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KR102271402B1 - 고주파 안테나 소자, 및 고주파 안테나 모듈 - Google Patents

고주파 안테나 소자, 및 고주파 안테나 모듈 Download PDF

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Publication number
KR102271402B1
KR102271402B1 KR1020170039194A KR20170039194A KR102271402B1 KR 102271402 B1 KR102271402 B1 KR 102271402B1 KR 1020170039194 A KR1020170039194 A KR 1020170039194A KR 20170039194 A KR20170039194 A KR 20170039194A KR 102271402 B1 KR102271402 B1 KR 102271402B1
Authority
KR
South Korea
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coating layer
frequency antenna
dielectric layer
layer
antenna unit
Prior art date
Application number
KR1020170039194A
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KR20170113324A (ko
Inventor
신이치 오코시
아스카 나마이
마리에 요시키요
다카시 오노
Original Assignee
고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
도오꾜오까고오교 가부시끼가이샤
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Publication date
Application filed by 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠, 도오꾜오까고오교 가부시끼가이샤 filed Critical 고쿠리츠다이가쿠호우진 도쿄다이가쿠
Publication of KR20170113324A publication Critical patent/KR20170113324A/ko
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Abstract

[과제] 전자파 흡수체를 사용하는 경우에도 소형화가 용이하고, 수신 안테나부를 피복함으로써, 수신 안테나부를 보호할 수 있는 고주파 안테나 소자와, 당해 고주파 안테나 소자를 구비하는 고주파 안테나 모듈을 제공하는 것.
[해결 수단] 고주파 안테나 소자를, 기재와, 유전체층과, 수신 안테나부와, 피복층으로 구성하고, 유전체층이 기재 상에 적층되어 있고, 수신 안테나부가, 유전체층 상에 재치되어 있고, 피복층이, 유전체층 상의 수신 안테나부가 재치되어 있지 않은 표면을 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 수신 안테나부의 상면의 적어도 일부를 피복하도록 한다.

Description

고주파 안테나 소자, 및 고주파 안테나 모듈{HIGH-FREQUENCY ANTENNA ELEMENT, AND HIGH-FREQUENCY ANTENNA MODULE}
본 발명은, 고주파 안테나 소자, 및 고주파 안테나 모듈에 관한 것이다.
휴대 전화, 무선 LAN, ETC 시스템, 고속도로 교통시스템, 자동차 주행 지원 도로 시스템, 위성 방송 등의 여러 가지의 정보통신 시스템에 있어서, 고주파 대역의 전자파의 사용이 확대되고 있다. 그러나, 고주파 대역의 전자파의 이용의 확대에는, 전자 부품끼리의 간섭에 의한 전자기기의 고장이나 오동작 등을 초래할 우려가 있다. 이와 같은 문제의 대책으로서 불필요한 전자파를 전자파 흡수체에 의해 흡수하는 방법이 취해지고 있다.
이 때문에, 고주파 대역의 전자파를 이용하는 레이더 등에 있어서도, 본래 수신되어서는 안되는 불필요한 전자파의 영향을 경감시키기 위하여, 전자파 흡수체가 이용되고 있다.
이와 같은 요구에 부응하기 위하여, 고주파수 대역의 전자파를 양호하게 흡수할 수 있는 전자파 흡수체가 여러 가지 제안되어 있다. 구체예로는, 예를 들어, 카본 나노 코일 및 수지를 함유하는 전자파 흡수 시트 (특허문헌 1 을 참조) 가 알려져 있다.
일본 공개특허공보 2009-060060호
그러나, 고주파 대역의 전자파를 이용하는 여러 가지 시스템에 있어서, 고주파 대역의 전자파를 흡수하는 전자파 흡수체를, 전자파를 수신하는 안테나에 접촉시키거나 근방에 설치하면, 안테나가 수신해야 할 전자파까지 흡수되어, 시스템이 원하는 동작을 실행할 수 없다.
이 때문에, 특히, 전자파 흡수체를 구비하는 고주파 안테나 소자에 있어서는, 소형이 곤란하거나 수신 안테나부를 보호할 수 없거나 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 전자파 흡수체를 사용하는 경우에서도 소형화가 용이하고, 수신 안테나부를 피복함으로써, 수신 안테나부를 보호할 수 있는 고주파 안테나 소자와, 당해 고주파 안테나 소자를 구비하는 고주파 안테나 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 고주파 안테나 소자를, 기재와, 유전체층과, 수신 안테나부와, 피복층으로 구성하고, 유전체층이 기재 상에 적층되어 있고, 수신 안테나부가, 유전체층 상에 재치 (載置) 되어 있고, 피복층이, 유전체층 상의 수신 안테나부가 재치되어 있지 않은 표면을 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 수신 안테나부의 상면의 적어도 일부를 피복하도록 함으로써, 상기의 과제를 해결할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 제 1 양태는, 기재와, 유전체층과, 수신 안테나부와, 피복층을 포함하는 고주파 안테나 소자로서,
유전체층이 기재 상에 적층되어 있고,
수신 안테나부가, 유전체층 상에 재치되어 있고,
피복층이, 유전체층 상의 수신 안테나부가 재치되어 있지 않은 표면을 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 수신 안테나부의 상면의 적어도 일부를 피복하고 있는 고주파 안테나 소자이다.
본 발명의 제 2 양태는, 제 1 양태에 관련된 고주파 안테나 소자를 구비하는, 고주파 안테나 모듈이다.
본 발명에 의하면, 전자파 흡수체를 사용하는 경우에서도 소형화가 용이하고, 수신 안테나부를 피복함으로써, 수신 안테나부를 보호할 수 있는 고주파 안테나 소자와, 당해 고주파 안테나 소자를 구비하는 고주파 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
도 1 은 피복층이 수신 안테나부를 피복하는 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는 피복층이 수신 안테나부를 피복하는 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은 피복층이 수신 안테나부를 피복하는 형태의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 기재와, 유전체층과, 피복층에 의해, 전자파의 감쇠가 발생하는 메커니즘을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는 실시예 1 의 적층체에 대한 반사 감쇠량의 주파수 의존성을 나타내는 도면이다.
도 6 은 실시예 2 의 적층체에 대한 반사 감쇠량의 주파수 의존성을 나타내는 도면이다.
≪고주파 안테나 소자≫
고주파 안테나 소자는, 기재와, 유전체층과, 수신 안테나부와, 피복층을 포함하는 고주파 안테나 소자이다.
유전체층은 기재 상에 적층되어 있다.
수신 안테나부는, 유전체층 상에 재치되어 있다.
피복층은, 유전체층 상의 수신 안테나부가 재치되어 있지 않은 표면을 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 수신 안테나부의 상면의 적어도 일부를 피복하고 있다.
고주파 안테나 소자는, 상기의 구성을 구비하기 때문에, 전자파 흡수체를 사용하는 경우여도 소형화가 용이하고, 수신 안테나부가 피복되어 있으므로, 수신 안테나부가 양호하게 보호된다.
이하, 고주파 안테나 소자를 구성하는 각 부재에 대해 설명한다.
＜기재＞
기재 (10) 는, 유전체층 (11), 수신 안테나부 (12), 및 피복층 (13) 을, 직접 또는 간접적으로 지지하는 부재이다.
