(57)【要約】【課題】  誘電性セラミックス粉末の高充填、高密度化が可能で、レンズの小型、薄型化、軽量化、および低コスト化が図れ、高感度でかつ位相ずれのない誘電性樹脂レンズアンテナを提供する。【解決手段】  誘電性樹脂複合材のレンズを有する誘電性樹脂レンズアンテナとする。上記誘電性樹脂複合材は、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末と樹脂粉末とを配合したものとする。上記レンズは圧縮成形により成形する。誘電性セラミックス粉末の配合量を１５〜７０ｖｏｌ％とする。樹脂粉末は、四フッ化エチレン樹脂の粉末とする。【選択図】        図１
2005094069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電性樹脂複合材のレンズを有する誘電性樹脂レンズアンテナにおいて、上記誘電性樹脂複合材が、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末と樹脂粉末とを配合し、その誘電性セラミックス粉末の配合量を１５〜７０ｖｏｌ％としたものであり、かつ上記レンズが圧縮成形により成形された誘電性樹脂レンズアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、上記誘電性セラミックス粉末が上記樹脂粉末により造粒され、その造粒された粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上で、３０００μｍ以下である誘電性樹脂レンズアンテナ。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記誘電性セラミックス粉末は、IIａ、IVａ、IIIｂ、IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ、IVａ、IIIｂ、IVｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも１種類である誘電性樹脂レンズアンテナ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずかにおいて、上記誘電性セラミックス粉末の誘電率が２０以上である誘電性樹脂レンズアンテナ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、上記樹脂粉末が四フッ化エチレン樹脂の粉末である誘電性樹脂レンズアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星放送の受信アンテナ、電波望遠鏡の受信アンテナ、自動車の衝突防止やオートクルーズ用距離測定レーダのアンテナ、高周波数帯での誘電率や誘電正接を測定する際に測定感度を向上させるために用いるレンズなど、種々の用途に用いられる誘電性樹脂レンズアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の衝突防止やオートクルーズ用距離測定レーダのレンズアンテナでは、レンズ素材としてアルミナセラミックスが使用されている。また、衛星放送の受信アンテナ、電波望遠鏡の受信アンテナ、高周波数帯での誘電率や誘電正接を測定する際に測定感度を向上させるために用いるレンズアンテナなどには、無効成分となる誘電正接の小さい材質が好ましく、純粋な四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）樹脂（ＰＴＦＥ：１００％）が使用されている。また、これらのレンズアンテナのレンズ素材として、射出成形可能な樹脂に誘電性セラミックスを配合したものが提案されている（特許文献１）。なお、ＰＴＦＥ系材料のレンズアンテナとしては、本出願人の先の出願（１）（特願２００３−０３９２７３）がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９７９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車の衝突防止やオートクルーズ用距離測定レーダのレンズアンテナ材として求められる機能は、アンテナとして作用することだけでなく、その他に1)低コスト、2)低重量、3)高誘電率等が求められる。高誘電率等が求められのは、誘電率を高くすることで波長の短縮効果からレンズを小さく（薄く）できるからである。上述した従来のレンズ素材では、このような要求を十分に満たすことはできない。従来のアルミナセラミックスのレンズアンテナは、コストおよび重量面でこの要求を充足できない。
