KR100810894B1 - 유전체 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 온도변화의 부하에 대하여, 상온에 있어서의 비유전율의 변동이 작은 복합재료를 사용한 유전체 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, 본 발명의 유전체 안테나는, 적어도, 유전체 블록과, 상기 유전체 블록에 형성된 방사전극과 급전전극(給電電極)과 설치전극을 구비한 유전체 안테나로서, 상기 유전체 블록은 결정성의 열가소성 수지와, 세라믹 분말과, 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 상기 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머가 3∼20vol%, 상기 유전체 블록에 포함되어 있다.
유전체 안테나, 비유전율, 유전체 블록, 방사전극, 급전전극, 설치전극
Description
본 발명은 주로 휴대전화용에 사용되는 유전체 안테나에 관한 것이다.
유전체 안테나 재료로서는, 수지 중에 세라믹 분말을 배합한 복합재료가 널리 사용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 신디오택틱 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene)과 유전체 세라믹으로 이루어지는 유전체 안테나용의 복합재료가 개시되어 있다. 그리고, 이것에 의해, 전기특성이 좋으며, 가공성 및 성형성이 우수하고, 또한, 비중이 작은 유전체 안테나용의 복합 유전체 재료가 얻어진다고 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 평11-345518호 공보
그러나, 상기 종래의 복합재료를 유전체 안테나 재료로서 사용한 경우, 주위의 온도변화의 반복에 의해 상기 복합재료의 성형체의 상온에 있어서의 두께가 변화하여, 상기 성형체의 비유전율(εr)이 변동하는 것이 알려져 있다. 유전체 안테나 재료에 있어서는, 상기 비유전율의 변동이, 안테나로서의 특성에 대하여 큰 문제가 된다.
그래서, 본 발명은 온도변화의 부하에 대하여, 상온에 있어서의 비유전율의 변동이 작은 복합재료를 사용한 유전체 안테나를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 청구항 1에 기재된 유전체 안테나는, 적어도, 유전체 블록과, 상기 유전체 블록에 형성된 방사전극과 급전전극(給電電極)과 설치전극을 구비한 유전체 안테나로서, 상기 유전체 블록은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 폴리아세탈로 이루어지는 군(群)에서 선택되는 적어도 1종의 결정성의 열가소성 수지와, 세라믹 분말과, 산 변성(acid-modified)한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 포함하며, 상기 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머가 3∼20vol%, 상기 유전체 블록에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구항 2에 기재된 유전체 안테나는, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리아세탈로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구항 3에 기재된 유전체 안테나는, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 청구항 4에 기재된 유전체 안테나는, 청구항 1에 기재된 발명에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 것이다.
<발명의 효과>
본 발명의 유전체 안테나에 따르면, 구성성분인 유전체 블록은, 결정성의 열가소성 수지와 세라믹 분말을 포함하는 복합재료 중에, 또한, 소정량의 산 변성의 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 함유하기 때문에, 온도변화의 부하에 대한 유전체 블록의 비유전율의 변동이 작다. 따라서, 온도변화의 부하에 대하여 안테나 특성이 안정된 유전체 안테나를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유전체 안테나의 사시도이다.
<부호의 설명>
1 : 유전체 안테나 2 : 유전체 블록
3(3a, 3b) : 방사전극 4 : 급전전극
5 : 설치전극
이하, 본 발명의 유전체 안테나에 따른 하나의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 유전체 안테나의 사시도를 나타낸다.
본 발명의 유전체 안테나(1)는 유전체 블록(2)과, 방사전극(3(3a, 3b))과, 급전전극(4)과, 설치전극(5)으로 이루어진다.
유전체 블록(2)의 한쪽 주면(主面)에는 방사전극(3a)이 형성되어 있다. 또한, 방사전극(3b)은 유전체 블록(2)의 측면에 2개 형성되며, 급전전극(給電電極;4)과 설치전극(5)에 각각 접속되어 있다.
여기에서는, 유전체 블록(2)은 사출성형에 의해, 직육면체의 다른쪽 주면이 개구된 케이스형상으로 형성되어 있다. 이것은 기능에 불필요한 복합 유전체 성형물의 불요 부분을 깎아, 경량화를 도모한 것으로, 이와 같은 형상에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 도 1에 기재된 평판, 혹은 원판 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 평판 등을 복수장 겹쳐 쌓은, 적층체 등도 사용할 수 있다.
