CN1906808A - 介质天线 - Google Patents
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Abstract
提供了一种介质天线，它使用了一种复合材料并且在室温时对温度变化所造成的负载显示相对介电常数的变化小。该介质天线至少包括介质模块，以及设置在该介质模块上的辐射电极、馈电电极、和固定电极。介质模块含有结晶热塑性树脂、陶瓷粉末、和酸改性苯乙烯热塑性弹性体。酸改性苯乙烯热塑性弹性体在该介质模块中的含量是3体积％到20体积％。
Description
技术领域
本发明涉及主要用于蜂窝式电话的介质天线。
背景技术
通过把陶瓷粉末与树脂掺混制成的复合材料广泛地用做介质天线。例如，专利文献1已揭示了一种介质天线用的含有间规聚苯乙烯和介电陶瓷的混合物。据该文献报道，该复合材料提供了一种适用于介质天线的介电复合体，其电特性及可加工性和成型性能优异、比重低。
专利文献1：日本公开特许11-345518。
发明内容
本发明要解决的问题
然而，研究发现，如果该已知复合材料用做介质天线，复合材料模制品的厚度在室温下因环境温度的反复改变而改变，且相应地，模制品的相对介电常数(εr)发生改变。材料的相对介电常数发生改变显著地影响介质天线的特性。
因此，本发明的目的是提供一种使用在室温时相对介电常数对温度变化所造成的负载显示变化小的复合材料的介质天线。
解决问题的方法
对应于本发明权利要求1中所述的技术方案的介质天线至少包括介质模块、和设置在该介质模块上的辐射电极、馈电电极和固定电极。该介质模块包含：至少一种结晶热塑性树脂，其选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚缩醛；陶瓷粉末；以及酸改性苯乙烯热塑性弹性体。酸改性苯乙烯热塑性弹性体在该介质模块中的含量是3体积％至20体积％。
对应于本发明权利要求2中所述的技术方案的介质天线是根据权利要求1的方案而来，其中的结晶热塑性树脂是至少一种选自聚丙烯、聚乙烯和聚缩醛的树脂。
对应于本发明权利要求3中所述的技术方案的介质天线是根据权利要求1的方案而来，其中的结晶热塑性树脂是至少一种选自聚丙烯、聚乙烯的树脂。
对应于本发明权利要求4中所述的技术方案的介质天线是根据权利要求1的方案而来的，其中的结晶热塑性树脂是聚丙烯。
优点
根据本发明的介质天线，介质模块部分含有一种复合材料，这种材料含有结晶热塑性树脂和陶瓷粉末，且还含有预定量的酸改性苯乙烯热塑性弹性体。介质模块相对介电常数对温度变化所造成的负载显示变化小。因此，介质天线对温度变化所造成的负载表现出稳定的天线特性。
附图说明
图1是根据本发明的一种介质天线的透视图。
附图标记：
1：介质天线
2：介质模块
3(3a，3b)：辐射电极
4：馈电电极
5：固定电极
具体实施方式
以下将描述根据本发明实施方式的介质天线。
图1是本发明介质天线的透视图。
本发明的介质天线1包括介质模块2、辐射电极3(3a、3b)、馈电电极4、和固定电极5。
辐射电极3a形成于介质模块2的一个主表面上。两个辐射电极形成于介质模块2的侧面并各自连接至馈电电极4和固定电极5。
介质模块2用注塑方式形成长方体状，另一个主表面是敞开的。这一结构是通过除去复合介电材料的模制品中不必要的部分来减轻重量而得到的，但是，介质模块并不局限于这种形状。例如，介质模块可以是图1所示的平板式，或者是圆盘式。它可以是堆叠在一起的多个平板。
较佳地，辐射电极3、馈电电极4和固定电极5通过嵌件模塑或金属嵌件上模塑成型，以降低成本和工艺步骤数目。因为介质模块2的共振频率是通过改变辐射电极3的形状来调节的，辐射电极3、馈电电极4和固定电极5的形状和排列做适当的调整。辐射电极3/馈电电极4和固定电极5可以用Au、Ag、Cu或它们的合金制造。从成本来看，一般使用铜或铜合金。从长期的稳定性来看，带有多层电镀层的电极可用作辐射电极3、馈电电极4和固定电极5。
在具有上述结构的介质天线1中，经馈电电极4向辐射电极3施加高频电力。因此，产生高频磁场，并发送无线电波。当辐射电极3接收到无线电波时，即感应出高频电流并将该高频电流传送到射频电路。上述介质模块在介质天线1中的应用降低了由温度变化所造成的负载所引起的相对介电常数变化，所获得的介质天线表现出稳定的天线特性。
以下将描述本发明的介质天线的一个实施方式。