熱可塑性樹脂と誘電性セラミックス粉末の複合材を用いた場合、誘電性セラミックス粉末の高い誘電率により、小型、薄型化が図れ、また樹脂をベース材料とするため、セラミックス製のものに比べると軽量化が図れる。しかし、上記複合材は射出成形により所定のレンズ形状に成形した場合、樹脂の流れに沿って誘電性セラミックス粉末が配向する恐れがあり、成形体内部で誘電率が不均一となる恐れがある。また、成形体表面のスキン層は樹脂分が多くなるため、誘電率が不均一となる恐れがある。成形体内部の誘電率の不均一は波長の位相のずれを招くので好ましくない。
本出願人の上記先出願（１）では、ＰＴＦＥと誘電性セラミックスを配合した複合材でレンズを製作しているが、誘電体セラミックスの平均粒子径のピークが一つであるため、成形体の密度が満足できるまで上がらなかった。その結果、セラミックス配合量が増加しても、誘電率の上昇が少なく、高誘電率によるレンズの薄肉化が今一つ不十分であった。
【０００５】
この発明の目的は、誘電性セラミックス粉末の高充填、高密度化が可能で、レンズの小型、薄型化、軽量化、および低コスト化が図れ、高感度でかつ位相ずれのない誘電性樹脂レンズアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のレンズアンテナは、誘電性樹脂複合材のレンズを有する誘電性樹脂レンズアンテナにおいて、上記誘電性樹脂複合材が、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末と樹脂粉末とを配合したものであり、かつ上記レンズが圧縮成形により成形されたものである。誘電性セラミックス粉末の配合量は１５〜７０ｖｏｌ％の範囲が好ましい。なお、上記の粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末、および２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末は、１種類の材質の誘電性セラミックス粉末に限らず、材質の異なる２種以上の誘電性セラミックス粉末であって、それぞれの材質の誘電性セラミックス粉末の粒度分布のピーク位置、および平均粒子径のいずれかが異なるものであっても良い。
この構成によると、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末を含有した誘電性樹脂複合材を用い、かつ圧縮成形とするため、誘電性樹脂複合材によるレンズアンテナの特長をより向上させることができる。すなわち、誘電性樹脂複合材の使用により、樹脂製レンズに比べて誘電率が高くなって、小型、薄型化が図れ、また誘電性セラミックス粉末の寸法安定性によって成形収縮率が低く抑えられ、後加工の必要のない、あるいは後加工の必要があっても少ない加工でレンズアンテナを製作でき、コストを低減できる。セラミックス製のレンズに比べると軽量化が図れ、かつ成形性が良くて低コストで製造できる。この場合に、圧縮成形で成形するため、射出成形時に発生する恐れのある誘電率の不均一さを無くすことができ、波長の位相ずれが防止される。しかも、誘電性セラミックス粉末として、粒度分布のピークが２つ以上あるもの、または２種類以上の平均粒子径を持つものを配合するため、既存の粒度分布のピークが１つの誘電性セラミックス粉末を配合したときよりも、高密度化が可能となり、レンズをより一層薄くできる利点が得られる。
粒度分布のピークが一つである場合は、誘電性セラミックス粉末を高充填すると、焼成体相対密度が向上しないため、空孔による誘電特性、アンテナ特性の低下、強度低下等が発生する恐れがあるが、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末、または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末を用いることで、これらの問題を生じることなく高充填が可能となる。これは、粒度分布のピークが２つ以上ある場合や、平均粒子径が２種類以上である場合は、隣合った比較的大きな粒子同士の隙間に小さい粒子が入り易いため、流動性が向上することによると考えられる。