또한, 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)은 저비용화, 및 공정수를 줄이기 위해서, 인서트 성형 혹은 아웃서트 성형되는 것이 바람직하다. 이 방사전극(3)의 형상에 의해, 유전체 블록(2)과의 공진 주파수를 조정하게 되기 때문에, 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)의 형상, 및 배치는 적당히 조정한다. 한편, 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)으로서는, Au, Ag, Cu 및 그들의 합금 등의 재료를 사용할 수 있으나, 비용면을 고려해서, 일반적으로 Cu 및 그 합금이 사용된다. 또한, 경시 안정성 등의 점에서, 복수층의 도금품을 사용하는 경우도 있다.
이상과 같이 구성된 유전체 안테나(1)는 급전전극(4)으로부터 방사전극(3)에 대하여 고주파 전력이 공급된다. 이것에 의해, 고주파 전자계를 발생하여, 전파를 송신한다. 또한, 방사전극(3)은 전파를 수신했을 때, 고주파 전류를 유기(誘起)하여, RF회로에 전달한다. 이와 같은 유전체 안테나(1)에 있어서, 본원발명에서 사용되는 유전체 블록을 사용함으로써, 온도변화의 부하에 대하여 비유전율의 변동이 작아지며, 안테나 특성이 안정된 유전체 안테나를 얻을 수 있다.
다음으로, 본 발명의 유전체 안테나의 한 실시형태에 대하여 설명한다.
우선, 미리 준비한 금속박으로부터 소정의 형상을 펀칭함으로써, 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)을 형성한다. 다음으로, 상기 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)으로 이루어지는 금속부재를 소정의 금형 내에 배치한 후, 본 발명의 유전체 안테나에 사용되는 복합재료를 가열 용융시킨 상태에서, 상기 금형 내에 사출성형함으로써, 유전체 블록(2)과 상기 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)을 일체 성형하여, 목적으로 하는 유전체 안테나(1)를 얻을 수 있다.
또한, 유전체 블록(2), 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)을 형성하는 방법에 대해서, 상기의 실시형태에 있어서는, 유전체 블록 형성시에, 미리 준비한 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)과, 유전체 블록(2)을 일체화하는 방법을 사용하였으나, 유전체 블록(2)을 성형한 후에, 상기 유전체 블록(2)의 형상에 맞춘 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)을 형성하고, 일체화하는 방법을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 방사전극(3), 급전전극(4) 및 설치전극(5)은 도금, 스퍼터, 증착 등의 방법을 사용해서 형성해도 좋다.
이하, 본 발명에 있어서의 실시예에 대하여 설명한다.
(1)유전체 블록용 복합재료의 제작
우선, 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 사용한 유전체 블록용 복합재료의 출발재료로서, 폴리프로필렌 수지, 말레인산 변성-스티렌·에틸렌·부타디엔 블록 공중합체를 포함하는 수지(말레인산 변성 SEBS라 약기한다), 알루미나 분말, 티탄산칼슘 분말, 및 유리섬유를 준비하였다.
또한, 산 변성하고 있지 않은 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 사용한 유전 체 블록용 복합재료의 출발재료로서, 폴리프로필렌 수지, 스티렌·에틸렌·부타디엔 블록 공중합체를 포함하는 수지(산 변성 없는 SEBS라 약기한다), 알루미나 분말, 티탄산칼슘 분말, 및 유리섬유를 준비하였다.
여기에서, 본 발명에서는, 결정성의 열가소성 수지로서 폴리프로필렌을 사용하였으나, 폴리에틸렌, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 액정 폴리머, 폴리페닐렌설파이드, 및 폴리아세탈 등을 사용하더라도, 본 발명과 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머로서, 말레인산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 사용하였으나, 카르복실산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머, 예를 들면, 아크릴산 변성이나, 메타크릴산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머이면, 본 발명과 동일한 효과가 얻어진다.
다음으로, 상기 출발재료를 표 1에 나타내는 비율로 혼합하고, 로킹믹서(rocking mixer)를 사용해서 30분간, 혼합하였다. 다음으로, 상기 혼합에 의해 얻어진 출발재료의 혼합물을, 연속식의 2축 압출기에 투입하고, 190∼210℃로 온도를 제어하면서, 용융 혼련(混練)한 후, 적당히, 오븐으로 건조시켜, 건조가 끝난 용융 혼합물을 얻었다. 또한, 상기 건조가 끝난 용융 혼합물을, 분쇄기를 사용해서 펠릿(pellet)형상으로 분쇄하고, 다시, 로킹믹서를 사용해서 30분간, 혼합함으로써, 목적으로 하는 시료번호 1∼8의 유전체 블록용 복합재료를 얻었다.