기재 (10) 의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 전자파의 반사 특성 면에서 도체가 바람직하다. 도체의 종류는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않고, 금속이 바람직하다. 기재 (10) 가 금속으로 이루어지는 경우, 기재 (10) 의 재료인 금속으로는, 알루미늄, 티탄, SUS, 구리, 놋쇠, 은, 금, 백금 등이 바람직하다.
기재 (10) 의 형상은 특별히 한정되지 않고, 여러 가지 형상이어도 된다. 고주파 안테나 소자 (1) 의 소형화의 관점에서, 통상적으로, 판상의 기재 (10) 가 선택된다. 판상의 기재 (10) 의 형상은, 곡면을 갖고 있어도 되고, 평면만으로 구성되어 있어도 된다. 기재 (10) 의 형상으로는, 막두께가 균일한 유전체층 (12) 이나 피복층 (13) 의 형성이 용이한 점 등에서, 평판상인 것이 바람직하다.
기재 (10) 가 판상인 경우, 기재 (10) 의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 전자파 흡수체의 소형화의 관점에서, 기재 (10) 의 두께는, 0.1 ㎛ ∼ 5 ㎝ 인 것이 바람직하다.
＜유전체층＞
유전체층 (11) 은, 유전체로 이루어지는 막이다. 유전체층 (11) 의 재료로서 사용되는 유전체는, 안테나 소자에 있어서, 절연 등의 목적으로 사용되고 있는 여러 가지의 유전체로부터 적절히 선택된다. 이러한 유전체의 바람직한 예로는 PTFE, 및 유리 섬유 함유 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
유전체층 (11) 의 막두께는, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 유전체층 (11) 의 막두께는, 전형적으로는, 0.050 ㎜ ∼ 4 ㎜ 가 바람직하고, 0.10 ㎜ ∼ 2 ㎜ 가 보다 바람직하다.
＜수신 안테나부＞
수신 안테나부 (12) 에 대해, 안테나로서의 기능을 나타내는 금속 배선으로 이루어지는 회로여도 되고, 안테나로서의 기능을 나타내는 상기 서술한 회로가 봉지된, 소위 칩 안테나여도 된다.
고주파 안테나 소자 (1) 는, 유전체층 (11) 상에 2 이상의 복수의 수신 안테나부 (12) 를 구비하고 있어도 된다.
수신 안테나부 (12) 가, 안테나로서의 기능을 나타내는 금속 배선으로 이루어지는 회로인 경우, 당해 금속 배선의 두께는, 피복층 (13) 보다 얇으면 되고, 안테나로서의 기능이 저해되지 않는 범위에서 얇을수록 바람직하다.
또, 수신 안테나부 (12) 로서 기능하는 금속 배선은, 통상적으로 패턴화된 금속막이다. 이 경우의 패턴 형상은 특별히 한정되지 않고, 종래부터 안테나로서 사용되는 회로의 형상으로부터 적절히 선택할 수 있다. 구체적인 형상으로는, 소용돌이상이나, 배선을 사행 (蛇行) 시킨 형상을 들 수 있다.
또한, 수신 안테나부 (12) 가, 패턴화된 금속 배선인 경우, 패턴화된 당해 금속 배선의 측면 전체면이, 후술하는 피복층 (13) 과 접하도록, 피복층 (13) 이 형성된다.
이 경우, 소용돌이상이나, 사행 형상의 금속 배선에 있어서, 인접한 금속 배선 간의 간극에 피복층 (13) 에 의해 충전되는 것이 바람직하다.
수신 안테나부 (12) 가 칩 안테나인 경우, 칩 안테나의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 칩 안테나의 형상으로는, 전형적으로는, 정방형 또는 장방형의 한 쌍의 주면을 갖는 평판 형상이나, 원판 형상, 또는 타원판 형상이 바람직하다.
칩 안테나의 두께는, 피복층 (13) 보다 얇으면 되고, 안테나로서의 기능이 저해되지 않는 범위에서 얇을수록 바람직하다. 또한, 칩 안테나의 두께는, 기재 (10) 의 주면에 대해 수직 방향의 두께이다.
고주파 안테나 소자 (1) 를 다른 부품과 조합하여 안테나 모듈을 형성하는 경우, 수신 안테나부 (12) 는, 통상적으로 배선에 의해 다른 부품과 접속된다.
이 때문에, 고주파 안테나 소자 (1) 에서는, 고주파 안테나 소자 (1) 의 표면의 임의의 지점에 단자가 형성되고, 당해 단자와 수신 안테나부 (12) 를 접속하는 배선이 형성되는 것이 바람직하다.
＜피복층＞
피복층 (13) 은, 유전체층 (11) 상의 수신 안테나부 (12) 가 재치되어 있지 않은 표면을 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 수신 안테나부 (12) 의 상면의 적어도 일부를 피복한다.
이로써, 수신 안테나부 (12) 의 측면 전체면과 상면의 적어도 일부가 피복층 (13) 에 의해 보호되기 때문에, 수신 안테나부가, 다른 물품과의 접촉에 의한 손상, 부식성 가스 등에 의한 부식, 가혹한 온도 조건 하에서 온도 자극 등을 잘 받지 않는다. 이 때문에, 동작의 신뢰성이 높은 고주파 안테나 소자 (1) 를 제조할 수 있다.
수신 안테나부 (12) 를 보다 완전하게 보호하기 위해서는, 피복층 (13) 이 수신 안테나부 (12) 의 상면 전체면을 피복하는 것이 바람직하다.
도 1 ∼ 3 은, 피복층 (13) 의 바람직한 피복의 형태를 나타내는, 기재 (10) 의 면 방향에 대해 수직인 면에 관한, 고주파 안테나 소자 (1) 의 단면도이다.
도 1 에 도시되는 것은, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 일부를 피복층 (13) 이 피복하는 형태이다. 이 형태에서는, 피복층은, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 둘레 가장자리부를 피복하는 한편, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 중앙부는 피복하지 않는다.
도 2 에 도시되는 것은, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 일부를 피복층 (13) 이 피복하는 형태로서, 도 1 과는 상이한 형태이다. 이 형태에서는, 피복층은 수신 안테나부 (12) 의 상면의 둘레 가장자리부를 피복하지 않는 한편, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 중앙부를 피복한다.
도 3 에 도시되는 것은, 특히 바람직한 피복 형태로서, 이 형태에서는, 수신 안테나부 (12) 의 상면 전체면이 피복층 (13) 에 의해 피복된다.
피복층 (13) 이, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 둘레 가장자리부를 피복하고, 상면의 중앙부를 피복하지 않는 경우, 피복층은 당해 둘레 가장자리부의 적어도 일부를 피복하고 있으면 된다.
피복층 (13) 이, 수신 안테나부 (12) 의 상면의 둘레 가장자리부를 피복하지 않고, 상면의 중앙부를 피복하는 경우, 당해 중앙부는, 단일의 피복층 (13) 으로 피복되어도 되고, 서로 이간된 2 이상의 피복층 (13) 으로 피복되어 있어도 된다.
피복층 (13) 의 막두께는, 수신 안테나부 (12) 를 상기 소정의 요건을 만족하도록 피복 가능한 막두께이면 특별히 한정되지 않는다. 요컨대, 수신 안테나부 (12) 의 두께보다 두꺼우면 특별히 한정되지 않는다.
