WO2004086563A1 - ルーネベルグレンズおよびその製造方法 - Google Patents

ルーネベルグレンズおよびその製造方法 Download PDF

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Masatoshi Kuroda
Tetsuo Kishimoto
Kouichi Kimura
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Sumitomo Electric Industries Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a radio wave transmitting / receiving rope having excellent electrical characteristics.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-179805 Japanese Patent Publication No. 56-17767
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-334934 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-6126
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. And JP-A-9-1130137 and JP-A-2002-197923.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 3-179805 uses a non-foamed dielectric as a lens material
  • Japanese Patent Publication No. 56-17767 uses a foamed dielectric
  • Japanese Patent Publication No. 56-17767 to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-197923 describe a foamed dielectric containing filler.
  • GZT gain / (noise) temperature
  • sidelobes In the case of a Runel-Glens antenna, in particular, it is used as a multibeam antenna or an antenna for mobile communication, so it has the same focal length and the same gain (or G / T) for radio waves from any direction. The same side lobe characteristics are required.
  • the side-mouth characteristics are particularly important because they are affected by adjacent satellites or other antennas in the vicinity or affect other antennas. It is a characteristic, for example, the side lobe of the receiving antenna is required to be lower than the numerical values listed in (l) E IAJ CPR-5104A and (2) ITU-R recommendation (for BSS reception).
  • the side lobe is a kind of noise and has a power of 1Z100 or less of the main beam, so it is easily affected by various elements of the antenna. In the case of a lens antenna, the effect of minute variations in the relative permittivity in the lens layer is greatly affected.
  • the Luneberg lens is a lens made of a dielectric material with a relative dielectric constant ⁇ of 1 to 2 inside, and in order to realize the relative dielectric constant, the inclusion of gas such as air is indispensable. .
  • the gas is contained by foaming, but the foaming must be controlled uniformly in any part of the lens. Considering the foaming agent dispersion, the uniformity of heat addition at thick wall, and the uniformity of resin melt viscosity. It was difficult to produce a Luneberg lens having uniform sidelobes.
  • the dielectric when the dielectric is a composite dielectric composed of three components of an olefin resin, a high dielectric constant inorganic filler, and a gas, the relative dielectric constant of each component is 2 to 3, 100 or more, Since it is significantly different from 1, it is extremely difficult to mix them and produce a composite dielectric having a uniform relative dielectric constant at any position, and in synergy with the difficulty in controlling foaming, It has been difficult to produce a good Luneberg lens that satisfies the sidelobe characteristics for radio waves from any direction.
  • Luneberg lenses are generally composed of multiple dielectric layers made of foamed PS (polystyrene).
  • PS polystyrene
  • the expansion ratio is 5 or less when the relative dielectric constant is ⁇ 1.2
  • the expansion ratio is 3 or less when the relative dielectric constant is ⁇ 1.4
  • the expansion ratio is 2 or less when the relative dielectric constant is ⁇ 1.65.
  • the foaming ratio of a general foam is generally 20 to 50 times, and if the foaming ratio is 5 or less, molding is performed. Therefore, it is difficult to produce a homogeneous foam with a low expansion ratio as described above.
  • the force for producing pre-expanded beads in advance For a low-foam material such as PS, at this stage, only a slight foaming occurs, so that the expansion ratio is uniform.
  • the production of beads was difficult, and it was impossible to obtain a homogeneous lens because the expansion ratio distribution was wide, ranging from non-foamed to foamed 10 times or more. .
  • lenses manufactured by such a difficult method naturally increase the production yield and thus increase the cost.
  • the Luneberg lens made of foamed PS has a problem that the foaming ratio is extremely low and the mass is high (heavy).
  • the dielectric consists of three components: an olefin resin, a high dielectric constant inorganic filler, and a gas.
  • the specific gravities are 0.9 and 4-5, so uniform mixing is difficult.
  • the relative dielectric constants of these components are significantly different from 2 to 3, 100 or more, and 1, non-uniform mixing appears as non-uniform electrical characteristics, resulting in a dielectric material that is electrically uniform. This is because it cannot be provided.
  • the filler since the filler is present in the thin resin film formed at the time of foaming, the foam is easily broken compared to the non-filer-based system, and it becomes increasingly difficult to uniformly foam.
  • an object of the present invention is to provide a Luneberg lens which satisfies the required characteristics for both the gain and the side lobe, has high homogeneity, is lightweight, and can be manufactured at low cost by mass production.
  • a polyolefin resin and Z ′ or a derivative thereof and a high dielectric constant inorganic filler are mixed in a volume ratio of resin 99 to 50: filler 1 to 50.