여기에서, 상기 혼합에 대하여, 본 발명에 있어서는 연속식의 2축 압출기를 사용하였으나, 배치식 니더 등의 혼합장치를 사용하더라도, 본 발명과 동일한 효과 가 얻어진다. 또한, 본 발명에 있어서는, 건조가 끝난 용융 혼합물을, 분쇄기를 사용해서 펠릿형상으로 분쇄하였으나, 펠레타이저(pelletizer)나 핫커트 등의 장치를 사용해서 펠릿화해도 좋다.
| 시료 번호 | 함유량[vol%] | 두께 팽창률 [%] | 비유전율 의 변화율 [%] | 판정 | ||||||
| 폴리프로 필렌 수지 | 말레인 산 변성 SEBS | 산 변성 없는 SEBS | 알루 미나 | 티탄산 칼슘 | 유리 섬유 | |||||
| 1 | 50 | 10 | 0 | 19 | 14 | 7 | +0.30 | 0 | ○ | |
| 2 | 55 | 5 | 0 | 19.5 | 13.5 | 7 | +0.60 | -0.3 | ○ | |
| 3 | 56 | 3 | 0 | 19.5 | 13.5 | 8 | +0.96 | -1.2 | ○ | |
| 4 | 41 | 20 | 0 | 19 | 14 | 6 | 0 | 0 | ○ | |
| * | 5 | 59 | 0 | 0 | 19.5 | 13.5 | 8 | +0.60 | -2.3 | × |
| * | 6 | 37 | 25 | 0 | 19 | 14 | 5 | 0 | 0 | × |
| * | 7 | 57 | 1 | 0 | 19.5 | 13.5 | 9 | +2.00 | -1.4 | × |
| * | 8 | 55 | 0 | 5 | 19.5 | 13.5 | 7 | +0.60 | -1.5 | × |
(2)특성 평가용 시험편의 제작
상기 (1)에서 얻어진 시료번호 1∼8의 유전체 블록용 복합재료를 가열 용융하면서, 금형 내에 사출성형하여, 두께 팽창률, 및 비유전율의 변화율의 측정에 제공되는 직경 55mm×두께 1.3mm의 원판형상의 시험편을 얻었다.
마찬가지로, 굽힘 특성의 시험에 제공하기 위해서, 시료번호 1∼8의 유전체 블록용 복합재료를, 상기 금형과는 다른 금형에 사출성형하여, 목적으로 하는 길이 80mm×폭 10mm×두께 4mm의 판형상의 시험편을 얻었다.
(3)원판형상의 시험편에 있어서의 두께 팽창률과 비유전율의 변화율의 측정
측정 전후의 처리로서, 상기 (2)에서 얻어진 원판형상의 시험편을 열충격 시험기 내에서, 우선 -40℃로 유지된 시험조(試驗槽)에 30분간 정치(靜置)한 후, 85℃로 유지된 다른 시험조에 상기 원판형상의 시험편을 이동시켜서 30분간 정치한다고 하는 조작을 1사이클로 하여, 50사이클 행하였다.
두께 팽창률(%)의 측정에 대해서는, 우선, 상기 시험기 내에 정치하기 전에, 원판형상의 시험편에 대해서, 중앙부 주변의 두께를 마이크로미터를 사용해서 5군데 측정하고, 그 평균값을 정치 전의 두께(㎛)로 하였다. 다음으로, 상기 50사이클의 열충격 시험 후에, 정치 전에 측정한 중앙부 주변의 두께를 다시 5군데 측정하고, 그 평균값을 50사이클 후의 두께(㎛)로 하였다. 또한, 정치 전의 두께와 50사이클 후의 두께로부터, 이하에 나타내는 식 1을 사용해서 두께 팽창률(%)을 산출하였다.
식 1: 두께 팽창률(%)＝[(50사이클 후의 두께－정치 전의 두께)/정치 전의 두께]×100
비유전율의 변화율(%)은 상기 시험기 내에 정치하기 전과, 50사이클 경과 후에 시험기 내에서 꺼낸 직후와의 원판형상의 시험편의 비유전율(εr)에 대해서, 각각 네트워크 애널라이저(장치명: HP8510/애질런트 테크놀러지 제품)를 사용해서 측정하고, 이하에 나타내는 식 2를 사용해서 산출하였다.
식 2: 비유전율의 변화율(%)＝[(50사이클 후의 비유전율－정치 전의 비유전율)/정치 전의 비유전율]×100
(4)3GHz에 있어서의 비유전율 및 Q값, 그리고 기계적 강도의 측정
시료번호 1∼8에 대해서, 3GHz에 있어서의 비유전율(εr)과 Q값을 측정하였다. 또한, 굽힘 강도(MPa), 굽힘 탄성률(MPa), 및 파단시의 휨(mm)을 측정하였다.
비유전율(εr)과 Q값은 원판형상의 시험편에 대해서, 상기 네트워크 애널라이저를 사용해서, 측정 주파수가 3GHz일 때의 수치를 측정하였다.