【０００７】
誘電性セラミックス粉末の配合量は、各種特性の向上の面から多い方が好ましいが、多過ぎても誘電特性の向上効果は上がらず、却って強度不足や他の特性低下の恐れがある。試験によると、誘電性セラミックス粉末の配合量が７０ｖｏｌ％を超えた場合、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末であっても、強度低下等の問題が生じることがわかった。誘電性セラミックス粉末の配合量が１５ｖｏｌ％未満の場合は、誘電性セラミックス粉末の配合による効果が十分に得られず、誘電率が低いため、レンズの厚みが増し、コンパクト化に寄与できない。また、レンズの重量も重くなるので好ましくない。
【０００８】
この発明において、上記誘電性セラミックス粉末は上記樹脂粉末により造粒され、その造粒された粒子の平均粒子径が０．１μｍ以上で、３０００μｍ（３mm）以下であることが好ましい。
圧縮成形を行う場合、混合粉の流動性を向上させるために、上記のように造粒することが好ましい。この場合に、造粒された粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると流動性が悪くなる。また、平均粒子径が３０００μｍを超えると、その造粒された粒子の分散が悪く、したがって誘電性樹脂複合材の分散が悪くなり、成形されたレンズ内の誘電特性のばらつきが多くなる。また、平均粒子径が３０００μｍを超える場合、造粒粉同士の隙間が大きいため、成形時の圧力で造粒粉が潰れて隙間が減少しても、十分に埋めることができず、強度が確保できなかったり、焼成後の寸法変化が安定しない等の不具合がある。０．１〜３０００μｍの範囲であると、混合粉の流動性が良くて誘電性セラミックス粉末をより高充填とでき、かつ誘電特性のばらつきの少ないものとできる。また、強度確保、焼成後の寸法の安定が得られる。
【０００９】
上記誘電性セラミックス粉末は、IIａ、IVａ、 IIIｂ、IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ、IVａ、 IIIｂ、IVｂ族を含む複合酸化物の中から選ばれる少なくとも１種類であることが好ましい。
すなわち、上記誘電性セラミックス粉末は、IIａ、IVａ、 IIIｂ、およびIVｂ族のうちのいずれかの酸化物であっても良く、炭酸塩、リン酸塩、および珪酸塩のうちのいずれかであっても良く、またIIａ、IVａ、 IIIｂ、およびIVｂ族を含む複合酸化物であっても良く、これらの各酸化物、各塩、各複合酸化物の中から選ばれる少なくとも１種類であれば好ましい。
配合する誘電性セラミックス粉末は、実質的に誘電性樹脂複合材の誘電率を決定するのであるが、上記の酸化物、塩、複合酸化物は、いずれも高い誘電率を有し、これを配合することで、誘電性樹脂レンズアンテナを高い誘電率のものにできる。
【００１０】
この発明において、含有される誘電性セラミックス粉末の誘電率は２０以上であることが好ましい。誘電率が２０未満の誘電性セラミックス粉末を配合した場合、樹脂に混合して誘電率を向上させ、レンズとして使用するには、かなり高配合にする必要がある。その場合、強度が著しく低下するので、レンズとして使用することができない。誘電性セラミックス粉末の誘電率が２０以上であると、これを樹脂と混合したレンズの誘電率が高く得られ、小型、薄型化に好ましい。
【００１１】
この発明において、誘電性樹脂複合材のベース樹脂は四フッ化エチレン樹脂であることが好ましい。