  • a foaming agent is added to the mixed resin mixture to perform prefoaming, and the resulting prefoamed beads are formed into a single layer structure or a material having a different dielectric constant.
  • a Luneberg lens having a multilayer structure in which a plurality of layers are combined, wherein a dielectric foam layer having a dielectric constant of at least 1.5 or more is formed of classified and pre-foamed beads, and a gas in the dielectric foam layer is formed.
  • f (A) ⁇ a, A ave Provide a Luneberg lens, wherein 0.0.05 ⁇ f (A) ⁇ 0.1.
  • the high dielectric constant inorganic filler used for this lens is preferably made of titanium oxide, titanate, zirconate, or a mixture thereof. It is preferable that the titanate is barium titanate, sudronium titanate, calcium titanate, magnesium titanate, or the like. Zirconate is also useful for fine-tuning the non-dielectric constant of titanium oxide and adjusting its temperature dependence by mixing with titanium oxide. .
  • Classification and sorting of the pre-expanded beads forming the dielectric foam layer having a relative dielectric constant of 1.5 or more can be performed by classification and sorting based on specific gravity or dimensions.
  • the Luneberg lens is a process of mixing a polyolefin resin and Z or a derivative thereof and a high dielectric constant inorganic filler in a volume ratio of resin 99 to 50: filler 1 to 50,
  • the pre-expanded beads thus obtained are manufactured through a process of classifying and sorting the pre-expanded beads according to specific gravity or dimensions, and a process of forming the classified and selected pre-expanded beads.
  • the present invention also provides this manufacturing method.
  • the molding is performed by a bead foam molding method.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the lens of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of another embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a method of a performance evaluation test. _
  • FIG. 4 is a diagram showing the specific gravity distribution of the expanded beads with filler.
  • FIG. 5 is a diagram showing a specific gravity distribution of each lot in classification and sorting by specific gravity.
  • FIG. 6 is a diagram showing a specific gravity distribution at each mouth in classification and sorting based on weight dimensions.
  • FIG. 7 is a diagram showing a concept of designing a relative dielectric constant of a Luneberg lens. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • r is the radius of the hemisphere nuclear la
  • R is a different ⁇ sphere nucleus 1 b _ n
  • This lens 1 the primary radiator 2 whose position can be adjusted, the holder 3 of the primary radiator whose elevation angle can be adjusted, and the cover 4 that transmits radio waves are combined to form a radio lens antenna.
  • FIG. 2 shows a combination of a hemispherical Luneberg lens 5 and a reflector 6 for reflecting radio waves.
  • This radio wave lens also consists of a primary radiator (not shown) and a holder that holds the radiator in a fixed position to form an antenna.
  • the Luneberg lenses 1 and 5 in FIGS. 1 and 2 are obtained by mixing a polyolefin-based resin or Z or a derivative thereof with a high-dielectric-constant inorganic filler, which is preferred above, in a volume ratio of resin 9,9 to 50:
  • a pre-expanded bead is made from a resin mixture mixed at a rate of 1 to 50, and a dielectric layer obtained by molding the pre-expanded bead (Fig. 1 is different from the two hemispherical nuclei 1a each).
  • the hemispherical shell 1 b—, ⁇ 1 b- Struktur, Fig. 2 shows a hemispherical nucleus 5a and the hemispherical shell 5!
  • f (A) force 0.0 0 0 0 5 ⁇ f (A) ⁇ 0.1. If the content of the filler is 50% by volume or more, the foam easily breaks, and it becomes difficult to form the foam at a desired expansion ratio.
  • the production of the foamed dielectric is performed by a pease foam molding method.
  • resin beads into which a foaming agent is injected are prepared, foamed to a predetermined magnification to form pre-foamed beads, and the pre-foamed beads are put into a mold and steam is introduced. And heat and foam. According to the steam heating, even in the molding of a thick mold, steam is introduced between the beads to uniformly heat each part, so that uniform foaming can be achieved.
  • polyolefin resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polystyrene (PS) may be used. This is because t an (5 is low and the resin can be bead foamed.
  • any inorganic filler having a high dielectric constant may be used.
  • titanium oxide (Ti 2 ), titanate, zirconate, or a mixture thereof is preferable because of its high relative dielectric constant.
  • Ti 2 titanium oxide
  • titanate zirconate
  • a mixture thereof is preferable because of its high relative dielectric constant.
  • Air may be used, but is not limited to this.
  • a polyolefin-based resin and a high dielectric constant inorganic filler are kneaded at a predetermined ratio, and through a pelletizing step, pellets of a resin mixture in which the concentration (distribution density) of the high dielectric constant inorganic filler is substantially uniform are produced.