피복층 (13) 의 유전체층 (11) 을 피복하는 부분의 막두께는, 200 ㎛ 이하가 바람직하고, 150 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 피복층 (13) 의 수신 안테나부 (12) 의 상면을 피복하는 부분의 막두께는, 150 ㎛ 이하가 바람직하고, 100 ㎛ 이하가 보다 바람직하다.
피복층의 두께의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 0.1 ㎛ 이상이 바람직하다.
피복층 (13) 은 고주파 안테나 소자 (1) 에 전자파 흡수 특성을 부여하는 것이 가능한 막인 것이 바람직하다.
또한,「고주파 안테나 소자에 전자파 흡수 특성을 부여하는 것이 가능한 막」이란, 고주파 안테나 소자에, 고주파 안테나 소자 전체로서의 전자파 흡수 특성을 부여하는 한편, 수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파를, 고주파 안테나 소자 (1) 가 원하는 동작을 실행할 수 없을 정도로 감쇠시키지 않는 막이다.
수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파까지 현저하게 감쇠시키는 막을 채용하는 경우, 원래 안테나 소자로서의 기능을 하지 않기 때문이다.
피복층 (13) 은, 수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파를 과도하게 감쇠시키지 않는 한편, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면이나, 유전체층 (11) 과 기재의 계면에서 반사된 전자파를 감쇠시키는 것이 바람직하다.
수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파는, 고주파 안테나 소자 (1) 가 원하는 기능을 나타내기 위하여 필요한 전자파이다. 한편, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면이나, 유전체층 (11) 과 기재의 계면에서 반사된 전자파는, 본래 수신 안테나부 (12) 에 입사되어서는 안되는 불필요한 전자파이다.
상기의 특징을 구비하는「고주파 안테나 소자에 전자파 흡수 특성을 부여하는 것이 가능한 막」으로는, 후술하는 메커니즘에 의해, 수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파 이외의 전자파를 감쇠시킬 수 있는 것이면, 특별히 한정되지 않는다.
수신 안테나부 (12) 에 직접 입사되는 전자파를 과도하게 감쇠시키지 않는 한편, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면이나, 유전체층 (11) 과 기재의 계면에서 반사된 전자파를 감쇠시키는, 바람직한 피복층 (13) 으로는, 특정의 엡실론형 산화철을 함유하는 막을 들 수 있다.
엡실론형 산화철을 함유하는 이러한 피복층 (13) 으로는, 비유전율이 6.5 ∼ 65 인 막이 사용된다.
이러한 피복층 (13) 을 채용하는 경우, 피복층 (13) 의 재료의 조성이나 막두께에 따라, 예를 들어, 60 ∼ 270 ㎓ 대역의 전자파를 흡수할 수 있다.
또한, 이러한 피복층 (13) 에서는, 피복층 (13) 의 막두께가 1 ㎜ 미만인 박막인 경우여도, 고주파 안테나 소자 (1) 가 양호한 전자파 흡수 특성을 나타낸다. 이 때문에, 특정의 엡실론 산화철을 함유하고, 또한 소정의 비유전율을 나타내는 막을 피복층 (13) 으로서 사용하는 경우, 고주파 안테나 소자 (1) 의 소형화가 용이하다.
이들의 조건을 만족하는 피복층 (13) 을, 상기 서술한 기재 (10), 및 유전체층 (12) 과 조합함으로써, 폭넓은 주파수 대역의 전자파에 적용 가능하고, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면이나, 유전체층 (11) 과 기재 (10) 의 계면에서 반사된 전자파를 감쇠시킬 수 있는 고주파 안테나 소자 (1) 가 얻어진다.
엡실론형 산화철을 함유하는 상기의 피복층 (13) 에 의해, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면이나, 유전체층 (11) 과 기재 (10) 의 계면에서 반사된 전자파가 감쇠되는 이유를, 도 4 에 모식적으로 나타낸다.
이러한 피복층 (13) 은, 피복층 (13) 에 입사되어 오는 전자파 A 는 거의 감쇠시키지 않는다.
한편, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면에서 반사된 전자파 B 와, 유전체층 (11) 과 기재 (10) 의 계면에서 반사된 전자파 C 사이에는, 위상차가 발생한다.
구체적으로는, 기재 (10) 는, 고주파 안테나 소자 (1) 에 입사되는 전자파 중, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 을 투과한 전자파를 반사시킨다. 그 때, 기재 (10) 는, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에서 반사되는 전자파 (전자파 C) 의 위상을, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에 입사되는 전자파의 위상에 대해 변화시킨다.
한편, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에서 반사되는 전자파 (전자파 B) 의 위상은, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에 입사되는 전자파의 위상에 대해 크게 변화하지 않는다.
이로써, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에서 반사되는 전자파 (전자파 C) 와, 유전체층 (11) 과 피복층 (13) 의 계면에서 반사되는 전자파 (전자파 B) 사이에 위상차가 발생한다.
그 결과, 기재 (10) 와 유전체층 (11) 의 계면에서 반사되는 전자파 C 와, 유전체층 (11) 과 피복층 (13) 의 계면에서 반사되는 전자파 B 는 서로 상쇄되어, 각각 감쇠된다.
혹은, 다음과 같은 메커니즘으로 감쇠되는 것을 생각할 수 있다. 고주파 안테나 소자 (1) 에 입사되는 전자파 중, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 계면에서는, 피복층 (13) 의 유전율이 유전체층 (11) 의 유전율보다 높기 때문에, 전자파는 거의 반사되지 않는다. 즉 전자파 B 의 강도는 작고, 수신 안테나부에 도달하는 전자파는 저감되어 있다. 한편, 피복층 (13) 으로부터 유전체층 (11) 에 침입한 전자파는, 유전체층 (11) 과 기재 (10) 의 계면에서 반사되어 다시 유전체층 (11) 에 도달하지만, 피복층 (13) 의 유전율이 유전체층 (11) 의 유전율보다 높기 때문에, 거의 반사되어 피복층 (13) 에 침입되는 전자파 C 는 저감되어 있다. 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 사이에서 반사되어, 유전체층 (11) 으로 되돌아온 전자파는, 동일하게 하여 유전체층 (11) 과 기재 (10) 의 계면과, 피복층 (13) 과 유전체층 (11) 의 사이의 계면과 왕복하게 되고 (구속 효과), 그 동안에 감쇠된다.
피복층 (13) 이 엡실론형 산화철을 함유하는 막인 경우, 피복층 (13) 에 대해, 유전체층 (11) 을 피복하는 부분의 막두께는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 고주파 안테나 소자 (1) 의 소형화의 관점에서, 피복층 (13) 의 유전체층 (11) 을 피복하는 부분의 막두께는 3 ㎜ 미만인 것이 바람직하고, 50 ㎛ 이상 3 ㎜ 미만인 것이 보다 바람직하다.
또한, 피복층 (13) 을 구성하는 재료의 조성이나, 피복층 (13) 의 비유전율이나 비투자율에 따라, 최적의 전자파 흡수 효과가 얻어지는 피복층 (13) 의 막두께가 변동하는 경우가 있다. 이 경우, 피복층 (13) 의 막두께를 미조정하여, 고주파 안테나 소자 (1) 에 있어서의 전자파 흡수 효과를 최적화하는 것이 바람직하다.
이하, 피복층 (13) 이 엡실론형 산화철을 함유하고, 또한 상기 소정의 비유전율을 갖는 경우에 있어서의, 피복층 (13) 이 함유하는 필수 또는 임의의 성분과, 피복층 (13) 의 비유전율 및 비투자율의 조정 방법에 대해 설명한다.
