DE19941294A1

DE19941294A1 - Kunstharztransflektor und Verfahren zum Herstellen desselben

Info

Publication number: DE19941294A1
Application number: DE19941294A
Authority: DE
Inventors: Ronald A Vandendolder; Kenneth R Wood
Original assignee: Millitech Corp
Current assignee: Millitech Corp
Priority date: 1998-09-01
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2000-03-16
Also published as: GB2343297A; JP2000091838A; GB2343297B; US6006419A; GB9920592D0

Abstract

Kurz zusammengefaßt wird gemäß der Erfindung ein Transflektor dadurch hergestellt, daß eine Reihe von beabstandeten parallelen Streifen aus einem leitfähigen Material auf einer Oberfläche eines Kunstharzträgerfilms ausgebildet wird. Der Film wird gegen die Oberfläche einer Form plaziert, welche die gewünschte konkave innere Krümmung für den Transflektor definiert bzw. begrenzt, und der Formhohlraum wird geschlossen, indem über dem Film in beabstandeter Beziehung eine zweite Formhälfte plaziert wird, welche die gewünschte konvexe äußere Krümmung für den Transflektor hat. Ein fluides Kunstharz wird in den Formhohlraum eingeleitet, um das gewünschte Transflektorelement mit beabstandeten parallelen Streifen, die auf der inneren konkaven Oberfläche desselben angeordnet sind, zu formen. Der Trägerfilm wird von dem Transflektorelement entfernt, wobei die Streifen leitfähigen Materials auf dem Transflektorelement zurückbleiben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Transflektoren für die Verwendung in Radar- und Mikrowellenantennen, und insbesonde re ein Verfahren zum Herstellen von Präzisionstransflektoren aus bzw. unter Verwendung von Kunstharz.

Transflektoren werden in weitem Umfang bei Antennen ange wandt, die in Radar- und Mikrowellenanlagen verwendet werden, um als ein Reflektor für Wellen einer speziellen Polarisation zu dienen. Generell sind solche Reflektoren bzw. Transflekto ren Konkav-Konvex-Strukturen, die auf einer konkaven Oberflä che ein Gitter aus parallelen feinen Drähten haben, welche in eng beabstandeten Intervallen angeordnet sind, die von der Frequenz der darauf auftreffenden Wellen abhängen. Das Gitter dient als ein Polarisator für die elektromagnetische Strah lung, und die konvexe Oberfläche funktioniert als ein fokus sierender Reflektor für die Komponente der Strahlung, deren Polsarisierung parallel zu den Drähten ist.

In dem US-Patent 3 574 258 von May et al., das am 13. April 1971 erteilt worden ist, ist ein solcher Transflektor offen bart, welcher durch Befestigen eines Gitters aus Drähten auf der Oberfläche eines Kunstharzfolien- bzw. -dünnplattenmate rials, das dann deformiert wird, um die für die Struktur ge wünschte Konkav-Konvex-Konfiguration vorzusehen, hergestellt ist.

Das US-Patent 2 930 039 von Ruze, das am 22. März 1960 er teilt worden ist, offenbart eine Hochfrequenzwellenantenne, bei welcher fein unterteilte Drähte in Kunstplastik- bzw. -stoffkörpern eingebettet sind.

Das US-Patent 3 340 535 von Damonte et al., das am 5. Septem ber 1967 erteilt worden ist, offenbart eine Antenne, in der Drähte zwischen Schichten aus Kunstharz eingebettet sind.

Nach dem US-Patent 4 937 425 von Chang et al., das am 26. Ju ni 1990 erteilt worden ist, wird ein Transflektor durch Be schichten eines Substrats mit einer metallorganischen Verbin dung und nachfolgendem Pyrolysieren der Beschichtung mittels fokussiertem Licht hoher Intensität, um das leitfähige Gitter zu erzeugen, hergestellt.

Das US-Patent 5 455 589 von Huguenin et al., das am 3. Okto ber 1995 erteilt worden ist, beschreibt die Ausbildung eines Transflektors durch Ablagern einer dielektrischen Schicht auf einer Linse und nachfolgendes Ausbilden des Metallgitters auf jener dielektrischen Schicht.

