequency by using a dielectric resin composite material having the same dielectric constant. Therefore, manufacture is easy and cost reduction can be achieved.
[0023]
In each of the above embodiments, the dielectric resin composite material has substantially no anisotropy in dielectric properties. Here, “substantially no anisotropy” means that the anisotropy of the antenna is low enough not to affect the performance. This dielectric resin composite material is not limited to a dielectric constant, and preferably has no anisotropy, for example, a material having no anisotropy in terms of thermal expansion coefficient. The filler may be blended by mixing plural kinds of fillers. As for the synthetic resin, one kind is used without mixing plural kinds. It can be said that the dielectric resin composite is a dielectric resin composition.
[0024]
Next, specific examples of the dielectric resin composite material used in each of the above embodiments will be described. Dielectric resin composite materials include thermoplastic resins such as polyphenylene sulfide (PPS) resin and polypropylene (PP), and dielectric inorganic powder fillers such as barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, calcium titanate. A compound containing a titanate such as magnesium or neodymium titanate or titanium oxide can be used. This filler is powder and not fibrous. The blending ratio is preferably, for example, in the range of 5 to 70% by volume, more preferably 10 to 40%.
[0025]
In this embodiment, the target performance required for the dielectric resin composite is such that the dielectric constant is as high as 5 or more and the dielectric loss tangent (= Tanδ) is 0.005 or less in a high frequency band (frequency band in gigahertz (GHz)). The resin composite material is preferably as low as 0.001 or less and can be melt-molded. Since the dielectric constant of the synthetic resin alone is about 2 to 4, the dielectric constant of the dielectric resin composite is preferably 5 or more. For melt molding, for example, any one of injection molding, extrusion molding, and compression molding may be performed. In order to achieve this target performance, the synthetic resin and filler are preferably made of the following materials and blends.
[0026]
Since the synthetic resin originally does not have a large difference in dielectric constant, a material having a dielectric loss tangent (= Tanδ) as small as possible, that is, a material having a high Q value (= 1 / Tanδ) is preferable. Tanδ of the synthetic resin is preferably 0.003 or less, and those satisfying the condition of Tanδ are polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), fluoroethylenepropylene (FEP), Examples include polyphenylene ether (PPE), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), and liquid crystal polymer (LCP). Any of these synthetic resins may be used for the dielectric resin composite.
[0027]
The filler preferably has a dielectric constant as high as possible and a dielectric loss tangent (= Tanδ) as small as possible. As the filler, a high dielectric ceramic powder having a dielectric constant of 20 or more and Tan δ of 0.005 or less is preferable. In this condition, among the fillers of the above-mentioned dielectric inorganic powder, barium titanate greatly deviates under the condition of Tan δ, but other fillers, that is, strontium titanate, calcium titanate, calcium magnesium titanate, titanate Both titanates such as neodymium and titanium oxide fall under this category.
Examples of the blending amount of the filler are described in Table 1 shown later. As shown in the table, strontium titanate, calcium titanate, calcium magnesium titanate, titanium sanneodium and the like are in the range of 10 to 40% by volume. In this case, a dielectric resin composite having a dielectric constant of about 5 to 15 and a Tan δ of about 0.0008 to 0.003 was obtained.
[0028]
Dielectric ceramic powder does not harden completely at a temperature slightly lower than the actual sintering temperature (about 1300 ° C), because it is possible to obtain excellent dielectric properties only after sintering. Baked once. In terms of density, when the density of the completely sintered body is 100, the density of the incompletely sintered body is preferably 97 or more and less than 100. In addition, the general proposal example of the conventional dielectric resin composite material is a complete sintered body, and needs to be completely sintered in the manufacturing process. In addition, it is also preferable to directly make a dielectric powder by a liquid layer method.
[0029]
The average particle size of the filler of the dielectric inorganic powder is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm. According to the experiment, the same kind of material has a smaller particle size and a smaller tendency for Tan δ.