四フッ化エチレン樹脂は、誘電正接が０．０００２程度と樹脂の中で極めて低い値を示す。誘電正接は、無効成分となるため、感度の向上のためには低いことが好ましく、四フッ化エチレン樹脂を用いることで、感度の良いアンテナとなる。また、四フッ化エチレン樹脂であると、室温で成形した後、無負荷状態で焼成するという、低コストな製造方法が採用できる利点も得られる。この利点を生かし、上記圧縮成形が採用できる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の誘電性樹脂レンズアンテナは、誘電性樹脂複合材のレンズを有するアンテナであって、上記誘電性樹脂複合材が、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末または２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末と樹脂粉末とを配合し、その誘電性セラミックス粉末の配合量を１５〜７０ｖｏｌ％としたものであり、かつ上記レンズが圧縮成形により成形されたであるため、誘電性セラミックス粉末の高充填、高密度化が可能で、レンズの小型、薄型化、軽量化、および低コスト化が図れ、高感度でかつ位相ずれのないレンズアンテナとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１に示すように、この誘電性樹脂レンズアンテナは、誘電性樹脂複合材のレンズ１を有するものである。このレンズ１とアンテナ素子２とでレンズアンテナが構成される。レンズ１は、凸レンズ等の収束型のものが用いられる。レンズ１は、その支持用の枠部（図示せず）が一体に形成されたものであっても良い。アンテナ素子２は、一次放射器、平面アンテナ等であり、例えばレンズ１の焦点に配置される。アンテナ素子２は、レンズ１に接して設けたものであっても良い。レンズ１の形状は、図示のような片面凸のものに限らず、両面凸のものであっても良い。また、レンズ１は、図２に示すように、複数のレンズ部１ａ1 〜１ａn を同心に設けた段付き形状のものであっても良い。各段のレンズ部１ａ1 〜１ａn は、凸レンズを輪切りにし、厚さ方向にずらせて焦点を一致させたものである。段数を増やすと、レンス１を薄くできる。レンズ１は、さらに多段とすることで、平面状としたものであっても良い。また、各レンズ部１ａ1 〜１ａn の屈折率を変化させて平面状のレンズとすることも可能である。ただし、出力面での各部所での位相角が球面レンズと同じになる必要がなる。
レンズ１は、レンズ本体１ａの表面に整合層１ｂを設けたものとしてある。整合層１ｂは、レンズ本体１ａと大気との整合をとる層である。なお、整合層１ｂは必ずしも設けなくても良い。図３は、整合層を有しない場合のレンズ１の一例を示す。
【００１４】
レンズ１は、ベース材料となる樹脂粉末に誘電性セラミックス粉末を配合した誘電性樹脂複合材を、圧縮成形により成形したものである。この場合に、上記圧縮成形は室温で行い、その後に無負荷状態で焼成する。上記誘電性セラミックス粉末には、粒度分布のピークが２つ以上あるものが用いられる。誘電性セラミックス粉末の配合量は、１５〜７０ｖｏｌ％の範囲とすることが好ましい。この配合量は、より好ましくは２０〜６５ｖｏｌ％、さらに好ましくは２５〜６０ｖｏｌ％の範囲である。
【００１５】
ベース材料となる樹脂粉末は、四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する。）は、成形用の粉末であってもよく、また固体潤滑剤用の微粉末であってもよい。ベース樹脂をＰＴＦＥ系とした場合、室温で成形後、無負荷状態で焼成することができ、低コストな製造方法とできる。
【００１６】
ＰＴＦＥの市販品としては、喜多村社製：ＫＴＬ６１０、三井・デユポンフロロケミカル社製：テフロン７−Ｊ、７Ａ−Ｊ、７０−ＪＴＬＰ−１０、旭硝子社製：フルオンＧ１６３、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ１５、ルブロンＬ５、ヘキスト社製：ホスタフロンＴＦ９２０５などを例示できる。また、アルキルビニルエーテルで変性されたＰＴＦＥであっても良い。
ＰＴＦＥの粒子径は０．０１μｍ〜１ｍｍの間にあることが好ましい。０．０１μｍより小さい場合、成形時の粉末の流動性が悪いため好ましくない。１ｍｍより大きい場合、セラミックス粉末の分散が悪く、成形体内の誘電特性のバラツキが多くなるので好ましくない。より成形性及び誘電特性を考慮した実用的なＰＴＦＥ粉末粒子径の範囲は、０．１μｍ〜１００μｍである。
【００１７】