Die bisher angewendeten und versuchten Techniken beinhalten ein mühsames und schwieriges Abfluchten von Drähten und/oder die Deformation eines Gitters mit engen Abständen und/oder mühsame Techniken zum Entfernen von Metall, damit ein Gitter von fein beabstandeten Leitern zurückbleibt. Es ist außerdem wesentlich für den optimalen Betrieb eines Transflektors, daß die leitfähigen Streifen parallel und in kleinen Intervallen gleichförmig beabstandet sind. Mit solchen Verfahren, wie sie bisher angewandt worden sind, ist eine Präzisitionsabfluch tung und -beabstandung nur schwierig, wenn überhaupt, zu er zielen, und die Kosten für das Erreichen eines wesentlichen Grads an Präzision sind in derartigen Verfahren ziemlich hoch.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Verfahren für das Herstellen von Transflektoren zur Verfügung zu stellen, welches zum Herstellen von Transflektoren mit ei nem hohen Grad an Präzision für das reflektierende Gitter leicht praktiziert werden kann.

Außerdem ist es ein Ziel der Erfindung, ein solches Verfahren zum Herstellen von Transflektoren zur Verfügung zu stellen, das relativ einfach und wirtschaftlich ist.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, neuartige Transflektoren zur Verfügung zu stellen, in denen eine Reihe von eng beabstandeten feinen Linien oder Leitungen aus Metall fest an einen Kunstharzkörper des Transflektors gebunden ist.

Es wurde nun gefunden, daß gemäß der Erfindung die vorstehen den und verwandte sowie weitere Ziele leicht mit einem Ver fahren zum Herstellen eines Transflektors erreicht werden können, worin eine Reihe von beabstandeten parallelen Strei fen aus einem leitfähigen Material auf einer Oberfläche eines Kunstharzträgerfilms abgelagert wird. Dieser Film wird gegen die Oberfläche einer Form plaziert, welche die gewünschte konkave innere Krümmung für den Transflektor definiert bzw. begrenzt. Eine zweite Formhälfte, welche die gewünschte kon vexe äußere Krümmung für den Transflektor definiert bzw. be grenzt, wird über dem Film in beabstandeter Beziehung pla ziert, und die zusammengefügten Hälften bilden einen Form hohlraum. Ein fluides Kunstharz wird dann in den Formhohlraum eingeleitet, um das gewünschte Transflektorelement mit beab standeten parallelen Streifen, die auf der inneren konkaven Oberfläche desselben angeordnet sind, zu erzeugen.

Der Kunstharzträgerfilm wird von dem Transflektorelement ent fernt, während die Streifen leitfähigen Materials auf dem Transflektorelement zurückbleiben. Jeder der Streifen umfaßt eine Vielzahl von eng beabstandeten Linien oder Leitungen aus dem leitfähigen Material, und diese ist eine metallische Ab lagerung.

Vorzugsweise ist das Harz des Trägerfilms ein Polyester, und das fluide Kunstharz ist vorzugsweise aus der Niedrigdielek trik-Gruppe niedriger Verluste bzw. der Gruppe von Dielektri ka niedriger Dielektrizitätskonstanten niedriger Verluste ausgewählt, die aus Polyestern, Polymethylpentenen, Polybuty lenterephthalat, Poly-ethylenterephthalat, Polyacrylaten und Styrolinter- bzw. -zwischenpolymeren besteht. Wünschenswer terweise ist das Transflektorelement von einer generell kreisförmigen Umfangskonfiguration bzw. von einer Konfigura tion mit generell kreisförmigem Umfang.

Weiter wird das Transflektorelement bevorzugt generell mit einem Halteelement zusammengebaut, das vorzugsweise ein Ring ist, der in Eingriff mit dem Umfang des Transflektorelements ist.

In einer Ausführungsform wird das leitfähige Material auf dem Trägerfilm durch physikalische Dampfablagerung des Metalls abgelagert. Alternativ kann eine leitfähige Teilchen enthal tende Tinte oder ein sonstiges leitfähige Teilchen enthalten des Fluid auf den Trägerfilm gedruckt werden.