[0030]
Next, experimental examples in which dielectric constants and the like of various dielectric resin composites are tested, and dielectric constants obtained from empirical formulas will be described.
Table 1 shows the experimental results (raw data) when the synthetic resin in the dielectric resin composite material is polyphenylene sulfide (PPS) and the type and amount of the filler are variously changed as described in the table. There are 15 types of samples shown in Sample Nos. 1-15. The sample numbers are not aligned because they are organized according to the type of filler. In Table 1, the symbols A to C attached to the filler names are the same filler type, and the same symbols are attached to those that differ only in the blending amount, even if the filler type is the same, the grade, etc. Different symbols are given different symbols.
From this table, the above contents are repeated. When strontium titanate, calcium titanate, calcium magnesium titanate, titanium sanneodium, etc. are blended in the range of 10 to 40% by volume, the dielectric constant is about 5 to 15, It can be seen that the dielectric resin composite material has a value of about 0.0008 to 0.003.
[0031]
[Table 1]
Figure 0003895175
[0032]
FIG. 8 shows measured values of dielectric constant and dielectric constant when the blending amount is variously changed with polyphenylene sulfide (PPS) as the synthetic resin in the dielectric resin composite and strontium titanate as the filler of the dielectric inorganic powder. The values of empirical formulas (theoretical values) are superimposed. FIG. 9 also shows the value of the dielectric loss tangent (= Tanδ).
From these graphs, the value of the empirical formula is close to the actually measured value, and from the empirical formula, the dielectric constant increases as the blending amount of the filler increases, and when the blending amount becomes about 80%, the dielectric constant becomes 80%. It turns out that it becomes large. The value of the dielectric loss tangent (= Tan δ) also increases as the filler content increases, but the rate of increase is small.
[0033]
FIGS. 10 and 11 show an example in which the synthetic resin in the dielectric resin composite is polyphenylene sulfide (PPS) and the filler of the dielectric inorganic powder is calcium magnesium titanate, as in FIGS. It is shown. When the filler is calcium magnesium titanate, the dielectric constant increases as the blending amount of the filler increases, but Tan δ decreases.
[0034]
FIGS. 12 to 17 show an example in which the filler described in the figure is used in the same manner as FIGS. 8 and 9 when the synthetic resin in the dielectric resin composite material is polypropylene (PP). Is.
[0035]
In each of the dielectric resin integrated antennas of the present invention such as the above-described embodiments, each frequency band antenna portion includes a radio navigation system, a TV, a car navigation system terminal using GPS (Global Positioning System), and an automatic toll collection system. Used for (ETC) terminals, mobile phones, inter-vehicle distance sensors, and the like.
[0036]
【The invention's effect】
  The dielectric resin integrated antenna of the present invention has a plurality of frequency band antenna portions corresponding to different frequency bands, and each frequency band antenna portion is composed of a dielectric material and a conductor of a dielectric resin composite material. Integrated with each other, and the dielectric resin composite material of the antenna portion for each frequency band is a synthetic resin in which a dielectric inorganic powder filler is blended, so that communication in different frequency bands can be performed with one antenna. This can be done with a small size, high performance, and low cost.
  The dielectric resin composite material has a relationship between the dielectric constant of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler, and the dielectric loss tangent of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler. Based on the relationship, 10 to 40% by volume of a filler which is a dielectric ceramic powder having a dielectric constant of 20 or more and a dielectric loss tangent of 0.005 or less is blended.
  The values of the dielectric constant of 20 or more and the dielectric loss tangent of 0.005 or less are excellent values that are generally obtained as dielectric ceramic powder. As the blending ratio of the filler increases, the dielectric constant of the dielectric resin composite can be increased. However, if it is too large, the moldability deteriorates. When the dielectric ceramic powder having the above dielectric constant and dielectric loss tangent is used as the filler and the amount is as described above, the dielectric resin composite material has, for example, a dielectric constant of about 5 to 15 and a dielectric loss tangent of 0.0008 to 0.00. About 003 can be made. The values of dielectric constant and dielectric loss tangent are excellent as a film antenna. Further, when the blending amount of the filler is 40% or less, the moldability of the dielectric resin composite material is excellent.