  • the concentration of the high dielectric constant inorganic filler In order to carry out classification and sorting, the concentration of the high dielectric constant inorganic filler must be uniform, and within 0.5% of the designed concentration of soil, preferably 0.5% of soil.
  • the mixing of the resin and the filler is performed using a twin-screw or single-screw extruder, a mixer, a mixer, a Banbury mixer, a mixer, or the like.
  • the size of the pellet should be less than 1/4 of the wavelength of the radio wave used, preferably 1/1.
  • steps 1) and 2) may be performed simultaneously.
  • the simultaneous operation the polyolefin monomer, the polymerization catalyst and the filler are uniformly dispersed in the solvent, and the gas is sealed while the polymerization is performed.
  • the prepared pre-expanded beads are classified and classified based on the specific gravity or the size Z weight to obtain beads having a target specific gravity and a specific gravity distribution.
  • the specific method of this classification will be described later. '
  • Molding process Fill the mold with the pre-foamed beads, pour heating steam into the mold, and foam-fuse it into the product shape with the molding machine.
  • the foaming property of the beads may be adjusted using a pre-pressurizing device before molding.
  • the prepared product is put in a drying room at 40-60 ° C and dried.
  • the prefoamed beads (using air as a gas) having the specific gravity distribution shown in Fig. 4 were classified using a HE100 ⁇ Heavy sorter GA100.
  • the classification conditions at this time were: vibration 30 times / min, air 251Z, gradient A 5.0 °, sample flow 9 kgZ, and classified into 8 types.
  • Fig. 5 shows the specific gravity distribution of the beads classified in each lot.
  • Sumitomo Chemical's PP is kneaded with Otsuka Chemical's Ca Ti ⁇ 3 using a twin screw extruder, and the resin mixture after kneading is almost uniformly pressed to a length of about 2 mm with a pelletizer. Was turned on.
  • the weight ratio of polypropylene (PP) PPZC a T i : i in the resin-mixed pellets thus produced was 50/50, and the variation was within 0.3 wt%. .
  • the resulting pellets were placed in a foaming kettle and prefoamed encapsulating a co 2.
  • the pre-expanded beads thus obtained were classified according to size and specific gravity. Thereafter, a pre-press was applied to the prepared pre-expanded beads by a pre-pressing machine, and the beads were filled in a molding die, and steam was introduced into the die to perform foam molding.
  • molds There are eight types of molds, and these molds have eight types of dielectric foams with different dielectric constants. Individually, a set of seven types of hemispherical shells) were fabricated and assembled into a spherical Luneberg lens with a diameter of 450 mm. Pre-expanded beads that had not been classified and used were used for the layer having a relative dielectric constant of 1.5 or less.
