JP2005244438A

JP2005244438A - 誘電体アンテナ

Info

Publication number: JP2005244438A
Application number: JP2004049517A
Authority: JP
Inventors: Kiyoyasu Sakurada; 清恭櫻田; Ichiro Nakamura; 一郎中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】温度変化の負荷に対して、常温における比誘電率の変動が小さい複合材料を用いた誘電体アンテナを提供する。
【解決手段】本発明の誘電体アンテナは、少なくとも、誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックに設けられた放射電極と給電電極と設置電極とを備えた誘電体アンテナであって、前記誘電体ブロックは、結晶性の熱可塑性樹脂と、セラミック粉と、オレフィン系熱可塑性エラストマーとを含み、前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが３６〜４８ｖｏｌ％、前記誘電体ブロックに含まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に携帯電話用に用いられる誘電体アンテナに関する。

誘電体アンテナ材料としては、樹脂中にセラミック粉を配合した複合材料が広く用いられている。たとえば、特許文献１には、シンジオタクチックポリスチレンと誘電体セラミックからなる誘電体アンテナ用の複合材料が開示されている。そして、これにより、電気特性が良く、加工性および成形性に優れ、かつ、比重が小さい誘電体アンテナ用の複合誘電体材料が得られるとある。
特開平１１−３４５５１８号公報

しかしながら、前記従来の複合材料を誘電体アンテナ材料として用いた場合、周囲の温度変化の繰り返しによって前記複合材料の成形体の常温における厚みが変化し、前記成形体の比誘電率（ε_r）が変動することが知られている。誘電体アンテナ材料においては、前記比誘電率の変動が、アンテナとしての特性に対して大きな問題となる。

そこで、本発明の目的は、温度変化の負荷に対して、常温における比誘電率の変動が小さい複合材料を用いた誘電体アンテナを提供しようとすることである。

上記目的を達成するため、本発明の誘電体アンテナは、少なくとも、誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックに設けられた放射電極と給電電極と設置電極とを備えた誘電体アンテナであって、前記誘電体ブロックは、結晶性の熱可塑性樹脂と、セラミック粉と、オレフィン系熱可塑性エラストマーとを含み、前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが３６〜４８ｖｏｌ％、前記誘電体ブロックに含まれることを特徴とする。

本発明の誘電体アンテナによれば、構成成分である誘電体ブロックは、結晶性の熱可塑性樹脂とセラミック粉とを含む複合材料中に、さらに、所定量のオレフィン系熱可塑性エラストマーを含有するため、温度変化の負荷に対する誘電体ブロックの比誘電率の変動が小さい。したがって、温度変化の負荷に対してアンテナ特性の安定した誘電体アンテナを得ることができる。

以下、本発明の誘電体アンテナに係る一つの実施形態について説明する。

図１は、本発明の誘電体アンテナの斜視図を示す。

本発明の誘電体アンテナ１は、誘電体ブロック２と、放射電極３（３ａ、３ｂ）と、給電電極４と、設置電極５からなる。

誘電体ブロック２の一方主面には放射電極３ａが形成されている。また、放射電極３ｂは、誘電体ブロック２の側面に２つ形成され、給電電極４と設置電極５にそれぞれ接続されている。

ここでは、誘電体ブロック２は射出成形によって、直方体の他方主面が開口されたケース状に形成されている。これは機能に不要な複合誘電体成形物の不要部分を削り、軽量化を図ったものであり、このような形状に限るものではない。たとえば、図１に記載の平板、あるいは円板等を用いることができる。また、前記平板等を複数枚積み重ねた、積層体等も用いることができる。