  The filler of the dielectric ceramic powder is an incomplete sintered body. High dielectric ceramics can obtain excellent dielectric properties only after sintering. However, even if the sintered body is not completely sintered, as it is called calcination, even if it is sintered at a temperature slightly lower than the actual sintering temperature and does not completely harden, Even in the case of a bonded body, excellent dielectric properties can be obtained. The dielectric ceramic powder filler is an incomplete sintered body to obtain desired dielectric characteristics, and the average particle size of the filler is in the range of 0.1 μm to 10 μm based on the dielectric loss tangent to be achieved. preferable. According to experiments, the same kind of material with a smaller particle size has a smaller dielectric loss tangent and a better tendency can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are respectively an exploded perspective view and an external perspective view of a dielectric resin integrated antenna according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a perspective view and a sectional view taken along line BB, respectively, of a dielectric resin integrated antenna according to another embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 3 is a plan view showing an example of a conductor of the antenna.
FIG. 4 is a plan view of still another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of still another embodiment of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, of still another embodiment of the present invention.
FIGS. 7A and 7B are explanatory views showing examples of a dielectric manufacturing method in the embodiment, respectively. FIGS.
FIG. 8 is a graph showing measured values of dielectric constants and values obtained by empirical formulas when various amounts of the dielectric resin composite material in which a specific filler is mixed with a specific resin.
FIG. 9 is a graph showing measured values of dielectric loss tangent and values based on empirical formulas for various dielectric resin composite materials in which the specific filler is blended with the specific resin.
FIG. 10 is a graph showing measured values of dielectric constants and values based on empirical formulas when the blending amount is variously changed for a dielectric resin composite material in which another specific filler is blended with the specific resin.
FIG. 11 is a graph showing measured values of dielectric loss tangent and values based on empirical formulas when the blending amount is variously changed for a dielectric resin composite material in which the specific filler is blended with the specific resin.
FIG. 12 is a graph showing measured values of dielectric constants and values based on empirical formulas for various dielectric resin composites in which other specific fillers are blended with other specific resins when the blending amount is variously changed.
FIG. 13 is a graph showing measured values of dielectric loss tangent and values based on empirical formulas for various dielectric resin composites in which the specific resin is blended with the specific resin.
FIG. 14 is a graph showing measured values of dielectric constants and values based on empirical formulas for various combinations of dielectric resin composites obtained by blending other specific fillers with the specific resin.
FIG. 15 is a graph showing measured values of dielectric loss tangent and values based on empirical formulas for various dielectric resin composites in which the specific resin is mixed with the specific filler.
FIG. 16 is a graph showing measured values of dielectric constants and values based on empirical formulas when the blending amount is variously changed for a dielectric resin composite material in which another specific filler is blended with the specific resin.
FIG. 17 is a graph showing measured values of dielectric loss tangent and values based on empirical formulas for various dielectric resin composites in which the specific filler is blended with the specific resin.