辐射电极3、馈电电极4和固定电极5通过把预先制备的金属箔冲压成预定形状来形成。然后，把要形成辐射电极3、馈电电极4和固定电极5的所得金属部件放置到预定模具中。随后，把用做本发明介质天线的复合材料加热熔融后注入模具，形成在一个构件中有所述辐射电极3、馈电电极4及固定电极5的介质模块2。如此，便完成了所需的介质天线。
在上述实施方式中，介质模块2、辐射电极3、馈电电极4、以及固定电极5通过把介质模块2与预先制备的辐射电极3、馈电电极4和固定电极5进行模塑而整体成型。然而，介质模块2可以预先成型，然后把辐射电极3、馈电电极4、以及固定电极5做成符合介质电模块2的形状，从而可以把它们整体化。辐射电极3、馈电电极4、以及固定电极5可以通过电镀、溅射、气相沉积或类似方法形成。
以下描述本发明的实施例。
(1)介质 模块用复合材料的制备
首先，对于使用酸改性苯乙烯热塑性弹性体的介质模块复合材料，准备聚丙烯树脂、含有马来酸改性苯乙烯-乙烯-丁二烯嵌段共聚物(简称马来酸改性SEBS)的树脂、氧化铝粉末、钛酸钙粉末、以及玻璃纤维作为原材料。
尽管本发明使用聚丙烯作为结晶热塑性树脂，但结晶热塑性树脂可以是例如聚乙烯、间规聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、液晶聚合物、聚苯硫醚或聚缩醛。这些树脂也可以产生与本发明相同的效果。
尽管使用马来酸改性苯乙烯热塑性弹性体作为酸改性苯乙烯热塑性弹性体，但是，任何羧酸改性的苯乙烯热塑性弹性体都可以用，比如丙烯酸改性的或甲基丙烯酸改性的苯乙烯热塑性弹性体。这些酸改性苯乙烯热塑性弹性体可产生与本发明相同的效果。
然后，原材料按表1所示比例进行配混，并在摇摆混合器中掺混30分钟。接着，将该原材料的混合物放到连续双螺杆挤出机中并在温度控制在190到210℃的情况下熔融捏合。该混合物任选地在烘箱中进行干燥，因此制成干燥的熔融混合物。干燥的熔融混合物用粉碎机粉碎成小片。小片在摇摆混合器中再搅拌30分钟，产生用于试样1-8的复合介质模块材料。
尽管实施例中用了连续双螺杆挤出机，但其它混合设备如分批捏合机等也可用于将材料混合，而且它们都可以产生与本发明相同的效果。
尽管干燥的熔融混合物是用粉碎机粉碎成小片，但本发明中小片也可以用其它机器制造，比如造粒机或者热切机。
〔表1〕
| 试样号 | 含量(vol％) | 厚度膨胀(％) | 相对介电常数的变化率(％) | 评价 | ||||||
| 聚丙烯树脂 | 马来酸改性SEBS | 非酸改性SEBS | 氧化铝 | 钛酸钙 | 玻璃纤维 | |||||
| 1 | 50 | 10 | 0 | 19 | 14 | 7 | +0.30 | 0 | 好 | |
| 2 | 55 | 5 | 0 | 19.5 | 13.5 | 7 | +0.60 | -0.3 | 好 | |
| 3 | 56 | 3 | 0 | 19.5 | 13.5 | 8 | +0.96 | -1.2 | 好 | |
| 4 | 41 | 20 | 0 | 19 | 14 | 6 | 0 | 0 | 好 | |
| * | 5 | 59 | 0 | 0 | 19.5 | 13.5 | 8 | +0.60 | -2.3 | 差 |
| * | 6 | 37 | 25 | 0 | 19 | 14 | 5 | 0 | 0 | 差 |
| * | 7 | 57 | 1 | 0 | 19.5 | 13.5 | 9 | +2.00 | -1.4 | 差 |
| * | 8 | 55 | 0 | 5 | 19.5 | 13.5 | 7 | +0.60 | -1.5 | 差 |
(2)用于特性评价的试样的制备
在(1)中制备的试样1-8的复合介质模块材料在加热熔融的同时各自注射进模具中，形成直径55mm、厚度1.3mm的圆形试样，用于测量厚度膨胀以及相对介电常数变化率。
以相同的方式，将试样1-8的复合介质模块材料注塑进另一模具中，制备长80mm×宽10mm×厚度4mm的所需的板型试样，用于挠曲特性测试。
(3)用于厚度膨胀以及相对介电常数变化率的圆形试样的测量
在测试前后的一系列处理要重复50个循环，其中在(2)中制得的圆形试样在热冲击测试仪中的维持-40℃的测试浴中静置30分钟，然后在保持85℃的另一测试浴中静置30分钟。
在测量厚度膨胀(％)时，首先，在把圆形试样置于测试仪之前，用千分尺测量圆心周围五个点上的厚度。将五点的测量平均值定为静置前的厚度(μm)。然后，在上述的50个循环热冲击测试后，再测量该圆心周围的五个相同点上的厚度。测量的平均值定为50个循环热冲击测试后的厚度(μm)。然后，根据以下公式1用静置前的厚度和50个循环热冲击测试后的厚度计算厚度膨胀(％)：