  • Blend “Adjacent peaks” are adjusted by adjusting the ratio of the two selected pieces, which are closest to the target specific gravity, at the specified ratio: “Adjacent outside peak” is adjusted by 'renting' the heavy and light 2 sorting bee, which is the second closest, at a predetermined ratio.
  • the homogeneity is high, and the required performance can be secured for multi-beam antenna applications where the gain, side lobe, and focal length do not change for radio waves from any direction.
  • a lightweight lens can be provided.

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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

明細
ルーネ )製造方法 技術分野
この発明は、 電気特性に優れる電波送受信用のル- ズの製造方法に関する。 背景技術
誘電体電波レンズの従来技術として、例えば、特開平 3— 179805号公報、 特公昭 56— 17767号公報、 特開平 5— 334934号公報、 特開平 6— 6 126号公報、 特開平 8— 16781 1号公報、 特開平 9一 130137号公報 および特開 2002- 197923号公報などに示されるものがある。
これ等の従来技術のうち、 特開平 3— 179805号公報は、 レンズ材料とし て非発泡誘電体を、 特公昭 56 - 17767号公報は、 発泡誘電体を各々採用し ている。 また、 特公昭 56 - 17767号公報〜特開 2002— 197923に は、 フィラー含有発泡誘電体に関する記載がある。
受信または送信アンテナに必要とされる主な電気特性としては、 （1) ゲイン (又は、 GZT =ゲイン/ (雑音） 温度） 、 （2) サイドローブがある。 ルーネ ルグレンズアンテナの場合は、 特に、 マルチビ一ムアンテナや移動体通信用ァ ンテナとして使用するため、 どの方向からの電波に対しても同一の焦点距離、 同 一のゲイン （又は、 Gノ T) 、 同一のサイドローブ特性が求められる。
上記 （1) 、 （2) の特性の中でも、 サイド口一ブ特性は、 特に、 隣接衛星や 近傍の他のアンテナからの影響を受け、 または他アンテナに影響を与えるため、 非常に重視される特性であり、 例えば受信アンテナのサイドローブについては、 (l) E IAJ CPR— 5104Aや （2) I TU— R勧告 （BS S受信用） に挙げられている数値以下にする要求がある。
サイドローブは、 言わば雑音であり、 メインビームの 1Z100以下のパワー であるため、 アンテナの諸要素の影響を受けやすく、 特に誘電体内を電波が透過 するレンズアンテナでは、 レンズ層内の比誘電率の微妙なばらつきの影響を非常 に大きく受ける。
また、 ルーネベルグレンズでは、 サイドローブをはじめとする指向性の制御が さらに困難である。 なぜならば、 ルーネベルグレンズは、 その内部の比誘電率 ε が 1〜 2の誘電体から成るレンズであり、 その比誘電率を実現するためには、 空 気などの気体の含有が不可欠である。 気体は、 発泡によって含有させるが、 その 発泡をレンズ内いずれの場所においても均一に制御せねばならず、 発泡剤分散、 厚肉での熱付加の均一性、 樹脂溶融粘度の均一性を考えると、 サイドローブの均 一性を有するルーネベルグレンズを製作することは、 困難なことであった。 . 特に、この発明のように、誘電体がォレフィン系樹脂、高誘電率無機フィラー、 気体の 3成分からなる複合誘電体である場合、 それぞれの比誘電率が 2〜 3、 1 0 0以上、 1と大きく異なるため、 これ等を混合していずれの位置においても均 一な比誘電率を有する複合誘電体を製作するのは、 困難極まりないものであり、 発泡制御の困難性と相乗して、 どの方向からの電波に対してもサイドローブ特性 を満足する良好なルーネベルグレンズの製作は、 困難であった。
ルーネベルグレンズを大きくすれば、 ゲインも上がり、 またビームがシャープ になるため上記のサイドローブ規定値も満たしやすくなる。 しかしながら、 アン テナの設置場所や設置の簡易さを考慮するとコンパクト化が欠かせず、 汎用性を 視,野に入れたアンテナについては、 コンパクトなもので要求電気特性を満たすこ とが必要であった。
ところで、 前掲の特許公報等に示される従来レンズは、 ノンフイラ一レンズと フイラ一添加レンズに分類される。 これ等のレンズの問題点を以下に挙げる。
—ノンフィラ一レンズ一
ルーネベルグレンズは、 P S (ポリスチレン） を発泡した複数の誘電体層から なるレンズが一般的である。しかしながら、このレンズは、 P Sの比誘電率が 2 . 5であるため、 比 電率 1〜2の全層の発泡倍率が全て低くなる。 具体的には、 比誘電率≥1 . 2で発泡倍率 5以下、 比誘電率≥1 . 4で発泡倍率 3以下、 比誘 電率≥1 . 6 5で発泡倍率 2以下となり、 その倍率が非常に低くなる。 一般の発 泡体の発泡倍率は、 2 0〜 5 0倍が一般的であって、 発泡倍率 5倍以下は、 成形 が難しく、 従って、 上記のような低発泡倍率で均質な発泡体を作製するのは、 困 難である。 このような低発泡倍率の誘電体を組み合わせてルーネベルグレンズを 構成しょうとすると各層の発泡倍率を 0 . 1倍単位の精度で制御する必要があり、 設計通りの比誘電率にするのが非常に困難であつた。
また、 発泡成形法の中のビーズ成形法においては、 予め予備発泡ビーズを製作 する力 P Sのような低発泡体においては、 この段階では、 僅かに発泡するだけ であるので、 発泡倍率の揃ったビーズの製作は、 難しく、 全く発泡しないものか ら 1 0倍以上発泡したものまでできて発泡倍率分布が広いため、均質なレンズは、 得られなかった。 .