Die vorstehenden sowie weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung seien nachfolgend anhand von besonders bevor zugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Transflektorelements, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, von unten;

Fig. 2 eine hochvergrößerte Ansicht des in Fig. 1 mit A bezeichneten Oberflächenteils;

Fig. 3 eine Seitenaufrißansicht des Transflektors der Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Transflektors der Fig. 1 gemäß einem Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 einen hochvergrößerten Teilschnitt durch den Transflektor;

Fig. 6 eine Aufsicht auf das mit einem Haltering zusam mengebaute Transflektorelement;

Fig. 7 eine Seitenaufrißansicht des Aufbaus der Fig. 6;

Fig. 8 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 der Fig. 6;

Fig. 9 eine Schnittansicht eines Halterings bzw. -körpers und eines Transflektorkörpers vor dem Zusammenbau;

Fig. 10 eine gleichartige bzw. ähnliche Schnittansicht ei nes integral geformten Transflektoraufbaus;

Fig. 11 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Trans fer- bzw. Übertragungsfilm, der in dem Verfahren des Herstellens von Transflektoren gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird; und

Fig. 12 eine schematische Veranschaulichung einer bevor zugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, ins besondere deren Formungseinrichtung.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 bis 5 Bezug genommen, worin ein Transflektorelement, das mittels des Verfahrens der vor liegenden Erfindung hergestellt ist, generell mit dem Bezugs zeichen 10 bezeichnet ist und eine konvexe äußere Oberfläche 14 sowie eine konkave innere Oberfläche 12, auf welcher eine Reihe von parallelen beabstandeten Streifen 16 aus leitfähi gem Material vorhanden ist, hat. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bestehen die Streifen 16 ihrerseits aus einer Reihe von parallelen beabstandeten Linien bzw. Leitungen 18.

Wie aus den Fig. 6 bis 9 ersichtlich ist, kann ein Halte ring 20 an dem Umfang eines Transflektors 10 durch Ultra schall- oder Rotations- bzw. Reibungsschweißen oder durch Klebemittel oder durch miteinander zusammenpassende Vorsprün ge bzw. Vorsprünge und Ausnehmungen an dem Umfang des Trans flektors 10 befestigt werden.

Wie aus der Ausführungsform der Fig. 10 ersichtlich ist, kann der Haltering 20a auch integral auf bzw. an dem Flansch 21a um den Transflektorkörper 10a herum geformt sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Transflektor 10 leicht dadurch hergestellt werden, daß zunächst auf eine Rol le von Trägerfilm 40 eine Schicht 42 aus einem Trennmaterial bzw. -mittel aufgebracht wird, und dann ein Muster 44 aus leitfähigem Material in einer Reihe von Linien bzw. Leitungen in beabstandeten Intervallen, um den Transfer bzw. -übertra gungsfilm 22 auszubilden bzw. vorzusehen. Über dem Muster 44 befindet sich eine haftende Beschichtung 45, insbesondere ei ne Klebemittelbeschichtung. Der Transfer- bzw. Übertragungs film 22 ist in Fig. 11 veranschaulicht.

Wie in Fig. 12 zu sehen ist, wird der Transfer- bzw. Über tragungsfilm 22 von einer Vorrats- bzw. Zuführungsrolle 23 zu einer Aufwickelrolle 25 zugeführt, und zwar zwischen Form hälften 24, 26 hindurch und gegen die konvexe Oberfläche der Formhälfte 24 festgeklemmt, wobei sein leitfähiges Gittermu ster 44 dem Formhohlraum 28 zugewandt ist. Dann wird ge schmolzenes Harz aus der Spritzgießformungsmaschine 30 durch die Düse 32 in den Formhohlraum 28 und gegen den Transfer- bzw. Übertragungsfilm 22 eingeleitet.