また、放射電極３、給電電極４および設置電極５は、低コスト化、および工程数を減らすため、インサート成形もしくはアウトサート成形されることが好ましい。この放射電極３の形状により、誘電体ブロック２との共振周波数を調整することになるため、放射電極３、給電電極４および設置電極５の形状、および配置は適宜、調整する。なお、放射電極３、給電電極４および設置電極５としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびそれらの合金等の材料を用いることができるが、コスト面を考慮して、一般的にＣｕおよびその合金が用いられる。また、経時安定性などの点から、複数層のめっき品を用いる場合もある。

以上のように構成された誘電体アンテナ１は、給電電極４から放射電極３に対して高周波電力が供給される。これにより、高周波電磁界を発生し、電波を送信する。また、放射電極３は、電波を受信したとき、高周波電流を誘起し、ＲＦ回路へと伝達する。このような誘電体アンテナ１において、本願発明で用いられる誘電体ブロックを用いることで、温度変化の負荷に対して比誘電率の変動が小さくなり、アンテナ特性の安定した誘電体アンテナを得ることができる。

次に、本発明の誘電体アンテナの一実施形態について説明する。

まず、あらかじめ準備した金属箔から所定の形状を打ち抜くことで、放射電極３、給電電極４および設置電極５を形成する。次に、前記放射電極３、給電電極４および設置電極５からなる金属部材を所定の金型内に配置した後、本発明の誘電体アンテナに用いられる複合材料を加熱溶融させた状態で、前記金型内に射出成形することで、誘電体ブロック２と前記放射電極３、給電電極４および設置電極５を一体成形し、目的とする誘電体アンテナ１を得ることができる。

また、誘電体ブロック２、放射電極３、給電電極４および設置電極５を形成する方法について、上記の実施形態においては、誘電体ブロック形成時に、あらかじめ準備した放射電極３、給電電極４および設置電極５と、誘電体ブロック２を一体化する方法を用いたが、誘電体ブロック２を成形した後に、前記誘電体ブロック２の形状に合わせた放射電極３、給電電極４および設置電極５を形成し、一体化する方法を用いることもできる。また、前記放射電極３、給電電極４および設置電極５は、めっき、スパッタ、蒸着などの方法を用いて形成してもよい。

以下、本発明における実験例について説明する。
（１）オレフィン系熱可塑性エラストマーを用いた誘電体ブロック用複合材料の作製
まず、オレフィン系熱可塑性エラストマーを用いた誘電体ブロック用複合材料の出発材料としてポリプロピレン樹脂、オレフィン系熱可塑性エラストマーとしてエチレンプロピレンゴム粒子をポリプロピレン樹脂マトリックス中に分散させた樹脂、アルミナ粉末、およびチタン酸カルシウム粉末を準備した。ここで、前記エチレンプロピレンゴム粒子をポリプロピレン樹脂マトリックス中に分散させた樹脂において、分散させる方法としては、ゴム粒子を所定の樹脂に練り込む簡易的な方法を用いても良いが、硫黄やパーオキサイドを用いた動的架橋などの方法を用いる方が、ゴム粒子が細かくなり、かつ、ゴム特性が向上するのでより好ましい。

また、本発明では、結晶性の熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いたが、ポリエチレン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、液晶ポリマー樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、およびポリアセタール樹脂等を用いても、本発明と同様の効果が得られる。

次に、前記出発材料を表１に示す割合で混合し、ロッキングミキサーを用いて３０分間、混合した。次に、前記混合により得られた出発材料の混合物を、連続式の２軸押出し機に投入し、１９０〜２１０℃に温度を制御しながら、溶融混練した後、適宜、オーブンにて乾燥させ、乾燥済みの溶融混合物を得た。さらに、前記乾燥済みの溶融混合物を、粉砕機を用いてペレット状に粉砕し、再度、ロッキングミキサーを用いて３０分間、混合することによって、目的とする試料番号１〜５の誘電体ブロック用複合材料を得た。

ここで、前記混合について、本発明においては連続式の２軸押出し機を用いたが、バッチ式ニーダーなどの混合装置を用いても、本発明と同様の効果が得られる。また、本発明においては、乾燥済みの溶融混合物を、粉砕機を用いてペレット状に粉砕したが、ペレタイザーやホットカット等の装置を用いてペレット化してもよい。