配合する誘電性セラミックス粉末は、実質的に複合樹脂材料の誘電率を決定するものであり、このような誘電性セラミックス粉末としては、IIａ、IVａ、III ｂ、IVｂ族の酸化物、炭酸塩、リン酸塩、珪酸塩、またはIIａ、IVａ、III ｂ、IVｂ族を含む複合酸化物から選ばれる少なくとも1 種類であることが好ましい。具体的には、ＴｉＯ２、ＣａＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３，Ａｌ２Ｏ３，ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＣａＣＯ３，Ｃａ２Ｐ２Ｏ７，ＳｉＯ２，Ｍｇ２ＳｉＯ４、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７等が挙げられる。誘電性セラミックス粉末の誘電率は２０以上であることが望ましい。
セラミックス粉末の粒子径は０．０１μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。０．０１μｍより小さい場合、取り扱いが困難であり好ましくない。１００μｍより大きい場合、成形体内での誘電特性のばらつきを引き起こす恐れがあるので好ましくない。より実用的な範囲は、０．１μｍ〜２０μｍ程度である。
【００１８】
誘電性セラミックス粉末は、上記のように粒度分布のピークを２つ以上持たせたものとする。これは、流動性向上のために有効である。粒度分布のピークが一つの場合と比べて、２つ以上ある場合、隣り合った比較的大きな粒子同士の隙間に小さい粒子が入りやすいため、流動性が向上するためである。この誘電体セラミックスを用いた場合、成形体の密度が向上する。
なお、上記の粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末は、２種類以上の異なる平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末としても良い。またこれらの粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末、および２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末は、１種類の材質の誘電性セラミックス粉末に限らず、材質の異なる２種以上の誘電性セラミックス粉末であって、それぞれの材質の誘電性セラミックス粉末の粒度分布のピーク位置、および平均粒子径のいずれかが異なるものであっても良い。
【００１９】
これらの誘電性セラミックス粉末は結晶歪みを０．０１〜０．２５％で与えることが高誘電率化のためには好ましい。結晶歪みが０．０１％より小さい場合、流動性向上には効果が少ない。結晶歪みが０．２５％より大きい場合、誘電特性が悪化するため好ましくない。
【００２０】
ＰＴＦＥ粒子とセラミックス粉末の混合には、ヘンシェルミキサー、ボールミル、タンブラーミキサー等の混合機を用いることができる。これらの混合機以外であっても、粉末の分散が十分に行えるものであれば使用することができる。圧縮成形を行なう場合、混合粉の流動性を向上させるため、造粒処理を行なうことが好ましい。造粒処理は一般的に行なわれる方法であれば特に限定しされない。例えば、ＰＴＦＥ粒子とセラミックス粉末をヘンシェルミキサで混合後、イソプロピルアルコールを適量混ぜてゲル状にし、再度混練する。その混練物をメッシュに通し、乾燥、分級の工程を経て所定の大きさの造粒粉を得ることができる。造粒された粒子の平均粒子径は０．１μｍ以上で、３０００μｍ以下であることが好ましい。造粒された粒子の平均粒子径が０．１μｍ未満であると流動性が悪くなる。また、平均粒子径が３０００μｍを超えると、その造粒された粒子の分散が悪く、したがって誘電性樹脂複合材の分散が悪くなり、成形されたレンズ１内の誘電特性のばらつきが多くなる。また、平均粒子径が３０００μｍを超える場合、造粒粉同士の隙間が大きいため、成形時の圧力で造粒粉が潰れて隙間が減少しても、十分に埋めることができず、強度が確保できなかったり、焼成後の寸法変化が安定しない等の不具合がある。０．１〜３０００μｍの範囲であると、混合粉の流動性が良くて誘電性セラミックス粉末をより高充填とでき、かつ誘電特性のばらつきの少ないものとできる。また、強度確保、焼成後の寸法の安定が得られる。