さらに、 発泡倍率 2倍以下では、 成形自体が非常に困難であり、 電気的に均一 な比誘電率 1 . 7以上の層を作製することは、 殆ど不可能であった。
このような事情からノンフィラー系の従来レンズでは、 高比誘電率側の層の発 泡倍率を上げるために ε = 1〜2ではなく 1··から 1 . 7で中央層を大きくするよ うな設計をした例もあるが、 このような設計では、 当然ゲインやサイドローブに 悪影響を与えるため電気性能の良好なレンズが得られない。
また、 比誘電率 1 . 7以上の層については、 P Sビーズ又は P Sビーズにガラ スのフアイバーやビーズを混合して接着剤で接着したものを使用する事例もある 力 この方法では、 比誘電率が 2以上の接着剤がビーズ間に入るため比誘電率の 一性が大きく乱れるだけでなく、 接着剤は、 一般的に t a n δ (誘電損失） が 高いため、 透過ロスも発生し、 当然電気特性の低いレンズしか得られない。
さらに、 このような困難な方法で作製したレンズは、 当然に生産歩留りが低下 するため、 コストが高くなる。
また、 発泡 P S製のルーネベルグレンズは、 発泡倍率が極めて低いため高質量 になる （重くなる） という問題もあった。
ーフイラ一添加レンズ一
ノンフイラ一系レンズに関する上記課題のうち、 比誘電率 1 . 7以上の層の作 製及び軽量化に対しては、 酸化チタン等のフィラーを添加する方法が提案されて いる （特開平 6— 6 1 2 6号公報、 参照） 。 しかしながら、 この方法では、 理論的には、 発泡倍率を高められるため、 理論 上は、 比誘電率 1 . 7以上の層の作製及び軽量化ができるが、 実際には、 サイド 口一ブゃゲインのバラツキも含めて使用に耐えるルーネベルグレンズを作製する のは困難であった。これは、誘電体がォレフィン系樹脂、高誘電率無機フイラ一、 気体の 3成分からなり、 その比重が 0 . 9、 4〜 5と大きく離れているため、 均 一な混合が困難であり、 また、 それ等の成分の比誘電率が 2〜 3、 1 0 0以上、 1と大きく異なるため、 混合の不均一が電気特性の不均一となって現れ、 電気的 .に均一な誘電体が提供できないためである。
また、 既に触れたように、 発泡倍率を高精度に制御することは、 極めて困難な ことであるが、 フィラー添加系の場合、 気体以外の部分の比誘電率が極めて高い ため、 発泡誤差に起因する比誘電率のバラツキの影響が大きく、 少しの発泡倍率 誤差が存在しても、 ノンフイラ一系とは、 比較にならない程大きな比誘電率のバ ラツキを誘電体内に発生させる。
さらに、 フイラ一添加系では、 発泡時にできる薄い樹脂膜中にフイラ一が存在 しているため、ノンフイラ一系に比べて破泡し易く、均一に発泡させること力益々 難しくなる。
要するに、 フィラー添加系は、 ノンフイラ一系に比べて均一な誘電体を得るの が困難であり、 さらに発泡体は、 非発泡体に比べて均一な誘電体を得ることが遙 に，困難であり、 従来技術では、 電気的性能の均一なフイラ一添加発泡体、 特に、 低発泡倍率発泡体を得ることは、 困難であった。 発明の開示
そこで、この発明は、ゲイン、サイドロ一ブの双方について要求特性を満たし、 また、 均質性が高く、 さらに軽量で量産による低コスト化も図れるルーネベルグ レンズを提供することを課題としている。
上記課題を解決するため、 この発明においては、 ポリオレフイン系樹脂及び Z ' 若しくはその誘導体と高誘電率無機フィラーとを体積比で、 樹脂 9 9〜5 0 ：フ イラ一 1〜 5 0の割合で混合した樹脂混合体に発泡剤を添加して予備発泡し、 得 られた予備発泡ビーズを成形して作られる単一の層構造、 または比誘電率の異な る層を複数組み合わせた複層構造のルーネベルグレンズであって、 少なくとも比 誘電率 1 . 5以上の誘電発泡体層が、 分級選別した予備発泡ビーズで形成され、 その誘電発泡体層中の気体体積分率 A rの偏差 σ a、 及び同層各部の気体体積分 率 A rの平均値 A a V eから、 f (A) = σ a , A a v eの式で表される f (A) が、 0 . 0 0 0 5≤ f (A) ≤0 . 1であることを特徴とするルーネベルグレン ズを提供する。
このレンズに使用する高誘電率無機フイラ一は、 酸化チタン、 チタン酸塩、 ジ ルコン酸塩、またはそれらの混合物からなるものが好ましい。前記チタン酸塩が、 チタン酸バリウム、 チタン酸スドロンチウム、 チタン酸カルシウム、 チタン酸マ グネシゥム等であると、好ましい。また、ジルコン酸塩は、酸化チタンと混合し、 酸化チタンの非誘電率を微調整したり、 温度依存性を調整したりするのに有用で ある。 .
