KR20030004113A

KR20030004113A - 렌즈 안테나

Info

Publication number: KR20030004113A
Application number: KR1020020037879A
Authority: KR
Inventors: 사쿠라다기요야스; 노노가키히로시
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2003-01-14
Also published as: JP2003017932A; DE10228347B4; CN1395341A; FR2829302A1; US7088309B2; KR100522023B1; JP3700617B2; CN1222082C; FR2829302B1; US20030011533A1; DE10228347A1

Abstract

본 발명은 고온하에 있어서 렌즈 본체나 정합층에 크랙(crack)이 발생하기 어려운 렌즈 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 렌즈 안테나의 렌즈 본체를, 또한, 정합층이 있는 경우는 렌즈 본체 및 정합층 중 적어도 한쪽을, 열가소성 엘라스토머(elastomer)를 포함하는 재료로 구성한다.

Description

렌즈 안테나{Lens antenna}

본 발명은 렌즈 안테나에 관한 것이다.

최근, 차세대 고속도로 교통 시스템(ITS:Intelligent Transport Systems)의 개발이 활발해져 오고 있으며, 크루징(cruising)시의 안전 운전을 지원하기 위한 기능이 잇달아 개발되고 있다. 특히, 자동차의 눈의 역할을 하는 외부 환경 검지 시스템은 ITS 중에서도 중요시되고, 적외선이나 CCD 등을 사용한 검지 시스템이 개발되고 있다. 그러나, 이들 검지 시스템의 경우, 빗속에서는 사용할 수 없거나, 비용이 높아진다는 문제점이 있다.

이에 따라, 밀리파(76GHz)를 이용한 레이더를 외부 환경 검지 수단으로서 사용하는 것이 요망되고 있으며, 이 밀리파 안테나 중 하나가 렌즈 안테나이다.

렌즈 안테나는 렌즈 본체와, 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기(送波器)를 포함한다. 또한, 렌즈 본체 표면에서의 전파의 반사를 경감하기 위하여, 렌즈 본체 표면에 정합층을 형성하는 경우도 있다. 렌즈 본체 및 정합층의 재료로서는, 유전체 세라믹스나 열가소성 수지 등이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 렌즈 안테나에서는, 고온하에 있어서 렌즈 본체 표면 또는 정합층이 산화되어 열화하기 때문에, 렌즈 본체가 열팽창 수축을 반복하면, 렌즈 본체 내부의 잔류 응력이 렌즈 본체 표면 또는 정합층에 가해져서 렌즈 본체 또는 정합층에 크랙(crack)이 발생한다는 문제점이 있었다.

이와 같은 크랙이 발생하면, 렌즈 안테나의 외관 불량은 말할 것도 없고, 렌즈 안테나 내부에 공기중의 수분 등이 침입해서 렌즈 특성이 변화하여 요구 이득을 달성할 수 없게 될 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하여 내열 크랙 특성이 우수한 렌즈 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 안테나를 나타내는 개략 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 : 렌즈 안테나2 : 렌즈부

2a : 렌즈 본체2b : 정합층

3 : 도파관(1차 송파기)4 : 지지부

5 : 유전체 선로

본 발명의 제 1 양태에 따른 렌즈 안테나는 렌즈 본체와, 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기를 포함한 렌즈 안테나로서, 렌즈 본체는 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 렌즈 본체에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이것은 열가소성 엘라스토머가 고무 탄성을 가져서, 렌즈 본체의 열팽창 수축에 의한 응력이 완화되는 것에 기인한다.

본 발명의 제 2 양태에 따른 렌즈 안테나는 렌즈 본체와, 렌즈 본체 표면에 형성된 정합층과, 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기를 포함한 렌즈 안테나로서, 렌즈 본체 및 정합층 중 적어도 한쪽은 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 렌즈 본체나 정합층에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따른 렌즈 안테나는 상기 렌즈 본체가 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 렌즈 본체의 유전율을 높여서 렌즈 본체의 두께를 얇게 할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따른 렌즈 안테나는 상기 렌즈 본체 및 상기 정합층이 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 렌즈 본체나 정합층의 유전율을 조정하여 양자의 정합성을 도모할 수 있다. 덧붙여서 말하면, 렌즈 본체의 유전율을 εr_a, 정합층의 유전율을 εr_b라고 하면, εr_b＝(εr_a)^1/2이 될 때, 렌즈 본체와 정합층의 정합성이 가장 높으며, 반사가 작다.

또한, 정합층이 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 경우, 상기 관계식으로부터 감안해 볼 때, 렌즈 본체의 유전율을 매우 높게 할 필요가 있기 때문에, 렌즈 본체도 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 정합층만을 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 구성하는 것은 실용적이라고는 할 수 없다.