(엡실론형 산화철)
엡실론형 산화철로서 구체적으로는, ε-Fe2O3 결정, 및 결정과 공간군이 ε-Fe2O3 과 동일하고, ε-Fe2O3 결정의 Fe 사이트의 일부가 Fe 이외의 원소 M 으로 치환된 것으로서, 식 ε-MxFe2-xO3 으로 나타내고, 상기 x 가 0 이상 2 미만인 결정에서 선택되는 1 종 이상을 사용한다. 이와 같은 엡실론형 산화철의 결정은 자성 결정이기 때문에, 본 출원의 명세서에서는, 그 결정에 대해「자성 결정」이라고 부르는 경우가 있다.
ε-Fe2O3 결정에 대해서는, 주지된 것을 사용할 수 있다. 결정과 공간군이 ε-Fe2O3 과 동일하고, ε-Fe2O3 결정의 Fe 사이트의 일부가 Fe 이외의 원소 M 으로 치환된 것으로서, 식 ε-MxFe2-xO3 으로 나타내고, 상기 x 가 0 이상 2 미만인 결정에 대해서는 후술한다.
또한, 본 출원의 명세서에 있어서 ε-Fe2O3 결정의 Fe 사이트의 일부가 치환 원소 M 으로 치환된 ε-MxFe2-xO3 을「M 치환 ε-Fe2O3」이라고도 부른다.
ε-Fe2O3 결정 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 결정을 자성상 (相) 에 갖는 입자의 입자경은 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 후술하는 바와 같은 방법으로 제조되는, 엡실론형 산화철의 자성 결정을 자성상에 갖는 입자는, TEM (투과형 전자현미경) 사진으로부터 계측되는 평균 입자경이 5 ∼ 200 ㎚ 의 범위에 있다.
또, 후술하는 바와 같은 방법으로 제조되는, 엡실론형 산화철의 자성 결정을 자성층에 갖는 입자의 변동 계수 (입자경의 표준 편차/평균 입자경) 는 80 ％ 미만의 범위에 있고, 비교적 미세하고 입자경이 가지런한 입자군이다.
바람직한 피복층 (13) 에 있어서, 이와 같은 엡실론형 산화철의 자성 입자 (즉, ε-Fe2O3 결정 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 결정을 자성상에 갖는 입자) 의 분체를, 피복층 (13) 중의 전자파 흡수 재료로서 사용한다. 여기서 말하는「자성상」은 당해 분체의 자성을 담당하는 부분이다.
「ε-Fe2O3 결정 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 결정을 자성상에 갖는다」란, 자성상이 ε-Fe2O3 결정 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 결정으로 이루어지는 것을 의미하고, 그 자성상에 제조상 불가피적인 불순물 자성 결정이 혼재되는 경우를 포함한다.
엡실론형 산화철의 자성 결정은, ε-Fe2O3 결정과 공간군을 달리하는 철산화물의 불순물 결정 (구체적으로는, α-Fe2O3, γ-Fe2O3, FeO, 및 Fe3O4, 그리고 이들의 결정에 있어서 Fe 의 일부가 다른 원소로 치환된 결정) 을 함유하고 있어도 된다.
엡실론형 산화철의 자성 결정이 불순물 결정을 함유하는 경우, ε-Fe2O3 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 의 자성 결정이 주상인 것이 바람직하다. 즉, 당해 전자파 흡수 재료를 구성하는 엡실론 철산화물의 자성 결정 중에서, ε-Fe2O3 및/또는 M 치환 ε-Fe2O3 의 자성 결정의 비율이, 화합물로서의 몰비로 50 몰％ 이상인 것이 바람직하다.
결정의 존재비는, X 선 회절 패턴에 기초한 리트벨트법에 의한 해석으로 구할 수 있다. 자성상의 주위에는 졸-겔 과정에서 형성된 실리카 (SiO2) 등의 비자성 화합물이 부착되어 있는 경우가 있다.
(M 치환 ε-Fe2O3)
결정과 공간군이 ε-Fe2O3 과 동일하고, ε-Fe2O3 결정의 Fe 사이트의 일부가 Fe 이외의 원소 M 으로 치환된 것이라는 조건을 만족하는 한, M 치환 ε-Fe2O3 에 있어서의 원소 M 의 종류는 특별히 한정되지 않는다. M 치환 ε-Fe2O3 은, Fe 이외의 원소 M 을 복수 종 함유하고 있어도 된다.
원소 M 의 바람직한 예로는, In, Ga, Al, Sc, Cr, Sm, Yb, Ce, Ru, Rh, Ti, Co, Ni, Mn, Zn, Zr, 및 Y 를 들 수 있다. 이들 중에서는, In, Ga, Al 및 Rh 가 바람직하다. M 이 Al 인 경우, ε-MxFe2-xO3 으로 나타내는 조성에 있어서, x 는 예를 들어 0 이상 0.8 미만의 범위 내인 것이 바람직하다. M 이 Ga 인 경우, x 는 예를 들어 0 이상 0.8 미만의 범위 내인 것이 바람직하다. M 이 In 인 경우, x 는 예를 들어 0 이상 0.3 미만의 범위 내인 것이 바람직하다. M 이 Rh 인 경우, x 는 예를 들어 0 이상 0.3 미만의 범위인 것이 바람직하다.
이상 설명한 엡실론형 산화철을 함유하는 피복층 (13) 을 채용하는 경우, 예를 들어, 60 ∼ 270 ㎓ 대역, 바람직하게는 60 ∼ 230 ㎓ 대역에 전자파 흡수량이 최대가 되는 피크를 갖는 고주파 안테나 소자 (1) 가 제공된다. 전자파 흡수량이 최대가 되는 주파수는, M 치환 ε-Fe2O3 에 있어서의 원소 M 의 종류 및 치환량 중 적어도 일방을 조정함으로써 조정할 수 있다.
이와 같은 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정은, 예를 들어 후술하는, 역마이셀법과 졸-겔법을 조합한 공정 및 소성 공정에 의해 합성할 수 있다. 또, 일본 공개특허공보 2008-174405호에 개시되는 바와 같은, 직접 합성법과 졸-겔법을 조합한 공정, 및 소성 공정에 의해 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정을 합성할 수 있다.
구체적으로는,
Jian Jin, Shinichi Ohkoshi and Kazuhito Hashimoto, ADVANCED MATERIALS 2004, 16, No.1, January 5, p.48-51,
Shin-ichi Ohkoshi, Shunsuke Sakurai, Jian Jin, Kazuhito Hashimoto, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 97, 10K312 (2005),
Shunsuke Sakurai, Jian Jin, Kazuhito Hashimoto and Shinichi Ohkoshi, JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN, Vol.74, No.7, July, 2005, p.1946-1949,
Asuka Namai, Shunsuke Sakurai, Makoto Nakajima, Tohru Suemoto, Kazuyuki Matsumoto, Masahiro Goto, Shinya Sasaki, and Shinichi Ohkoshi, Journal of the American Chemical Society, Vol.131, p.1170-1173, 2009. 등에 기재되는 바와 같은, 역마이셀법과 졸-겔법을 조합한 공정 및 소성 공정에 의해, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정을 얻을 수 있다.