複合材の成形は、圧縮成形後、焼成することで所定のレンズ形状を得る。必要があれば機械加工を施すことも可能である。
【００２１】
形成されたレンズ１は、この実施形態では、上記のようにレンズ本体１ａとその表面の整合層１ｂとでなるものとされる。このようにレンズ本体１ａに整合層１ｂを設けることによって、電磁波の出射時及び受波時において、電磁波の反射をより抑制することができる。整合層１ｂの誘電率は大気の誘電率：ε０、整合層１ｂの誘電率：ε１、レンズ本体１ａの誘電率：ε２、使用する周波数帯の波長：λ、整合層１ｂの厚み：ｔとした場合、整合層１ｂの誘電率：ε１は、√（ε０×ε２）に近い値であることが好ましい。実用的な範囲は、０．８×√（ε０×ε２）〜１．２×√（ε０×ε２）である。この範囲以外の場合、整合層１ｂ表面での反射波と整合層１ｂとレンズ本体１ａの界面での反射波との打ち消しが弱いため、電磁波の反射を効果的に抑制することが困難となる。かつ、整合層１ｂの厚み：ｔは、１／４×λ×（１／√ε１）に近い値であることが好ましい。実用的な範囲は、０．８×１／４×λ×（１／√ε１）〜１．２×１／４×λ×（１／√ε１）である。この範囲以外の場合、レンズ表面の反射波の位相とレンズ及び整合層１ｂの界面での反射波との位相が打ち消し合い、反射の影響を少なくすることが困難となる。このような整合層１ｂは単層でも良いが、レンズ本体１ａの誘電率が大きい場合、複層にすることも可能である。なお、レンズアンテナとして実用的な周波数帯は３〜３００ＧＨｚである。このときの波長は０．１〜１０ｍｍである。
【００２２】
整合層１ｂの成形方法としては、所望の組成物を付与した圧縮成形の他、必要な誘電特性を付与させた組成物を用いて、流動浸漬塗装、静電粉体塗装などを行なうことも可能である。また粉末を溶剤に分散させて、スプレー塗装または浸漬塗装を行なうこともできる。整合層１ｂとレンズ本体１ａとの一体化の方法は、接着剤、接着フィルム等による接着、塗装等、はがれが生じない方法であれば特に限定されない。
整合層１ｂの材質は、レンズ本体１ａと同じく、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末と樹脂粉末とを配合した誘電性セラミックス粉末とすることが好ましいが、他の組成物であっても良い。整合層１ｂは、例えば、レンズ本体１ａと同じ種類の成分を有するものとし、いずれかの成分の割合を異ならせることで、レンズ本体１ａと誘電率を異ならせたものとされる。
【００２３】
この構成の誘電性樹脂レンズアンテナによると、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末を含有した誘電性樹脂複合材を用い、かつ圧縮成形とするため、誘電性樹脂複合材によるレンズアンテナの特長をより向上させることができる。すなわち、誘電性樹脂複合材の使用により、樹脂製レンズに比べて誘電率が高くなって、小型、薄型化が図れ、また誘電性セラミックス粉末の寸法安定性によって成形収縮率が低く抑えられ、後加工の必要のない、あるいは後加工の必要があっても少ない加工でレンズアンテナを製作でき、コストを低減できる。セラミックス製のレンズに比べると軽量化が図れ、かつ成形性が良くて低コストで製造できる。この場合に、圧縮成形で成形するため、射出成形時に発生する恐れのある誘電率の不均一さを無くすことができ、波長の位相ずれが防止される。しかも、誘電性セラミックス粉末として、粒度分布のピークが２つ以上あるものを配合するため、既存の粒度分布のピークが１つの誘電性セラミックス粉末を配合したときよりも、高密度化が可能となり、レンズ１をより一層薄くできる利点が得られる。
粒度分布のピークが一つである場合は、誘電性セラミックス粉末を高充填すると、焼成体相対密度が向上しないため、空孔による誘電特性、アンテナ特性の低下、強度低下等が発生する恐れがあるが、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末を用いることで、これらの問題を生じることなく高充填が可能となる。これにより、誘電性セラミックス粉末を高充填した場合でも、焼成体相対密度の高いレンズ１とできる。
【００２４】