Nachfolgend werden die Formhälften 24, 26 geöffnet, und das Transflektorelement wird davon entfernt bzw. zwischen densel ben herausgenommen, wobei das Muster aus leitfähigem Material nun auf die innere konkave Oberfläche desselben übertragen worden ist, und der Trägerfilm 40 wird davon gelöst bzw. ab gestreift, so daß man einen Transflektor 10 der in den Fig. 1 bis 5 und dem unteren Teil der Fig. 6 gezeigten Art erhält.

Wenn ein Haltering 20, 20a gewünscht wird und nicht, wie in den Fig. 6 bis 8 und 10 gezeigt, integral mit dem Körper teil bzw. Transflektorelement 10 ausgebildet worden ist, kann in einem sekundären Vorgang ein separater Ring 20 daran befe stigt werden, wie in Fig. 9 vor der Befestigung veranschau licht ist.

Durch die Verwendung des Transfer- bzw. Übertragungsfilms als Mittel für das Definieren und Vorsehen des Gitters können die leitfähigen metallischen Streifen mit einem hohen Grad an Präzision durch ein Druckverfahren unter Verwendung einer leitfähigen Tinte oder eines sonstigen leitfähigen Druck fluids, die bzw. das metallische Teilchen enthält, oder mit tels Dampfablagerung eines Metalls durch eine Maske ausgebil det werden. Präzisionsverfahren hierfür sind in der Industrie an sich bekannt und lassen sich leicht zum Ausbilden der Git terlinien anpassen. Die leitfähigen Streifen, die auf der Schicht aus Trennmaterial bzw. -mittel abgelagert worden sind, lassen sich leicht auf das Kunstharz übertragen, wel ches dagegen geformt bzw. daran angeformt wird. In manchen Fällen ist die Bindung an die metallischen Streifen, die durch das Kunstharz vorgesehen wird, genügend stark bzw. fest für die Zwecke der vorliegenden Erfindung. Jedoch wird diese Bindung wünschenswerterweise dadurch erhöht, daß man über der Metallschicht eine Haftschicht, insbesondere eine Klebemit telschicht, vorsieht, die mit dem Harz des Körpers des Trans flektors kompatibel ist. Diese Schicht wird durch das heiße Harz, das gegen dieselbe strömt, aktiviert und erzeugt eine hohe bzw. starke Bindung zwischen dem Harz des Körpers des Transflektors und den metallischen Streifen.

Die Übereinstimmung der Muster auf dem Transfer- bzw. Über tragungsfilm relativ zu dem Formhohlraum kann leicht automa tisch durch Vorsehen von entsprechenden Gestaltungen oder Passungen bewirkt werden, wie perforierten Öffnungen entlang den Rändern des Films oder Markierungen, welche leicht mit tels eines elektronischen Sensors detektiert werden können.

Die Linienbreiten und -beabstandungen können im Bereich von so wenig wie 0,127 mm (0,005 Zoll) bis größer als 25,4 mm (1 Zoll) mit einer Toleranz von ± 0,0254 mm (± 0,001 Zoll) lie gen.

Der bevorzugte Trägerfilm ist Polyethylenterephthalat mit ei ner Dicke von 0,0508-0,1778 mm (0,002-0,007 Zoll). Jedoch sind andere metallisierbare Filme, die auch verwendet werden können, Polycarbonate, Polyvinylchlorid, Polyimide und Poly ester.

Die thermoplastischen Harze zum Ausbilden des Körpers des Transflektors umfassen Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, ABS, Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat. Technische Harze hoher Schmelztemperatur sind für die Verwen dung in dem vorliegenden Verfahren nicht wünschenswert.

Die Krümmung des Transflektorkörpers kann im Bereich von 12,7 mm bis 50,8 mm (0,5 bis 2 Zoll) in der Tiefe liegen, um eine gute Übereinstimmung zu erhalten und eine Deformation des Mu sters der leitfähigen Linien auf dem Transfer- bzw. Übertra gungsfilm zu vermeiden. Jedoch ist der Durchmesser nur durch die Kapazität der verwendeten Spritzgußmaschine beschränkt.

Wie aus der vorstehenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich ist, ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung hocheffektiv und liefert einen ho hen Grad an Präzision in den feinen Linien bzw. Leitungen, welche parallel und eng beabstandet sind. Das Transfer- bzw.