比誘電率 1 . 5以上の誘電発泡体層を形成する予備発泡ビーズの分級選別は、 比重または寸法による分級選別で行える。
このルーネベルグレンズは、 ポリオレフイン系樹脂及び Z若しくはその誘導体 と高誘電率無機フイラ一とを体積比で、 樹脂 9 9〜5 0 ：フイラ一 1〜5 0の割 合で混合する過程、
その樹脂混合体に発泡剤を添加して予備発泡する過程、
得られた予備発泡ビ一ズを比重または寸法により分級選別する過程、 分級選別した予備発泡ビーズを成形する過程を経て製造する。 この発明では、 この製造方法も併せて提供する。 なお、 成形は、 ビーズ発泡成形法で行う。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明のレンズの実施形態を示す断面図である。
図 2は、 他の実施形態の断面図である。
図 3は、 性能評価試験の方法を示す図である。 _
図 4は、 フィラー添加発泡ビーズの比重分布を示す図である。
図 5は、 比重による分級選別における各ロットでの比重分布を示す図である。 図 6は、 重量ノ寸法による分級選別における各口ットでの比重分布を示す図であ る。
図 7は、 ルーネベルグレンズの比誘電率の設計概念を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、この発明のルーネベルグレンズの実施形態を添付図に基づいて説明する。 なお、 図面の説明においては、 同一要素には、 同一符号を付し、 重複する説明を 省略する。 また、 図面の寸法比率は、 説明のものと必ずしも一致していない。 図 1の 1は、 各部の比誘電率が ε = 2 _ ( r /R) 2 (図 7参照； ここで、 . r は半球核 l aの半径、 Rは異径半球核 1 b _nの半径である。 ） の式に略従うよう に設計された多層構造の球状ルーネベルグレンズである。 このレンズ 1と、 位置 調整可能な 1次放射器 2と、 仰角調整の可能な 1次放射器のホルダ 3.と、 電波を 透過させるカバ一 4を組み合わせて電波レンズアンテナを構成している。
図 2は、 半球状ルーネベルグレンズ 5と、 電波を反射させる反射板 6を組み合 わせたものを示している。 この電波レンズも図示しない 1次放射器と、 その放射 器を定位置に保持するホルダを組み合わせてアンテナとなす。
図 1、 図 2のルーネベルグレンズ 1、 5は、 ポリオレフイン系樹脂及び Z若し くはその誘導体と先に好ましいとした高誘電率無機フィラーとを体積比で、 樹脂 9,9〜 5 0 ：フイラ一 1〜 5 0の割合で混ぜた樹脂混合体で予備発泡ビーズを作 り、 この予備発泡ビーズを成形して得られる誘電体層 （図 1は、 各 2個の半球核 1 aと異径半球殻 1 b— ,〜 1 b—„、 図 2は、 半球核 5 aと異径半球殻 5！^,〜 5 b .„) を組み立てて作製されている。 また、 少なくとも比誘電率が 1 . 5を越える 誘電体層については、分級選別した予備発泡ビーズを材料として使用し、既述の、 f (A) = σ a /A a v eの式で表される f (A) 力 0 . 0 0 0 5≤ f (A) ≤0 . 1となるものにしている。 フィラーの含有量は、 5 0体積％以上だと、 破 泡しやすいため、 所望の発泡倍率による発泡自体が困難になる。
なお、 発泡誘電体の製造は、 ピーズ発泡成形法で行う。
ビーズ発泡成形法は、 発泡剤を注入した樹脂ビーズを作製し、 これを所定の倍率 に発泡させて予備発泡ビーズにし、 この予備発泡ビーズを型に入れ蒸気を導入し て加熱発泡させる。 蒸気加熱によれば、 厚ものの型成形でも、 蒸気がビーズ間に 導入されて各部の均一加熱がなされるので、 均一に発泡できる。
以下にこの発明のルーネベルグレンズの製造手順を記す。
(I ) 使用材料
C1) 樹脂
ポリエチレン (PE) 、 ポリプロピレン (PP) 、 ポリスチレン （PS) 等ポ リオレフイン系樹脂であれば何でもよい。 これは、 t an (5が低く、 ビーズ発泡 成形できる樹脂であるためである。
(2) フイラ一
高誘電率の無機フィラ一あれば何でもよいが、中でも、酸化チタン（T i〇2)、 チタン酸塩、 ジルコン酸塩、 またはそれ等の混合物は、 比誘電率が高くて好まし い。 前記チタン酸塩においては、 チタン酸バリウム （B aT i〇3) 、 チタン酸 ストロンチウム (S rT i〇3) 、 チタン酸カルシウム (C aT i 03) 、 チタン 酸マグネシウム （MgT i〇3) などが好適である。
(3) 気体
空気でよいが、 これに限定されない。
(II) 製造方法
(1) ビーズ発泡成形工程
1,) 樹脂とフィラーの混合
ポリオレフイン系樹脂と高誘電率無機フイラ一を所定の割合で混練し、 ペレ夕 ィズ工程を経て高誘電率無機フィラーの濃度 （分布密度） がほぼ均一な樹脂混合 体のペレットを作製する。 分級選別を実施するためには、 この高誘電率無機フィ ラーの濃度が均一で無ければならず、設計濃度の土 0. 5 %以内、できれば土 0.