역마이셀법에서는, 계면 활성제를 함유한 2 종류의 마이셀 용액, 즉 마이셀 용액 Ⅰ (원료 마이셀) 과 마이셀 용액 Ⅱ (중화제 마이셀) 를 혼합함으로써, 마이셀 내에서 수산화철의 침전 반응을 진행시킨다. 다음으로, 졸-겔법에 의해, 마이셀 내에서 생성된 수산화철 미립자의 표면에 실리카 코트를 실시한다. 실리카 코트층을 구비하는 수산화철 미립자는, 액으로부터 분리된 뒤, 소정의 온도 (700 ∼ 1300 ℃ 의 범위 내) 에서 대기 분위기하에서의 열처리에 제공된다. 이 열처리에 의해 ε-Fe2O3 결정의 미립자가 얻어진다.
보다 구체적으로는, 예를 들어 이하와 같이 하여 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정이 제조된다.
먼저, n-옥탄을 유상으로 하는 마이셀 용액 Ⅰ 의 수상에, 철원으로서의 질산철 (Ⅲ) 과, 철의 일부를 치환시키는 M 원소원으로서의 M 질산염 (Al 의 경우, 질산알루미늄 (Ⅲ) 9 수화물, Ga 의 경우, 질산갈륨 (Ⅲ) n 수화물, In 의 경우, 질산인듐 (Ⅲ) 3 수화물) 과, 계면 활성제 (예를 들어 브롬화세틸트리메틸암모늄) 를 용해시킨다.
마이셀 용액 Ⅰ 의 수상에는, 적당량의 알칼리 토금속 (Ba, Sr, Ca 등) 의 질산염을 용해시켜 둘 수 있다. 이 질산염은 형상 제어제로서 기능한다. 알칼리 토금속이 액 중에 존재하면, 최종적으로 로드 형상의 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 입자가 얻어진다. 형상 제어제가 없는 경우에는, 구상에 가까운 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 입자가 얻어진다.
형상 제어제로서 첨가한 알칼리 토금속은, 생성되는 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 표층부에 잔존하는 경우가 있다. M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 있어서의 알칼리 토금속의 질량은, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 있어서의 치환 원소 M 의 질량과 Fe 의 질량의 합계에 대해, 20 질량％ 이하인 것이 바람직하고, 10 질량％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
n-옥탄을 유상으로 하는 마이셀 용액 Ⅱ 의 수상에는 암모니아 수용액을 사용한다.
마이셀 용액 Ⅰ 및 Ⅱ 를 혼합한 후, 졸-겔법을 적용한다. 즉, 실란 (예를 들어 테트라에틸오르토실란) 을 마이셀 용액의 혼합액에 적하하면서 교반을 계속하고, 마이셀 내에서 수산화철, 또는 원소 M 을 함유하는 수산화철의 생성 반응을 진행시킨다. 이로써, 마이셀 내에서 생성된 미세한 수산화철의 침전의 입자 표면이, 실란의 가수 분해에 의해 생성되는 실리카로 코팅된다.
이어서, 실리카 코팅된 M 원소 함유 수산화철 입자를 액으로부터 분리·세정·건조시켜 얻은 입자 분체를 노 내에 장입하고, 공기 중에서 700 ∼ 1300 ℃, 바람직하게는 900 ∼ 1200 ℃, 더욱 바람직하게는 950 ∼ 1150 ℃ 의 온도 범위에서 열처리 (소성) 한다.
이 열처리에 의해 실리카 코팅 내에서 산화 반응이 진행되고, 미세한 M 원소 함유 수산화철의 미세한 입자가, 미세한 M 치환 ε-Fe2O3 의 입자로 변화한다.
이 산화 반응시에, 실리카 코트의 존재가 α-Fe2O3 이나 γ-Fe2O3 의 결정이 아니라, ε-Fe2O3 과 공간군이 동일한 M 치환 ε-Fe2O3 결정의 생성에 기여함과 함께, 입자끼리의 소결을 방지하는 작용을 한다. 또, 적당량의 알칼리 토금속이 공존되어 있으면, 입자 형상이 로드상으로 성장되기 쉽다.
또, 상기 서술한 바와 같이, 일본 공개특허공보 2008-174405호에 개시되는 바와 같은, 직접 합성법과 졸-겔법을 조합한 공정, 및 소성 공정에 의해 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정을 보다 경제적으로 유리하게 합성할 수 있다.
간결하게 설명하면, 처음에 3 가의 철염과 치환 원소 M (Ga, Al 등) 의 염이 용해되어 있는 수용매에, 교반 상태에서 암모니아수 등의 중화제를 첨가함으로써, 철의 수산화물 (일부가 다른 원소로 치환되어 있는 경우도 있다) 로 이루어지는 전구체가 형성된다.
그 후에 졸-겔법을 적용하여, 전구체 입자 표면에 실리카의 피복층을 형성시킨다. 이 실리카 피복 입자를 액으로부터 분리한 후에, 소정의 온도에서 열처리 (소성) 를 실시하면, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 미립자가 얻어진다.
상기와 같은 M 치환 ε-Fe2O3 의 합성에 있어서, ε-Fe2O3 결정과 공간군을 달리하는 철산화물 결정 (불순물 결정) 이 생성되는 경우가 있다. Fe2O3 의 조성을 가지면서 결정 구조가 상이한 다형 (polymorphism) 에는 가장 보편적인 것으로서 α-Fe2O3 및 γ-Fe2O3 이 있다. 그 밖의 철산화물로는 FeO 나 Fe3O4 를 들 수 있다.
이와 같은 불순물 결정의 함유는, M 치환 ε-Fe2O3 결정의 특성을 가능한 한 높게 이끌어내는 데에 있어서 바람직하다고는 할 수 없지만, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 허용된다.
또, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 보자력 Hc 는, 치환 원소 M 에 의한 치환량에 따라 변화한다. 요컨대, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 있어서의 치환 원소 M 에 의한 치환량을 조정함으로써, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 보자력 Hc 를 조정할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 Al 이나 Ga 등을 치환 원소 M 으로서 사용한 경우에는, 치환량이 증가할수록, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 보자력 Hc 가 저하된다. 한편, Rh 등을 치환 원소 M 으로서 사용한 경우에는, 치환량이 증가할수록, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 보자력 Hc 는 증대된다.
치환 원소 M 에 의한 치환량에 따라 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 보자력 Hc 를 조정하기 쉬운 점에서는, 치환 원소 M 으로서 Ga, Al, In 및 Rh 가 바람직하다.
그리고, 이 보자력 Hc 의 저하에 수반하여, 엡실론형 산화철의 전자파 흡수량이 최대가 되는 피크의 주파수도 저주파수측 혹은 고주파수측으로 시프트된다. 요컨대, M 원소의 치환량에 의해 전자파 흡수량의 피크의 주파수를 컨트롤할 수 있다.
일반적으로 사용되고 있는 전자파 흡수체의 경우, 전자파의 입사 각도나 주파수가 설계한 값으로부터 벗어나면 흡수량이 거의 제로가 된다. 이에 반하여, 엡실론형 산화철을 사용한 경우, 조금 값이 벗어나도, 넓은 주파수 범위 및 전자파 입사 각도로 전자파 흡수를 나타낸다. 이 때문에, 본 발명에 의하면, 폭넓은 주파수 대역의 전자파를 흡수 가능한 전자파 흡수체를 제공할 수 있다.