또한, 굽힘 강도(MPa), 굽힘 탄성률(MPa), 및 파단시의 휨(mm)에 대해서는, 굽힘 시험기(장치명: 오토그래프(Autograph)/시마즈세이사쿠쇼 제품) 내의 지지대에 판형상의 시험편을 정치하고, 플라스틱의 굽힘 특성 시험방법(JIS규격 K7171)에 준하여 측정하였다. 여기에서, 시험속도는 2mm/min, 지점간 거리는 60mm로 하였다. 이들의 측정결과를 표 2에 나타낸다.
| 시료 번호 | 초기 특성 | ||||||
| 3GHz에 있어서의 비유전율 | 3GHz에 있어서의 Q값 | 굽힘 강도 [MPa] | 굽힘 탄성률[MPa] | 파단시의 휨[mm] | 판정 | ||
| 1 | 6.4 | 667 | 40.9 | 3240 | 4.3 | ○ | |
| 2 | 6.4 | 667 | 46.9 | 4059 | 3.4 | ○ | |
| 3 | 6.4 | 667 | 43.0 | 4500 | 3.0 | ○ | |
| 4 | 6.4 | 500 | 35.0 | 3020 | 6.1 | ○ | |
| * | 5 | 6.5 | 611 | 39.0 | 6815 | 1.4 | × |
| * | 6 | 6.3 | 280 | 30.0 | 3000 | 8.2 | × |
| * | 7 | 6.4 | 667 | 42.0 | 4622 | 2.6 | × |
| * | 8 | 6.4 | 667 | 36.0 | 3788 | 1.4 | × |
상기 표 1∼2에 있어서, *표를 붙인 것은 본 발명의 범위 외의 것이고, 그 이외는 본 발명의 범위 내의 것이다.
표 1로부터 명백하듯이, 유전체 블록용 복합재료 중에 말레인산 변성 SEBS를 3∼20vol% 포함하는 경우(시료번호 1∼4)에 있어서는, 비유전율의 변화율이 ±1.2% 이내인 것을 알 수 있었다. 또한, 시료번호 1∼4에서는, 굽힘 강도 등의 기계적 강도에 대해서도 양호한 것을 알 수 있었다.
이에 비해, 본 발명의 범위 외인, 시료번호 5에 대해서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 비유전율의 변화율의 절대값이 1.2보다 큰 것을 알 수 있었다. 또한, 시료번호 7에 대해서는, 표 1에 나타내는 바와 같이, 두께 팽창률이 2%로 큰 것을 알 수 있었다. 또한, 시료번호 6에 대해서, 굽힘 강도는 낙하시험 등으로부터 35MPa 이상 필요한 것에 비해, 표 2에 나타내는 바와 같이, 굽힘 강도 30MPa로 작으며, 또한, 3GHz에 있어서의 Q값도 300 미만으로 작은 것을 알 수 있었다. 또한, 산 변성을 하고 있지 않은 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 사용한 시료번호 8에 대해서도, 표 1에 나타내는 바와 같이, 비유전율의 변화율의 절대값이 1.2보다 큰 것을 알 수 있었다.
이들 시료번호 5∼8의 특성값은 휴대전화에 사용되는 유전체 안테나용 복합재료로서 사용하는 점에 있어서, 실용상 바람직하지 않은 수치이다.
한편, 본 발명의 산 변성 SEBS를 포함하는 유전체 블록용 복합재료에 유리섬유를 첨가한 실시예를 나타내었으나, 이 유리섬유는 필수는 아니다. 단, 비유전율의 변화율에 영향을 주지 않을 정도이면, 유리섬유를 함유시킴으로써, 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 유전체 블록용 복합재료에, 산화방지제, 대전방지제, 난연제 등의 첨가제를, 비유전율의 변화율에 영향을 주지 않을 정도이면, 적당히 첨가할 수 있다.
본 발명은 예를 들면 휴대용 전화 등의 안테나로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.
Claims (4)
- 적어도, 유전체 블록과, 상기 유전체 블록에 형성된 방사전극과 급전전극(給電電極)과 설치전극을 구비한 유전체 안테나로서,상기 유전체 블록은폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 폴리아세탈로 이루어지는 군(群)에서 선택되는 적어도 1종의 결정성의 열가소성 수지와,세라믹 분말과,산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머를 포함하고,상기 산 변성한 스티렌계 열가소성 엘라스토머가 3∼20vol%, 상기 유전체 블록에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 안테나.
- 제1항에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 폴리아세탈로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 유전체 안테나.
- 제1항에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 유전체 안테나.
- 제1항에 있어서, 상기 결정성 열가소성 수지는 폴리프로필렌인 것을 특징으로 하는 유전체 안테나.
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