Übertragungsverfahren ermöglicht eine Übertragung der leitfä higen Linien bzw. Leitungen auf den Kunstharzkörper des Transflektors und eine gute Bindung als einen Teil des For mungsverfahrens. Infolgedessen können Transflektoren mit re lativ niedrigen Kosten und mit einem hohen Grad an Genauig keit hergestellt werden.

Kurz zusammengefaßt wird gemäß der Erfindung ein Transflektor dadurch hergestellt, daß eine Reihe von beabstandeten paral lelen Streifen aus einem leitfähigen Material auf einer Ober fläche eines Kunstharzträgerfilms ausgebildet wird. Der Film wird gegen die Oberfläche einer Form plaziert, welche die ge wünschte konkave innere Krümmung für den Transflektor defi niert bzw. begrenzt, und der Formhohlraum wird geschlossen, indem über dem Film in beabstandeter Beziehung eine zweite Formhälfte plaziert wird, welche die gewünschte konvexe äuße re Krümmung für den Transflektor hat. Ein fluides Kunstharz wird in den Formhohlraum eingeleitet, um das gewünschte Transflektorelement mit beabstandeten parallelen Streifen, die auf der inneren konkaven Oberfläche desselben angeordnet sind, zu formen. Der Trägerfilm wird von dem Transflektorele ment entfernt, wobei die Streifen leitfähigen Materials auf dem Transflektorelement zurückbleiben.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors, wobei die Verfahrensschritte folgendes umfassen:

(a) Ablagern einer Reihe von beabstandeten parallelen Strei fen (16) aus einem leitfähigen Material auf einer Ober fläche eines Kunstharzträgerfilms (40);
(b) Plazieren des Films (22) auf der Oberfläche einer Form (26), welche die gewünschte konkave innere Krümmung für den Transflektor (10) definiert;
(c) Anordnen einer zweiten Formhälfte (24), welche die ge wünschte konvexe äußere Krümmung für den Transflektor (10) hat, in beabstandeter Beziehung über den Film (22), wobei die genannten Hälften (24, 26) einen Formhohlraum (28) bilden; und
(d) Einleiten eines fluiden Kunstharzes in den Formhohlraum (28) zum Formen des gewünschten Transflektorelements (10), wobei die beabstandeten parallelen Streifen (16) auf der inneren konkaven Oberfläche (12) desselben ange ordnet sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß An spruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Verfahrensschritt des Entfernens des Kunstharz trägerfilms (40) von dem Transflektorelement (10), während die Streifen (16) leitfähigen Materials auf dem Transflekto relement (10) zurückbleiben, umfaßt.

3. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß An spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß jeder der Streifen (16) eine Mehr- oder Vielzahl von eng beabstandeten Leitungen oder Linien (44) des leitfähigen Ma terials umfaßt.

4. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß An spruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material eine metallische Ablagerung ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Harz des Trägerfilms (40) ein Polyester ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das fluide Kunstharz ein Po lymer niedrigen Verlusts, niedriger Dielektrizitätskonstante ist, welches ausgewählt ist aus der aus Polyestern, Polyme thylpentenen, Polyacrylaten und Styrolinter- bzw. -zwischen polymeren bestehenden Gruppe.

7. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß das Transflektorelement (10) von generell kreisförmiger Umfangskonfiguration ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Zusammenbauens oder -fügens oder -formens des Transflek torelements (10) mit einem Halteelement (20, 20a).

9. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß An spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement (20, 20a) ein Ring ist, der mit dem Umfang des Transflektorelements (10) in Eingriff oder einstückig damit geformt ist.

10. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schritt des Ablagerns des leitfähigen Materials auf dem Trägerfilm (40) physikalische und/oder chemische Dampfablagerung eines Metalls umfaßt.

11. Verfahren zum Herstellen eines Transflektors gemäß ir gendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Schritt des Ablagerns des leitfähigen Materials auf dem Trägerfilm (40) das Ablagern einer Tinte oder einer sonstigen fluiden Substanz, in der sich leitfähige Teilchen befinden, umfaßt.