엡실론형 산화철의 입자경에 대해, 예를 들어 상기 공정에 있어서 열처리 (소성) 온도를 조정함으로써 컨트롤 가능하다.
상기 서술한 역마이셀법과 졸-겔법을 조합한 수법이나, 일본 공개특허공보 2008-174405호에 개시되는 직접 합성법과 졸-겔법을 조합한 수법에 의하면, TEM (투과형 전자현미경) 사진으로부터 계측되는 평균 입자경으로서 5 ∼ 200 ㎚ 의 범위의 입자경을 갖는 엡실론형 산화철의 입자를 합성하는 것이 가능하다. 엡실론형 산화철의 평균 입자경은, 10 ㎚ 이상이 보다 바람직하고, 20 ㎚ 이상이 보다 바람직하다.
또한, 수평균 입자경인 평균 입자경을 구할 때, 엡실론형 산화철의 입자가 로드상인 경우, TEM 화상 상에서 관찰되는 입자의 장축 방향의 직경을 당해 입자의 직경으로 하여 평균 입자경을 산출한다. 평균 입자경을 구할 때의 계측 대상의 입자수는 평균치를 산출시에 충분히 많은 수이면 특별히 한정되지 않지만, 300 개 이상인 것이 바람직하다.
또, 졸-겔법으로 수산화철 미립자의 표면에 코팅된 실리카 코트가, 열처리 (소성) 후의 M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정의 표면에 존재하는 경우가 있다. 결정의 표면에 실리카와 같은 비자성 화합물이 존재하는 경우, 자성 결정의 취급성이나, 내구성, 내후성 등이 향상되는 점에서 바람직하다.
비자성 화합물의 바람직한 예로는, 실리카 외, 알루미나나 지르코니아 등의 내열성 화합물을 들 수 있다.
단, 비자성 화합물의 부착량이 너무 많으면, 입자끼리가 격렬하게 응집되는 경우가 있어 바람직하지 않다.
비자성 화합물이 실리카인 경우, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 있어서의 Si 의 질량은, M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 있어서의 치환 원소 M 의 질량과 Fe 의 질량의 합계에 대해, 100 질량％ 이하인 것이 바람직하다.
M 치환 ε-Fe2O3 자성 결정에 부착된 실리카의 일부 또는 대부분은, 알칼리 용액에 침지하는 방법에 의해 제거할 수 있다. 실리카 부착량은 이와 같은 방법으로 임의의 양으로 조정 가능하다.
피복층 (13) 을 구성하는 재료에 있어서의 엡실론형 산화철의 함유량은, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 엡실론형 산화철의 함유량은, 전형적으로는, 전자파 흡수막을 구성하는 재료의 질량에 대해, 30 질량％ 이상이 바람직하고, 40 질량％ 이상이 보다 바람직하고, 60 질량％ 이상이 특히 바람직하고, 60 ∼ 91 질량％ 가 가장 바람직하다.
(비유전율 조정 방법)
엡실론형 산화철을 함유하는 피복층 (13) 은, 그 비유전율이 6.5 ∼ 65 이고, 10 ∼ 50 인 것이 바람직하고, 15 ∼ 30 인 것이 보다 바람직하다. 피복층 (13) 의 비유전율을 조정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 피복층 (13) 의 비유전율의 조정 방법으로는, 피복층 (13) 에 유전체의 분말을 함유시키고, 또한, 유전체의 분말의 함유량을 조정하는 방법을 들 수 있다.
유전체의 바람직한 예로는, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 티탄산칼슘, 티탄산마그네슘, 티탄산비스무트, 티탄산지르코늄, 티탄산아연, 및 이산화티탄을 들 수 있다. 피복층 (13) 은, 복수의 종류의 유전체의 분말을 조합하여 함유하고 있어도 된다.
피복층 (13) 의 비유전율의 조정에 사용되는 유전체의 분말의 입자경은, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 유전체의 분말의 평균 입자경은, 1 ∼ 100 ㎚ 가 바람직하고, 5 ∼ 50 ㎚ 인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 유전체의 분말의 평균 입자경은, 전자 현미경에 의해 관찰되는 유전체의 분말의 1 차 입자의 수평균 직경이다.
유전체의 분말을 사용하여 피복층 (13) 의 비유전율을 조정하는 경우, 피복층 (13) 의 비유전율이 소정의 범위 내인 한, 유전체의 분말의 사용량은 특별히 한정되지 않는다. 유전체의 분말의 사용량은, 전형적으로는, 피복층 (13) 을 구성하는 재료의 질량에 대해, 0 ∼ 20 질량％ 가 바람직하고, 5 ∼ 10 질량％ 가 보다 바람직하다.
또, 피복층 (13) 에 카본 나노 튜브를 함유시킴으로써, 피복층 (13) 의 비유전율을 조정할 수 있다. 전자파 흡수능이 우수한 고주파 안테나 소자 (1) 를 얻기 쉬운 점에서는, 카본 나노 튜브를 피복층 (13) 에 함유시키는 것이 바람직하다. 카본 나노 튜브는, 상기의 유전체의 분말과 병용해도 된다.
피복층 (13) 을 구성하는 재료에 대한 카본 나노 튜브의 배합량은, 피복층 (13) 의 비유전율이 상기의 소정의 범위 내인 한 특별히 한정되지 않는다. 단, 카본 나노 튜브는 도전성 재료이기도 하기 때문에, 카본 나노 튜브의 사용량이 과다하면, 피복층 (13) 에 의해 초래되는 전자파 흡수 특성이 저해되는 경우가 있다.
카본 나노 튜브의 사용량은, 전형적으로는, 피복층 (13) 을 구성하는 재료의 질량에 대해, 0 ∼ 20 질량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 10 질량％ 가 보다 바람직하다.
(비투자율 조정 방법)
피복층 (13) 의 비투자율은 특별히 한정되지 않지만, 1.0 ∼ 1.5 인 것이 바람직하다. 피복층 (13) 의 비투자율을 조정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 피복층 (13) 의 비투자율의 조정 방법으로는, 상기 서술한 바와 같이, 엡실론형 산화철에 있어서의 치환 원소 M 에 의한 치환량을 조정하는 방법이나, 피복층 (13) 에 있어서의 엡실론형 산화철의 함유량을 조정하는 방법을 들 수 있다.
(폴리머)
엡실론형 산화철 등을 피복층 (13) 중에 균일하게 분산시킴과 함께, 막두께가 균일한 피복층 (13) 의 형성을 용이하게 하기 위하여, 피복층 (13) 은 폴리머를 함유하고 있어도 된다. 피복층 (13) 이 폴리머를 함유하는 경우, 폴리머로 이루어지는 매트릭스 중에, 엡실론형 산화철 등의 성분을 용이하게 분산시킬 수 있다. 또, 피복층 (13) 이 후술하는 막 형성용 페이스트를 사용하여 형성되는 경우, 막형성용 페이스트가 폴리머를 함유함으로써, 막형성용 페이스트의 제막성이 향상된다.
폴리머의 종류는, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 것으로서, 피복층 (13) 의 제막이 가능한 것이면 특별히 한정되지 않는다. 폴리머는, 엘라스토머나 고무와 같은 탄성 재료여도 된다. 또, 폴리머는, 열가소성 수지여도 되고 경화성 수지여도 된다. 폴리머가 경화성 수지인 경우, 경화성 수지는, 광경화성 수지여도 되고 열경화성 수지여도 된다.