[Explanation of symbols]
1-3 ... Antenna parts by frequency band
5 ... Dielectric
6 ... Electrode
10. Dielectric resin integrated antenna
20 ... Dielectric resin integrated antenna
21-26 ... Antenna parts by frequency band
27 ... Dielectric
28, 29 ... Electrodes
30 ... Dielectric resin integrated antenna
31-34 ... Antenna parts by frequency band
35 ... Dielectric
36 ... Electrode
40. Dielectric resin integrated antenna
41-43 ... Antenna parts by frequency band
44 ... Dielectric
45 ... Electrode
50. Dielectric resin integrated antenna
51-53 ... Antenna parts by frequency band
54 ... Dielectric
55 ... Electrode

Claims (5)

互いに異なる周波数帯に対応した複数の周波数帯別アンテナ部分を有し、これら各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材の誘電体と導体とで構成されて互いに一体に統合され、上記各周波数帯別アンテナ部分の上記誘電性樹脂複合材が、合成樹脂に誘電体無機粉末の充填材を配合したものであり、
上記誘電性樹脂複合材は、
誘電体無機粉末の充填材の誘電率と該充填材の配合量との関係、および、誘電体無機粉末の充填材の誘電正接と該充填材の配合量との関係に基づき、誘電率２０以上でかつ誘電正接０．００５以下の誘電セラミックス粉である充填材を１０〜４０容量％配合し、
上記誘電セラミックス粉の充填材は、所望の誘電特性を得るため未完全焼結体であり、上記充填材の平均粒径は、達成すべき誘電正接に基づき０．１μｍ〜１０μｍの範囲である誘電性樹脂統合アンテナ。It has a plurality of frequency band antenna parts corresponding to different frequency bands, and each frequency band antenna part is composed of a dielectric material and a conductor of a dielectric resin composite material and integrated with each other. the dielectric resin composite material of the band by the antenna portion state, and are not blended with the filler dielectric inorganic powder synthetic resin,
The dielectric resin composite material is
Based on the relationship between the dielectric constant of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler, and the relationship between the dielectric loss tangent of the dielectric inorganic powder filler and the amount of the filler, a dielectric constant of 20 or more And 10 to 40% by volume of a filler which is a dielectric ceramic powder having a dielectric loss tangent of 0.005 or less,
The dielectric ceramic powder filler is an incomplete sintered body to obtain desired dielectric properties, and the average particle size of the filler is in the range of 0.1 μm to 10 μm based on the dielectric loss tangent to be achieved. Resin integrated antenna. 上記各周波数帯別アンテナ部分が、板状またはシート状であって、各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材の誘電率が互いに異なるものであり、これら各周波数帯別アンテナ部分を積層状態に統合した請求項１に記載の誘電性樹脂統合アンテナ。  Each frequency band antenna part is a plate or a sheet, and each frequency band antenna part has a different dielectric constant of the dielectric resin composite material. The dielectric resin integrated antenna according to claim 1, which is integrated into the antenna. 上記各周波数帯別アンテナ部分がパッチアンテナであって、各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材からなる誘電体の誘電率が互いに異なるものであり、これら各周波数帯別アンテナ部分は平面的に並ぶように統合した請求項１に記載の誘電性樹脂統合アンテナ。  Each of the frequency band antenna portions is a patch antenna, and each frequency band antenna portion has a dielectric constant made of a dielectric resin composite material different from each other. These frequency band antenna portions are planar. The dielectric resin integrated antenna according to claim 1, integrated so as to line up with each other. 上記各周波数帯別アンテナ部分がパッチアンテナであって、各周波数帯別アンテナ部分は誘電性樹脂複合材からなる誘電体の厚さが互いに異なるものであり、これら各周波数帯別アンテナ部分は平面的に並ぶように統合した請求項１に記載の誘電性樹脂統合アンテナ。  Each of the frequency band antenna portions is a patch antenna, and each frequency band antenna portion has a different dielectric thickness made of a dielectric resin composite material. These frequency band antenna portions are planar. The dielectric resin integrated antenna according to claim 1, integrated so as to line up with each other. 上記合成樹脂が熱可塑性樹脂であり、上記誘電性樹脂複合材は、射出形成、押し出し成形、または圧縮成形等の溶融成形が可能なものである請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の誘電性樹脂統合アンテナ。A said synthetic resin is a thermoplastic resin, the dielectric resin composite, injection molding, extrusion molding, or melt molding compression molding or the like are those capable in any one of claims 1 to 4 The dielectric resin integrated antenna described.
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