公式1：厚度膨胀(％)＝〔(50个循环热冲击后的厚度-静置前的厚度)/静置前的厚度〕×100
圆形试样的相对介电常数(εr)用网络分析仪测量(仪器名：HP8510，Agilent Technologies制造)在测试仪中静置之前以及在经过50个循环的热冲击测试之后从测试仪中取出后立即进行测量，相对介电常数的变化率(％)根据以下公式2计算。
公式2：相对介电常数变化率(％)＝{(50个循环热冲击后的相对介电常数-静置前的介电常数)/静置前的相对介电常数}×100
(4)3GHz的相对介电常数及Q值和机械强度的测量
测量试样1-8在3GHz时的相对介电常数(εr)和Q因数。然后，测量挠曲强度(MPa)、挠曲弹性模量(MPa)及断裂挠度(mm)。
圆形试样的相对介电常数(εr)和Q因数是用网络分析仪在3GHz的测量频率进行测量的。
挠曲强度(MPa)、挠曲弹性模量(MPa)及断裂挠度(mm)是按照日本标准JIS K 7171“塑料-挠曲性能的测定”用挠曲测试仪(仪器名：岛津制作所制造的Autograph)测量的，测量时试样置于仪器中的支架上。测试速度为2毫米/分钟，支点间距60mm。测量结果如表2所示。
〔表2〕
| 试样号 | 初始性能 | 评价 | |||||
| 3GHz的相对介电常数 | 3GHz的Q因数 | 挠曲强度(MPa) | 挠曲模量(MPa) | 断裂挠度(mm) | |||
| 1 | 6.4 | 667 | 40.9 | 3240 | 4.3 | 好 | |
| 2 | 6.4 | 667 | 46.9 | 4059 | 3.4 | 好 | |
| 3 | 6.4 | 667 | 43.0 | 4500 | 3.0 | 好 | |
| 4 | 6.4 | 500 | 35.0 | 3020 | 6.1 | 好 | |
| * | 5 | 6.5 | 611 | 39.0 | 6815 | 1.4 | 差 |
| * | 6 | 6.3 | 280 | 30.0 | 3000 | 8.2 | 差 |
| * | 7 | 6.4 | 667 | 42.0 | 4622 | 2.6 | 差 |
| * | 8 | 6.4 | 667 | 36.0 | 3788 | 1.4 | 差 |
在表1和表2中，用星号*标出的试样超出了本发明的范围，而其它的在本发明范围内。
表1清楚地表明，含有3体积％到20体积％的马来酸改性SEBS(试样1-4)的复合介质模块材料所显示的相对介电常数变化在±1.2％之内。试样1-4还表现出优异的机械强度，比如挠曲强度。
相反，试样5超出了本发明的范围，其相对介电常数的变化率绝对值大于1.2，如表1所示。试样7的厚度膨胀有2％之大，见表1。此外，试样6的挠曲强度低至30MPa，见表2，尽管根据坠落试验考虑挠曲强度需要至少为35MPa。试样6在3GHz的Q因数还低到不足300。试样8用的是非酸改性苯乙烯热塑性弹性体，其相对介电常数变化率绝对值大于1.2，见表1。
试样5-8的性能不适合作为用于蜂窝式电话的介质天线的复合材料。
虽然在实施例中有玻璃纤维加到本发明的含有酸改性SEBS的复合介质模块材料中，但玻璃纤维不是主要的。然而，可以在不影响相对介电常数变化率的限度内添加玻璃纤维，由此增强机械强度。
此外，诸如抗氧化剂、抗静电剂和阻燃剂之类的添加剂可以适当地添加到复合介质模块材料中，只要这些添加剂不影响相对介电常数的变化率。
工业实用性
本发明可适当地应用于例如蜂窝式电话的天线。
Claims (4)
1.一种介质天线，其包括：介质模块，以及设置在介质模块上的辐射电极、馈电电极和固定电极，
其中，所述介质模块含有：
至少一种选自聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯和聚缩醛的结晶热塑性树脂；
陶瓷粉末；以及
酸改性苯乙烯热塑性弹性体，且
其中，所述酸改性苯乙烯热塑性弹性体在所述介质模块中的含量是3体积％至20体积％。
2.如权利要求1所述的介质天线，其特征在于，所述结晶热塑性树脂是至少一种选自聚丙烯、聚乙烯和聚缩醛的树脂。
3.如权利要求1所述的介质天线，其特征在于，所述结晶热塑性树脂是至少一种选自聚丙烯、聚乙烯的树脂。
4.如权利要求1所述的介质天线，其特征在于，所述结晶热塑性树脂是聚丙烯。
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