誘電性セラミックス粉末の配合量は、各種特性の向上の面から多い方が好ましいが、多過ぎても誘電特性の向上効果は上がらず、却って強度不足や他の特性低下の恐れがある。試験によると、誘電性セラミックス粉末の配合量が７０ｖｏｌ％を超えた場合、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末であっても、強度低下等の問題が生じることがわかった。誘電性セラミックス粉末の配合量が１５ｖｏｌ％未満の場合は、誘電性セラミックス粉末の配合による各効果が十分に得られない。
誘電性セラミックス粉末の誘電率は２０以上であることが好ましい。誘電率が２０未満の誘電性セラミックス粉末を配合した場合、樹脂に混合して誘電率を向上させ、レンズとして使用するには、かなり高配合にする必要がある。その場合、強度が著しく低下するので、レンズとして使用することができない。誘電性セラミックス粉末の誘電率が２０以上であると、これを樹脂と混合したレンズの誘電率が高く得られ、小型、薄型化に好ましい。
上記ベース樹脂となる樹脂粉末としては、誘電正接が０．０００２程度と樹脂の中で極めて低い値を示すＰＴＦＥを用いるため、感度の良いアンテナとなる。また、四フッ化エチレン樹脂であると、室温で成形した後、無負荷状態で焼成するという、低コストな製造方法が採用できる利点も得られる。この利点を生かし、上記圧縮成形が採用できる。
なお、上記実施形態では、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末を用いたが、これの代わりに、２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末を用い、樹脂粉末と混合して誘電性樹脂複合材としても良い。その場合も上記実施形態と同様に、誘電性セラミックス粉末の高充填，高密度化が可能である。さらに、上記の粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末、および２種類以上の平均粒子径を持つ誘電性セラミックス粉末は、１種類の材質の誘電性セラミックス粉末に限らず、材質の異なる２種以上の誘電性セラミックス粉末であって、それぞれの材質の誘電性セラミックス粉末の粒度分布のピーク位置、および平均粒子径のいずれかが異なるものであっても良い。
【００２５】
次に、上記レンズ１の具体例である複数の実施例１〜１２と、比較例１〜９の試験結果について説明する。各例の組成および成形条件を表１、相対密度、誘電特性、アンテナ特性を表２にそれぞれ示す。表１中のＡ粉，Ｅ粉は粉末の種類の区別を示す。
【００２６】
【表１】
2005094069.tif 000003
【００２７】
【表２】
2005094069.tif 000004
【００２８】
実施例（Ｎｏ．１〜１２）
ＰＴＦＥ粉末に対して、粒度分布のピークが２つあるチタン酸ストロンチウム粉末：Ｅ粉（ＳｒＴｉＯ３、粒度分布のピーク位置：ピーク1)１μｍ、ピーク2)３．５μｍ、平均粒子径：１．５μｍ、結晶歪み：０．０８％）を２０〜７０ｖｏｌ％配合させて混合及び造粒を行ない、その造粒粉を用いて成形、焼成を行ない、焼成体の相対密度、誘電特性の評価を行なった。
金型寸法：φ１００ｍｍの金型を使用し、所定の圧力を加えてφ１００ｍｍ×ｔ２０ｍｍ程度の成形体を準備し、３７０℃で３時間焼成して焼成体を得た。誘電特性は１、５ＧＨｚは空洞共振器法（試験片寸法：７０ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）、７６ＧＨｚはファブリペロ共振器法（φ１００ｍｍで厚みを５ＧＨｚの誘電率を参考にして７６Ｇでの実効波長の１／２の整数倍（加工性を考慮し、３倍とした）に加工）で行なった。また、７６ＧＨｚで使用する誘電体レンズを、有効径：φ５０、焦点距離：５０ｍｍ、各誘電率に合わせた形状で作製し、２３ｄＢｉの基準ホーンアンテナと組み合わせて、レンズアンテナを準備した。なお、レンズ表面には整合層１ｂを付与し、レンズ表面での電波の反射を抑えた。基準ホーン間距離を１５００ｍｍとし、誘電体レンズを組み込んだ時の利得を測定した。
【００２９】
実施例１〜１２の場合、焼成体の相対密度はすべて８５％以上であり、利得も基準ホーンの２３dbi に対して２８dbi 以上であり、優れた性能を示すことがわかる。