<발명의 실시형태>

본 발명에 따른 렌즈 안테나에 있어서, 렌즈 본체는 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성된다. 또한, 렌즈 본체 표면에 정합층이 형성되는 경우, 렌즈 본체 및 정합층 중 적어도 한쪽이 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성된다.

열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료는 열가소성 엘라스토머 외에, 수지(단, 열가소성 엘라스토머를 제외함)나 유전체 세라믹스 등을 포함하여 구성되어 있어도 된다.

본 발명에 사용하는 열가소성 엘라스토머로서는 스티렌계와 폴리올레핀계의 열가소성 엘라스토머를 들 수 있다. 스티렌계 열가소성 엘라스토머로서는, 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머(copolymer)(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 코폴리머(SIS), 스티렌-에틸렌ㆍ부틸렌-스티렌 블록 코폴리머(SEBS), 스티렌-에틸렌ㆍ프로필렌-스티렌 블록 코폴리머(SEPS) 등을 들 수 있으며, 그 중에서도, SEBS, SEPS가 내열성, 내후성이 우수하기 때문에 바람직하다.

한편, 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머(TPO)로서는 단순히 고무 입자를 수지중에 분산시킨 블렌드(blend)형, 반응시에 하드 세그먼트(segment)와 소프트 세그먼트를 단계적으로 중합시켜 생기는 임플랜트(implant)형, 혼합기로 올레핀 수지와 미가황 고무와 가황제를 동시에 반응시키면서 고온 혼합 반죽하는 동적 가황형의 3종류를 들 수 있으며, 그 중에서도, 동적 가황형 TPO가 고무 입자를 미세하게 분산시켜 높은 고무 탄성을 실현할 수 있기 때문에 바람직하다.

동적 가황형 TPO는 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE)과 같은 올레핀 수지 칩을 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM)나 니트릴 고무칩과 혼합하고, 또한 유황이나 파옥사이드와 같은 가교제와 함께 압출하여 혼합 반죽기로 혼합 반죽 반응시킨 것으로, 그 중에서도, PP-EPDM계가 내열 내구성이 우수하기 때문에 바람직하다.

본 발명에 사용하는 열가소성 엘라스토머 이외의 수지로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 신디오탁틱 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene), 액정 폴리머, 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide), ABS수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아세탈, 폴리아미드, 메틸펜텐 폴리머, 노르보넨(norbornene) 수지, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌 에테르, 폴리설폰, 폴리이미드, 폴리에테르 이미드, 폴리아미드 이미드, 폴리에테르 케톤 등을 들 수 있으며, 그 중에서도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 신디오탁틱 폴리스티렌, 액정 폴리머, 폴리페닐렌설파이드가 Q값이 우수하기 때문에 바람직하다.

본 발명에 사용하는 유전체 세라믹스로서는, CaTiO₃, Al₂O₃, MgTiO₃, TiO₂, CaCO₃, BaTiO₃, Ca₂P₂O₇, Mg₂SiO₄, Ca₂MgSi₂O₇, Ba(Mg_1/3Ta_2/3)O₃등을 들 수 있다.

또한, 상기 유전체 세라믹스의 입자 직경은 0.05∼50㎛인 것이 바람직하며, 비표면적은 1.00∼3.00㎠/g인 것이 바람직하다.

또한, 정합층을 구성하는 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료는 열가소성 엘라스토머를 30∼100vol%의 비율로 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 비율로 열가소성 엘라스토머를 함유함으로써, 내크랙 특성이 우수한 렌즈 안테나를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 렌즈 안테나를 나타내는 개략 설명도이다. 렌즈 안테나(1)는 렌즈부(2)와, 도파관(導波管)(1차 송파기)(3)과, 렌즈부(2) 및 1차 송파기(3)에 걸어맞추는 지지부(4)로 이루어진다.

렌즈 안테나(1)에 있어서는, 렌즈 본체(2a) 및 정합층(2b) 중 적어도 한쪽이 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성된다.

렌즈부(2)는 렌즈 본체(2a)와 정합층(2b)으로 이루어지며, 이 중 렌즈 본체(2a)는 출사면(2a₁)이 볼록 형상, 입사면(2a₂)이 평판 형상, 출사면(2a₁)의 수직 단면이 반타원 형상이 되도록, 사출성형에 의해 성형되어 있다. 또한, 정합층(2b)은 렌즈 본체(2a)와 대기의 정합을 취하기 위한 것으로, 렌즈 본체(2a)의 바깥 둘레를 덮는 형상이 되도록 성형되며, 렌즈 본체(2a)와 밀착되어 있다. 또한, 정합층(2b)의 비유전율은 렌즈 본체(2a)의 비유전율의 평방근(平方根) 또는 그것에 가까운 값을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한, 정합층(2b)의 두께는 원하는 마이크로파의 파장의 약 1/4인 것이 바람직하다.