1 %以内にするのが望ましい。 樹脂とフイラ一の混合は、 2軸または単軸の押出 機 、 ミキサー、 二一 ー、 バンバリ一ミキサ一等混合装置を用いて行う。 なお、 ペレツトのサイズは、 使用する電波の波長の 1ノ 4以下、 できれば 1/1
0以下にするのが望ましい。 .
2) 予備発泡 (ガス封入) 作製したペレットを発泡用釜に入れ、 溶媒中にガスを注入し、 高温、 高圧下で ペレット内にガスを封入する。 この時、 封入するガス量が一定になるよう、 可能 な限りペレツトとガスが溶媒中で均一になるようにする。
また、 1) 、 2) の工程を同時に実施してもよい。 その同時実施は、 溶媒中に 溶媒中にポリオレフィンのモノマー及び重合用触媒とフィラーを均一に分散させ、 重合させながらガスを封入し、 これで予備発泡ビーズを作る。
' (2) 分級選別工程
作製した予備発泡ビーズを比重又は寸法 Z重量にて選別分級し、 目標とする比 重及び比重分布を有するビーズを得る。 この分級選別の具体的手法は、 後に述べ る。'
(3) 成形工程 · 予備発泡ビーズを金型に充填し、 金型内に加熱用の蒸気を流し入れて成形機で 製品形状に発泡融着させる。 この工程では、 必要に応じて成形前に予備加圧装置 を用いてビーズの発泡性を調整してもよい。
(4) 乾燥工程
作製した製品を 40〜60°Cの乾燥室に入れて乾燥させる。
以下にフイラ一添加予備発泡ビーズの分級実験結果を述べる。
1) 比重分級
,図 4に示す比重分布の予備発泡ビーズ （気体として空気を使用） を HE I D社 製 ^重選別機 GA100を用いて分級した。 この際の分級条件は、 振動 30回/ 分、 エア 251Z分、 斜度 A 5. 0° 、 試料流量 9 kgZ分とし 8種類に分級し た。 それぞれのロットで分級したビーズの比重分布を図 5に示す。
2) 寸法分級
フイラ一含有量をほぼ一定にし、 重量バラツキを極めて小さく抑えた予備発泡 ビーズを作製し、これを網目寸法の異なるスクリーン（日本工業規格メッシュ 2. 48、 2. 38、 2. 28、 2. 18、 2. 08、 1. 98、 1. 88) に通し て分級した。 それぞれのロットで分級したビーズの比重分布を図 6に示す。 ここ で表 1の比較例 1は分級せず、 また比較例 12は、 ピーズの比重を
ノール法で測定したため、 作業性が非常に悪い。 以上の実験結果から、 最も制御が困難で比誘電率の不均一の主因となっている 発泡工程で生じる気体分率のバラツキを、 分級選別によって著しく減少させ得る ことが分かる。
次に、 この発明のレンズの実施例を挙げる。
住友化学製 P Pに大塚化学製 C a T i〇3を 2軸押出機を使用して混練し、 混 練後の樹脂混合体をペレタイザ一で約 2 mm長さになるようにほぼ均一に力ット した。
こうして出来た樹脂混合ペレツト中のポリプロピレン ( P P ) P P Z C a T i 〇:iの重量比率は、 5 0 / 5 0、 バラツキは、 0 . 3 w t %以内であった。 . 次に、 得られたペレットを発泡釜に入れ、 co2を封入して予備発泡させた。 そして、 こうして得られた予備発泡ビーズについて寸法と比重による分級を行つ た。 その後準備した予備発泡ビーズに予備加圧機で予圧を与え、 このビーズを成 形用の金型に充填し、 金型に蒸気を導入して発泡成形した。
金型は、 全 8種類とし、 これ等の金型で 8種類の比誘電率の異なる誘電発泡体 (突き合わせて中心に配置する 2個が一組の半球体と、 その外側に順次積層する 2個が一組の 7種類の異形半球殻） を作製し、 これを組み立てて直径 4 5 0 mm の球状ルーネベルグレンズに仕上げた。 なお、 比誘電率が 1 . 5以下となる層に は、 分級選別を行っていない予備発泡ビーズを使用した。
γこうして製作した球状ルーネベルグレンズ 1と受信アンテナ Aと送信アンテナ Bを図 3に示すような設定にして電波暗室内に設置し、 レンズ 1のゲインとゲイ ； のバラツキと指向性 （サイドローブ等） を測定した。 その結果を表 1に示す。
表 1
Figure imgf000012_0001