【００３０】
比較例（Ｎｏ．１〜６）
ＰＴＦＥ粉末に対し、粒度分布のピークが一つのチタン酸ストロンチウム粉末：Ａ粉（ＳｒＴｉＯ３、粒度分布のピーク位置：ピーク1)１μｍのみ、平均粒子径：１．５μｍ、結晶歪み：０％）を３０、５０ｖｏｌ％配合させて混合及び造粒を行ない、その造粒粉を用いて成形、焼成を行ない、焼成体の相対密度、誘電特性の評価を行なった。金型寸法：φ１００ｍｍの金型を使用し所定の圧力を加えてφ１００ｍｍ×ｔ２０ｍｍ程度の成形体を準備し、３７０℃で３時間焼成して焼成体を得た。誘電特性は１、５ＧＨｚは空洞共振器法（試験片寸法：７０ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）、７６ＧＨｚはファブリペロ共振器法（φ１００ｍｍで厚みを５ＧＨｚの誘電率を参考にして７６Ｇでの実効波長の１／２の整数倍（加工性を考慮し、３倍とした）に加工）で行なった。また７６ＧＨｚで使用する誘電体レンズを有効径：φ５０、焦点距離：５０ｍｍ、各誘電率に合わせた形状で作製し、２３ｄＢｉの基準ホーンアンテナと組み合わせて、レンズアンテナを準備した。なお、レンズ表面には整合層１ｂを付与し、レンズ表面での電波の反射を抑えた。基準ホーン間距離を１５００ｍｍとし、誘電体レンズを組み込んだ時の利得を測定した。組成及び成形条件を表１、相対密度、誘電特性、アンテナ特性を表２にそれぞれ示す。
【００３１】
比較例１〜６の場合、焼成体の相対密度はすべて７４〜８２％であり、焼成体の内部に多くの空孔が存在する。そのため、実施例１〜１２の材料と比べて誘電特性が悪化しており、利得も低くなっている。
【００３２】
比較例（Ｎｏ．７〜９）
ＰＴＦＥ粉末に対し、粒度分布のピークが２つあるチタン酸ストロンチウム粉末：Ｅ粉（ＳｒＴｉＯ３）を７５ｖｏｌ％配合させて混合粉末を準備し、混合及び造粒を行ない、その造粒粉を用いて成形、焼成を行ない、焼成体の相対密度、誘電特性の評価を行なった。金型寸法：φ１００ｍｍの金型を使用し所定の圧力を加えてφ１００ｍｍ×ｔ２０ｍｍ程度の成形体を準備し、３７０℃で３時間焼成して焼成体を得た。誘電特性は１、５ＧＨｚは空洞共振器法（試験片寸法：７０ｍｍ×１．５ｍｍ×１．５ｍｍ）、７６ＧＨｚはファブリペロ共振器法（φ１００ｍｍで厚みを５ＧＨｚの誘電率を参考にして７６Ｇでの実効波長の１／２の整数倍（加工性を考慮し、３倍とした）に加工）で行なった。また７６ＧＨｚで使用する誘電体レンズを有効径：φ５０、焦点距離：５０ｍｍ、各誘電率に合わせた形状への加工を試みたが、強度不足により加工できなかった。
【００３３】
比較例７〜９の場合、焼成体の相対密度は７９〜８１％であり、焼成体の内部に多くの空孔が存在する。そのため、誘電体セラミックスを高充填しても誘電特性は向上していない。また、焼成体の強度が不足しておりレンズ形状に加工することができなかった。
【００３４】
これらの各実施例１〜１２と比較例１〜６、比較例７〜９の試験結果から、粒度分布のピークが２つ以上ある誘電性セラミックス粉末を配合した場合、焼成体の相対密度が高く得られ、利得も優れた性能を示すが、上記誘電性セラミックス粉末の含有量が７５ｖｏｌ％と高い場合は、誘電体セラミックスを高充填しても誘電特性は向上せず、また焼成体の強度が不足してレンズ形状に加工することが困難であることがわかる。これらの試験結果から、誘電性セラミックス粉末の配合量の上限は７０％であると考察される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の一実施形態にかかる誘電性樹脂レンズアンテナの断面図である。
【図２】レンズの変形例の断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる誘電性樹脂レンズアンテナの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…レンズ
１ａ…レンズ本体
１ｂ…整合層
２…アンテナ素子
【図１】
2005094069.tif 000005
【図２】
2005094069.tif 000006
【図３】
2005094069.tif 000007