폴리머가 열가소성 수지인 경우의 바람직한 예로는, 폴리아세탈 수지, 폴리아미드 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리에스테르 수지 (폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트 등), FR-AS 수지, FR-ABS 수지, AS 수지, ABS 수지, 폴리페닐렌옥사이드 수지, 폴리페닐렌술파이드 수지, 폴리술폰 수지, 폴리에테르술폰 수지, 폴리에테르에테르케톤 수지, 불소계 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드이미드 수지, 폴리아미드비스말레이미드 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리벤조옥사졸 수지, 폴리벤조티아졸 수지, 폴리벤조이미다졸 수지, BT 수지, 폴리메틸펜텐, 초고분자량 폴리에틸렌, FR-폴리프로필렌, 셀룰로오스 수지, (메트)아크릴 수지 (폴리메틸메타크릴레이트 등), 및 폴리스티렌 등을 들 수 있다.
폴리머가 열경화성 수지인 경우의 바람직한 예로는, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 및 알키드 수지 등을 들 수 있다. 광경화성 수지로는, 여러 가지의 비닐 모노머나, 여러 가지의 (메트)아크릴산에스테르 등의 불포화 결합을 갖는 단량체를 광경화시킨 수지를 사용할 수 있다.
폴리머가 탄성 재료인 경우의 바람직한 예로는, 올레핀계 엘라스토머, 스티렌계 엘라스토머, 폴리아미드계 엘라스토머, 폴리에스테르계 엘라스토머, 및 폴리우레탄계 엘라스토머 등을 들 수 있다.
후술하는 막 형성용 페이스트를 사용하여 피복층 (13) 을 형성하는 경우, 막형성용 페이스트가 분산매와 폴리머를 함유하고 있어도 된다. 이 경우, 페이스트의 도포성 면과, 폴리머 중에 엡실론형 산화철 등을 균일하게 분산시키기 쉬운 점에서, 폴리머가 분산매에 대해 가용인 것이 바람직하다.
피복층 (13) 을 구성하는 재료가 폴리머를 함유하는 경우, 폴리머의 함유량은, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 폴리머의 함유량은, 전형적으로는, 피복층 (13) 을 구성하는 재료의 질량에 대해, 5 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 10 ∼ 25 질량％ 가 보다 바람직하다.
(분산제)
엡실론형 산화철이나, 비유전율 및 비투자율을 조정하기 위하여 첨가되는 물질을 막 중에서 양호하게 분산시킬 목적으로, 피복층 (13) 은 분산제를 함유하고 있어도 된다. 피복층 (13) 을 구성하는 재료에 분산제를 배합하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 분산제는, 엡실론형 산화철이나 폴리머와 함께 균일하게 혼합되어도 된다. 피복층 (13) 을 구성하는 재료가 폴리머를 함유하는 경우, 분산제는 폴리머 중에 배합되어도 된다. 또, 분산제에 의해 미리 처리된, 엡실론형 산화철이나, 비유전율 및 비투자율을 조정하기 위하여 첨가되는 물질을, 피복층 (13) 을 구성하는 재료에 배합해도 된다.
분산제의 종류는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 종래부터 여러 가지의 무기 미립자나 유기 미립자의 분산 용도로 사용되고 있는 여러 가지 분산제 중에서 분산제를 선택할 수 있다.
분산제의 바람직한 예로는, 실란 커플링제, 티타네이트 커플링제, 지르코네이트 커플링제, 및 알루미네이트 커플링제 등을 들 수 있다.
분산제의 함유량은, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 특별히 한정되지 않는다. 분산제의 함유량은, 피복층 (13) 을 구성하는 재료의 질량에 대해, 0.1 ∼ 30 질량％ 가 바람직하고, 1 ∼ 15 질량％ 가 보다 바람직하고, 1 ∼ 10 질량％ 가 특히 바람직하다.
(그 밖의 성분)
엡실론형 산화철을 함유하는 피복층 (13) 을 구성하는 재료는, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서, 상기의 성분 이외의 여러 가지의 첨가제를 함유하고 있어도 된다. 피복층 (13) 을 구성하는 재료가 함유할 수 있는 첨가제로는, 착색제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 난연제, 난연 보조제, 가소제, 및 계면 활성제 등을 들 수 있다. 이들의 첨가제는, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서, 그것들이 종래 사용되는 양을 감안하여 사용된다.
기재 (10) 와, 유전체층 (11) 과, 수신 안테나부 (12) 와, 피복층 (13) 을, 이상 설명한 바와 같이 조합함으로써, 고주파 안테나 소자 (1) 가 형성된다.
(막형성용 페이스트)
피복층 (13) 은, 엡실론형 산화철을 함유하는 막형성용 페이스트를, 유전체층 (11) 및 수신 안테나부 (12) 의 표면에 도포하여 형성되는 것이 바람직하다.
막형성용 페이스트는, 피복층 (13) 에 대해 상기 서술한 엡실론형 산화철을 함유한다. 막형성용 페이스트는, 피복층 (13) 에 대해 상기 서술한, 비유전율이나 비투자율의 조정을 위하여 첨가되는 물질이나, 폴리머 및 그 밖의 성분 등을 함유하고 있어도 된다. 또한, 폴리머가 경화성 수지인 경우, 막형성용 페이스트는, 경화성 수지의 전구체인 화합물을 함유한다. 이 경우, 막형성용 페이스트는, 경화제, 경화 촉진제, 및 중합 개시제 등을 필요에 따라 함유한다.
막형성용 페이스트에서는, 당해 페이스트를 사용하여 형성되는 엡실론형 산화철을 함유하는 피복층 (13) 의 비유전율이, 상기 서술한 소정의 범위 내의 값이 되도록, 그 조성이 결정된다.
막형성용 페이스트는, 통상적으로 분산매를 함유한다. 그러나, 막형성용 페이스트가, 액상의 에폭시 화합물과 같은 액상의 경화성 수지의 전구체를 함유하는 경우, 반드시 분산매가 필요한 것은 아니다.
분산매로는, 물, 유기 용제, 및 유기 용제의 수용액을 사용할 수 있다. 분산매로는, 유기 성분을 용해시키기 쉬운 점이나, 증발 잠열이 낮고 건조에 의한 제거가 용이한 점 등에서 유기 용제가 바람직하다.
분산매로서 사용되는 유기 용제의 바람직한 예로는, 디에틸케톤, 메틸부틸케톤, 디프로필케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류 ; n-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 시클로헥사놀, 디아세톤알코올 등의 알코올류 ; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르계 알코올류 ; 아세트산-n-부틸, 아세트산아밀 등의 포화 지방족 모노카르복실산알킬에스테르류 ; 락트산에틸, 락트산-n-부틸 등의 락트산에스테르류 ; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 2-메톡시부틸아세테이트, 3-메톡시부틸아세테이트, 4-메톡시부틸아세테이트, 2-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 3-에틸-3-메톡시부틸아세테이트, 2-에톡시부틸아세테이트, 4-에톡시부틸아세테이트, 4-프로폭시부틸아세테이트, 2-메톡시펜틸아세테이트 등의 에테르계 에스테르류 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 또는 2 종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
막형성용 페이스트의 고형분 농도는, 막형성용 페이스트를 도포하는 방법이나, 전자파 흡수막의 막두께에 따라 적절히 조정된다. 전형적으로는 막형성용 페이스트의 고형분 농도는, 3 ∼ 60 질량％ 가 바람직하고, 10 ∼ 50 질량％ 가 보다 바람직하다. 또한, 페이스트의 고형분 농도는, 분산매에 용해되어 있지 않은 성분의 질량과, 분산매에 용해되어 있는 성분의 질량의 합계를 고형분의 질량으로 하여 산출되는 것이다.