*方法：寸法は寸法分級を、 比重は比重分級を表わす。
*選別レへ'ル：寸法分級はスクリ-ンの目の粗さを、 比重分級は取り口の数（分級数）を表わす。
*ブレンド： 「隣接ピ -ク」は分級した各選別ビ-ス 'の中で、 目標比重に対し最も近い重軽 2選別ピ-ス 'を所定 の割合で:'レンドして調整。「隣接外ピ -ク」は 2番目に近い重軽 2選別ビ-ス 'を所定の割合でフ'レント' して調整。
* Sidelobe: EIAJ CPR- 5104Aの第 1設計例での規定値 32- 25 log«5と、 ITU-R勧告での規定値
29-25 ΧΟΕΦに対し、そのォ-ハ -がそれぞれ 10%以内である。
*作業性 （コスト） ：工業生産性を有しているか。 〇良、 厶可、 X不可。
この表 1から、 予備発泡ビーズの分級選別を実施して既述の、 ； f (A) =σ a /Aa v eの式で表される ί (Α) について、 0. 0005≤ ;f (A) ≤ 0. 1 の条件を満足させると、 ゲインが高くて安定し、 また、 サイドローブが低くてシ ビアな受信アンテナの要求数値を満たせる電波レンズを実現できることが分かる。 産業上の利用可能性 以上述べたように、 この発明においては、 少なくとも比誘電率が 1 . 5以上と なる誘電発泡体層の気体含有率を均一化して比誘電率の均一性を高めたので、 高 ゲイン、 低サイドローブのルーネベルグレンズを提供できる。 特にサイドローブ については、 シビアな受信アンテナに対する勧告値に対してもずれが小さく、 勧 告値を十分に満足するレンズを提供できる。
高ゲイン、 低サイドローブにより、 GZT特性も高まる。
また、 均質性も高く、 どの方向からの電波に対してもゲイン、 サイドローブ、 焦点距離が変わらないというマルチビ一ムアンテナ用途では、 必須の性能も確保 できる。
さらに、高誘電率無機フィラーを添加して誘電体の発泡倍率を高めているので、 軽量なレンズを提供できる。
このほか、 汎用のビーズ成形機を使用して効率よく成形できるので量産性にも 優れ、 さらに生産歩留りもよく、 レンズの低コスト化も図れる。

Claims

請求の範囲
1 . ポリオレフィン系樹脂及び Z若しくはその誘導体と高誘電率無機フィラーと を体積比で、 樹脂 9 9〜 5 0 ：フィラー 1〜 5 0の割合で混合した樹脂混合体に 発泡剤を添加して予備発泡し、 得られた予備発泡ビーズを成形して作られる単一- の層構造、 または比誘電率の異なる層を複数組み合わせた複層構造のルーネベル グレンズであって、
少なくとも比誘電率 1 . 5以上の誘電発泡体層が、 分級選別した予備発泡ビーズ で形成され、 その誘電発泡体層中の気体体積分率 A rの偏差 σ a、 及び同層各部 の気体体積分率 A rの平均値 A a V eから、 f (A) = o a /A a v eの式で表 される ί (Α) が、 0 . 0 0 0 5≤ f (A) ≤0 . 1であることを特徴とするル
2 . 前記高誘電率無機フイラ一が、 酸化チタン、 チタン酸塩、 ジルコン酸塩、 ま たはそれらの混合物からなることを特徴とする請求項 1記載のルーネベルグレン ズ。
3 . 前記チタン酸塩が、 チタン酸バリウム、 チタン酸ストロンチウム、 チタン酸 力,ルシゥムあるいはチタン酸マグネシウムであることを特徴とする請求項 2記載 のルーネベルグレンズ。
4 . 比誘電率 1 . 5以上の誘電発泡体層を、 比重または寸法により分級選別した 予備発泡ビーズで形成した請求項 1または 2記載のル一ネベルグレンズ。
5 . ポリオレフィン系樹脂及び/若しくはその誘導体と高誘電率無機フィラーと を体積比で、 樹脂 9 9〜 5 0 ： フイラ一 1〜5 0の割合で混合する過程、
. その樹脂混合体に発泡剤を添加して予備発泡する過程、
得られた予備発泡ビーズを比重または寸法により分級選別する過程、 分級選別した予備発泡ビーズを成形する過程を経て請求項 1の条件を満たすレ ンズを製造するルーネベルグレンズの製造方法。
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