도파관(3)은 알루미늄제의 직육면체 형상을 이루며, 상면에 송파용 개구부(3a), 측면에 삽입용 개구부(3b)가 형성되어 있고, 이들 개구부(3a, 3b)는 내부에서 연이어 통하고 있다.

지지부(4)는 도파관(3)의 외주부로부터, 렌즈부(2)의 가장자리부 전체 둘레에 걸쳐 테이퍼 형상으로 넓어진 통 형상으로 구성되어 있으며, 도파관(3a)과 렌즈부(2)의 위치 관계를 고정하기 위하여 형성된다. 또한, 지지부(4)의 내측에는 전자파를 반사하도록 금속 도금이 실시되어 있는 것이 바람직하다.

유전체 선로(5)는 송파용 개구부(3a)가 형성된 위치에 그 단부가 오도록 삽입용 개구부(3b)로부터 삽입되어 있다. 또한, 도시하고 있지 않으나, 유전체 선로(5)에는 전극이 형성되어 있다.

<실시예>

이하, 본 발명에 따른 렌즈 안테나의 렌즈 본체, 정합층의 제작 방법에 대하여 설명한다.

우선, 수지 분말, 유전체 세라믹스 분말을 표 1에 나타내는 조성비가 되도록 칭량하여 재료 A∼N을 준비하였다. 다음으로, 실린더 온도를 200℃로 한 2축의 압출기를 사용하여 각 재료를 용융 상태로 혼합 반죽하고, 혼합 반죽한 재료를 헤드 구멍을 통해 실 형상(스트랜드(strand))으로 하여, 수중에서 냉각 후 φ2mm×5mm정도의 펠릿(pellet)으로 컷트한다. 이 때, 압출기에서 혼합 반죽한 재료를 분쇄기에서 분쇄하여 펠릿으로 해도 된다.

또한, 재료 F∼N으로 나타내는 수지와 유전체 세라믹스의 복합 유전체 재료를 준비할 때는, 혼합 반죽 전에 수지 분말 및 유전체 세라믹스 분말을 헨셀믹서로 예비 혼합해 둔다. 또한, 수지중에서 분말로 입수할 수 없는 것에 대해서는 동결 처리 등의 처리를 사전에 행한다.

다음으로, 재료 A∼N의 펠릿을 사출 성형기에 투입하고, 200℃에서 용융 후, φ53mm×1.3mm의 원판 형상으로 사출 성형하여 테스트 피스를 제작하고, 재료 A∼N의 유전 특성을 측정하였다. 유전 특성은 유전율(εr)과, Q값(1/tanδ)을 지표로 하며, TE01δ모드, 12GHz의 전계를 사용한 섭동법(攝動法)을 사용하여 각각 측정하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	재료	조성비(vol%)	εr(12GHz)	Q(12GHz)
A	PP	100.0	2.23	＞10000
B	SEBS	100.0	2.32	650
C	SEPS	100.0	2.33	700
D	TPO	100.0	2.19	5000
E	PP	70.0	2.22	7000
	TPO	30.0
F	PP	88.8	3.98	2000
	CT	11.2
G	PP	65.0	4.03	2778
	알루미나	35.0
H	PP	50.0	6.77	710
	CT	10.0
	알루미나	40.0
I	TPO	88.5	4.01	1800
	CT	11.5
J	TPO	77.0	6.60	700
	CT	23.0
K	TPO	75.0	4.03	7000
	MT	25.0
L	TPO	90.0	2.60	4000
	알루미나	10.0
M	TPO	65.0	3.99	2750
	알루미나	35.0
N	PP	50.0	4.02	1400
	SEBS	39.0
	CT	11.0

상기 표 1에 있어서, PP는 폴리에틸렌, SEBS는 스티렌-에틸렌ㆍ부틸렌-스티렌 블록 코폴리머, SEPS는 스티렌-에틸렌ㆍ프로필렌-스티렌 블록 코폴리머, TPO는 폴리올레핀계 열가소성 엘라스토머, CT는 티탄산 칼슘, MT는 티탄산 마그네슘이다.

다음으로, 재료 F∼K, M, N의 펠릿을 사출 성형기에 투입하고, 200℃에서 용융 후, 직경 73.2mm, 최대 두께 20mm의 볼록 렌즈 형상으로 사출성형하여 렌즈 본체를 제작하였다. 다음으로, 렌즈 본체의 형상에 대응한 금형을 제작하였다. 이 금형은 렌즈 본체를 감쌀 때에 렌즈 본체와의 간극이 0.1mm가 되도록 설계되어 있다. 다음으로, 실온∼120℃의 상기 금형으로 렌즈 본체를 감싸고, 재료 A∼E, L의 펠릿을 상기 간극에 사출하여 렌즈 본체 표면에 두께 1mm의 정합층을 형성하였다.