≪고주파 안테나 모듈≫
고주파 안테나 모듈은, 이상 설명한 고주파 안테나 소자를 구비하는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 고주파 안테나 모듈은, 증폭기, 필터, 신호 처리부, 전원부, 송신 안테나부, 접속 단자 등의 일반적으로 사용되는 안테나 모듈에 탑재될 수 있는 여러 가지의 부재를 구비한다.
이들의 부재는, 주지 관용의 안테나 모듈의 설계에 따라, 안테나 모듈 내에 배치·접속된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 나타내고, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
금속 기판 상에, 두께 127 ㎛ 의 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 유전체층으로서 구비하고, 유전체층 상에 두께 125 ㎛ 의 피복층을 구비하는 적층체를 형성하였다.
피복층은, 수지, 분산제, 엡실론형 산화철, 및 카본 나노 튜브 (CNT) 를 이하의 조성이 되도록, 테르피네올 중에 첨가하고, 각 성분을 균일하게 용해 또는 분산시켜 얻은 막형성용 페이스트를 유전체층 상에 도포한 후, 용제를 제거하여 얻었다. 또한, 막형성용 페이스트의 고형분 농도는 40 질량％ 로 조정하였다.
＜피복층 조성＞
수지 (셀룰로오스(메틸셀룰로오스)) : 11.5 질량％
분산제 (디(이소프로필옥시)디(이소스테아로일옥시)티탄과, 비닐트리메톡시실란의 질량비 1 : 1 의 혼합물) : 7.6 질량％
ε-GaxFe2 - xO3 (x
Figure 112017030366459-pat00001
0.45) (평균 입자경 20 ∼ 30 ㎚) : 77.9 질량％
다층 카본 나노 튜브 (장경 150 ㎚) : 3.0 질량％
상기의 피복층의 조성에 대해, 전자파를 입사했을 때에 피복층 표면으로부터 반사되는 전자파의 감쇠량을, 전송 이론을 사용하여 계산하였다.
하기의 식에 의해 유전체층에 있어서의 입력 임피던스를 계산하였다.
[수학식 1]
Figure 112017030366459-pat00002
여기서, j 는 허수 단위, f 는 주파수, d (유전체) 는 유전체층의 두께 (＝ 127 ㎛), c 는 광속이다. 폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 비유전율 (εr (유전체)) 은 알려져 있는 값을 사용하였다. 또, 비자성체이므로, 비투자율에 대해서는 μr (유전체) ＝ 1 로 하였다.
또한 피복층에 있어서의 입력 임피던스를 하기의 식에 의해 계산하였다.
[수학식 2]
Figure 112017030366459-pat00003
d (피복층) 는 피복층의 두께 (＝ 125 ㎛) 이다. 피복층의 비유전율 (εr (피복층)) 및 비투자율 (μr (유전체)) 은, 벡터 네트워크 애널라이저를 사용한 자유 공간법에 의해 측정한 구성 성분의 비유전율 및 비투자율로부터 구한 값을 사용하였다.
반사 감쇠량 (RL) 은 다음의 식을 사용하여 계산하였다.
[수학식 3]
Figure 112017030366459-pat00004
도 5 에 계산의 결과 얻어진 반사 감쇠량의 주파수 의존성을 나타낸다. －10 ㏈ 을 초과하는 높은 반사 감쇠량을 달성할 수 있는 것이 분명해졌다.
[실시예 2]
금속 기판 상에, 두께 127 ㎛ 의 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 유전체층으로서 구비하고, 유전체층 상에 두께 97 ㎛ 의 피복층을 구비하는 적층체를 형성하였다.
피복층은, 수지, 분산제, 엡실론형 산화철, 및 카본 나노 튜브 (CNT) 를 이하의 조성이 되도록, 테르피네올 중에 첨가하고, 각 성분을 균일하게 용해 또는 분산시켜 얻은 막형성용 페이스트를 유전체층 상에 도포한 후, 용제를 제거하여 얻었다. 또한, 막형성용 페이스트의 고형분 농도는 40 질량％ 로 조정하였다.
＜피복층 조성＞
수지 (셀룰로오스(메틸셀룰로오스)) : 11.5 질량％
분산제 (디(이소프로필옥시)디(이소스테아로일옥시)티탄과, 비닐트리메톡시실란의 질량비 1 : 1 의 혼합물) : 5.9 질량％
ε-GaxFe2 - xO3 (x
Figure 112017030366459-pat00005
0.45) (평균 입자경 20 ∼ 30 ㎚) : 77.9 질량％
다층 카본 나노 튜브 (장경 150 ㎚) : 4.7 질량％
상기의 피복층의 조성에 대해, 전자파를 입사했을 때에 피복층 표면으로부터 반사되는 전자파의 감쇠량을, 실시예 2 와 마찬가지로 계산하였다.
폴리테트라플루오로에틸렌 수지의 비유전율이나, 피복층의 비유전율 및 비투자율은, 벡터 네트워크 애널라이저를 사용한 자유 공간법에 의해 측정한 구성 성분의 비유전율 및 비투자율로부터 구한 값을 사용하였다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, －10 ㏈ 을 초과하는 높은 반사 감쇠량을 달성할 수 있는 것이 분명해졌다.
1 : 고주파 안테나 소자
10 : 기재
11 : 유전체층
12 : 수신 안테나부
13 : 피복층

Claims (6)

  1. 기재와, 유전체층과, 수신 안테나부와, 피복층을 포함하는 고주파 안테나 소자로서,
    상기 유전체층이 상기 기재 상에 적층되어 있고,
    상기 수신 안테나부가, 상기 유전체층 상에 재치되어 있고,
    상기 피복층이, 상기 유전체층 상의 상기 수신 안테나부가 재치되어 있지 않은 표면을 상기 수신 안테나부의 측면 전체면에 접하면서 피복하고, 또한 상기 수신 안테나부의 상면의 적어도 일부를 피복하고 있고,
    상기 피복층이, 상기 고주파 안테나 소자에 전자파 흡수 특성을 부여하는 것이 가능한 막인, 고주파 안테나 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    피복층이, 상기 수신 안테나부의 상기 상면 전체면을 피복하는, 고주파 안테나 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복층이 엡실론형 산화철을 함유하고,
    상기 엡실론형 산화철이 ε-Fe2O3 결정, 및 결정과 공간군이 ε-Fe2O3 과 동일하고, ε-Fe2O3 결정의 Fe 사이트의 일부가 Fe 이외의 원소 M 으로 치환된 것으로서, 식 ε-MxFe2-xO3 으로 나타내고, 상기 x 가 0 이상 2 미만인 결정에서 선택되는 1 종 이상이고,
    상기 피복층의 비유전율이 6.5 ∼ 65 인, 고주파 안테나 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복층이 카본 나노 튜브를 함유하는, 고주파 안테나 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 고주파 안테나 소자를 구비하는, 고주파 안테나 모듈.
  6. 삭제
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