（２）特性評価用試験片の作製
前記（１）で得られた試料番号１〜５の誘電体ブロック用複合材料を加熱溶融しながら、金型内に射出成形し、厚み膨張率、および比誘電率の変化率の測定に供する直径５５ｍｍ×厚み１．３ｍｍの円板状の試験片を得た。
（３）円板状の試験片における厚み膨張率と比誘電率の変化率の測定
測定前後の処理として、前記（２）で得られた円板状の試験片を熱衝撃試験機内で、まず、−４０℃に保たれた試験槽に３０分間静置した後、８５℃に保たれた別の試験槽に前記円板状の試験片を移動させて３０分間静置するという操作を１サイクルとして、５０サイクル行った。

厚み膨張率（％）の測定については、まず、前記試験機内に静置する前に、円板状の試験片について、中央部周辺の厚みをマイクロメーターを用いて５個所測定し、その平均値を静置前の厚み（μｍ）とした。次に、前記５０サイクルの熱衝撃試験後に、静置前に測定した中央部周辺の厚みを再度５箇所測定し、その平均値を５０サイクル後の厚み（μｍ）とした。さらに、静置前の厚みと５０サイクル後の厚みから、以下に示す式１を用いて厚み膨張率（％）を算出した。
式１：厚み膨張率（％）＝｛（５０サイクル後の厚み−静置前の厚み）／静置前の厚み]×１００
比誘電率の変化率（％）は、前記試験機内に静置する前と、５０サイクル経過後に試験機内から取り出した直後と、の円板状の試験片の比誘電率（ε_r）について、それぞれネットワークアナライザー（装置名：ＨＰ８５１０／アジレントテクノロジー製）を用いて測定し、以下に示す式２を用いて算出した。
式２：比誘電率の変化率（％）＝｛（５０サイクル後の比誘電率−静置前の比誘電率）／静置前の比誘電率]×１００
前記表１において、＊印を付したものは本発明の範囲外のものであり、それ以外は本発明の範囲内のものである。

表１から明らかなように、誘電体ブロック用複合材料中にオレフィン系熱可塑性エラストマーを３６〜４８ｖｏｌ％含む場合（試料番号１〜３）では、厚み膨張率が小さく、比誘電率の変化率も±０．５％以内であることが分かった。

これに対して、本発明の範囲外である、試料番号４〜５については、表１に示すように、厚み膨張率が大きく、比誘電率の変化率の絶対値も０．５より大きいことが分かった。これら試料番号４〜５の特性値は、携帯電話に用いられる誘電体アンテナ用複合材料として用いる点において、実用上好ましくない数値である。

なお、本発明のオレフィン系熱可塑性エラストマーを含む誘電体ブロック用複合材料については、比誘電率の変化率に影響を与えない程度であれば、前記ガラス繊維やカーボン繊維等の無機繊維を添加することで、誘電体ブロック用複合材料としての機械的強度を向上させることができる。

さらには、前記誘電体ブロック用複合材料に、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤等の添加剤を、比誘電率の変化率に影響を与えない程度であれば、適宜、添加することができる。

本発明に係る誘電体アンテナの斜視図である。

符号の説明

１誘電体アンテナ
２誘電体ブロック
３（３ａ、３ｂ）放射電極
４給電電極
５設置電極

Claims

少なくとも、誘電体ブロックと、前記誘電体ブロックに設けられた放射電極と給電電極と設置電極とを備えた誘電体アンテナであって、
前記誘電体ブロックは、結晶性の熱可塑性樹脂と、セラミック粉と、オレフィン系熱可塑性エラストマーとを含み、前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが３６〜４８ｖｏｌ％、前記誘電体ブロックに含まれていることを特徴とする、誘電体アンテナ。