이상과 같이 하여 얻어지는 사출 성형물의 시료를 16개 제작하였다. 각 시료에 있어서의 렌즈 본체, 정합층의 재료의 조합을 표 2에 나타낸다. 시료 1∼7은 렌즈 본체가 열가소성 엘라스토머를 포함하지 않는 재료, 정합층이 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성된다. 시료 8, 9는 렌즈 본체가 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료, 정합층이 열가소성 엘라스토머를 포함하지 않는 재료로 구성된다. 시료 10∼14는 렌즈 본체 및 정합층이 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성된다. 또한, 모든 시료에 대하여 렌즈 본체에는 유전체 세라믹스가 포함되어 있으며, 시료 7, 14에 대해서는 정합층에도 유전체 세라믹스가 포함되어 있다. 또한, ※표가 붙은 시료 15, 16은 본 발명의 청구범위 외의 비교예이며, 렌즈 본체 및 정합층이 열가소성 엘라스토머를 포함하지 않는 재료로 구성된다.

시료번호	렌즈 본체	정합층	크랙 발생까지의시간 (시간)
1	F(PP/CT)	B(SEBS)	2000
2	F(PP/CT)	C(SEPS)	3000
3	F(PP/CT)	D(TPO)	＞5000
4	G(PP/알루미나)	D(TPO)	＞5000
5	F(PP/CT)	E(PP/TPO)	2000
6	H(PP/CT/알루미나)	D(TPO)	＞5000
7	H(PP/CT/알루미나)	L(TPO/알루미나)	＞5000
8	N(PP/SEBS/CT)	A(PP)	1500
9	I(TPO/CT)	A(PP)	3000
10	N(PP/SEBS/CT)	D(TPO)	＞5000
11	I(TPO/CT)	D(TPO)	＞5000
12	K(TPO/MT)	D(TPO)	＞5000
13	M(TPO/알루미나)	D(TPO)	＞5000
14	J(TPO/CT)	L(TPO/알루미나)	＞5000
※15	F(PP/CT)	A(PP)	72
※16	G(PP/알루미나)	A(PP)	144
※표는 본 발명의 범위외.

다음으로, 각 시료를 오븐에 넣고 105℃의 고온하에 있어서의 내열 시험을 행하였다. 이 내열 시험에서는 육안으로 관찰하여 정합층 부분에 크랙이 발생할 때까지의 시간을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

표 2로부터, 렌즈 본체나 정합층에 열가소성 엘라스토머를 포함한 재료를 사용한 시료에 있어서는, 크랙이 발생하기 어렵게 되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시형태에서 설명한 렌즈 안테나(1)에 있어서는, 렌즈 본체(2a) 표면에 정합층(2b)이 형성되어 있으나, 정합층(2b)이 형성되어 있지 않은 경우라 하더라도, 렌즈 본체(2a)를 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 구성하면, 마찬가지로 크랙을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 렌즈 안테나는 렌즈 본체와, 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기를 포함한 렌즈 안테나로서, 렌즈 본체는 열가소성 엘라스토머를 포함하는재료로 이루어진다.

또한, 렌즈 본체 표면에 정합층을 형성하는 경우, 렌즈 본체 및 정합층 중 적어도 한쪽은 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 이루어진다.

이에 따라, 열가소성 엘라스토머의 고무 탄성을 이용해서 렌즈 본체의 열팽창 수축에 의한 응력을 완화하여, 렌즈 본체나 정합층에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 렌즈 본체에 유전체 세라믹스를 사용함으로써, 렌즈 본체의 유전율을 높여서 렌즈 본체의 두께를 얇게 할 수 있다.

또한, 렌즈 본체나 정합층에 유전체 세라믹스를 사용함으로써, 렌즈 본체와 정합층의 정합성을 미세조정할 수 있다.

Claims

렌즈 본체와, 상기 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기(送波器)를 포함한 렌즈 안테나로서,

상기 렌즈 본체는 열가소성 엘라스토머(elastomer)를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
렌즈 본체와, 상기 렌즈 본체 표면에 형성된 정합층과, 상기 렌즈 본체의 후방에 형성된 1차 송파기를 포함한 렌즈 안테나로서,

상기 렌즈 본체 및 상기 정합층 중 적어도 한쪽은 열가소성 엘라스토머를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 렌즈 본체는 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.
제 2항에 있어서, 상기 렌즈 본체 및 상기 정합층은 유전체 세라믹스를 포함하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 안테나.