JPH02219304A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、合成樹脂製フィルムと導体箔との積層体を用
いて形成されたパターン回路より構成される、高効率の
平面アンテナに関するものである。

〔従来の技術〕

衛星放送、衛星通信などに使用されるマイクロ波領域の
平面アンテナとしては、微細パターンに対する加工の自
由度、軽量さならびにコストなどの観点から、最近合成
樹脂からつくられた誘電体フィルム上に、給電部や放射
部のパターン回路を形成させた形式のものが盛んに開発
されている。

第２図はこの種のアンテナの代表的な構成を示したもの
で、合成樹脂製フィルム（４）、（５）の一方の面にそ
れぞれ一例として示した第３図のような、給電回路パタ
ーン（１）、放射回路パターン（２）を形成し、２つの
回路パターン（１）と（２）の間に空間を保つために支
持体（６）を配置し、また、支持体（７）を介して給電
回路パターン（１）と対向する位置には、地導体（３）
が配置されている。これらの支持体（６）、（７）は、
通常回路パターンを保持する合成樹脂フィルム（４）、
（５）が空間的に平面性を維持できる最適な箇所に挿入
された絶縁物のスペーサーでもよいし、発泡シートなど
の誘電率の小さいシートでもかまわない。一般に第２回
に示す基本構造はサスペンデッド型トリプレート方式と
よばれている。

このような構造の平面アンテナの効率は、主に給電部に
於ける伝送損失に大きく依存し、この線路損失が小さい
程ロスも小さくアンテナとしての効率も向上することは
周知の事実である。一方、パターン回路用に使用する導
体箔が一定であれば、給電部の線路損失は殆んどパター
ン回路を保持するフィルムに寄因する誘電損失により支
配される。

したがってこのような基本構造をもつ平面アンテナの効
率向上には、給電部の誘電損失を極力低下させることが
必要である。第４図は従来の平面アンテナ用フレキシブ
ル印刷回路用基板の構成を示す断面図で、第５図はその
給電部の電気力線のパターンを示すが、電気力線（９）
が保持用の合成樹脂製フィルム（４）を貫く分だけフィ
ルム層の誘電損失が影響する。この影響をできるだけ小
さくするため、従来はできるだけ小さな誘電率、誘電正
接を有する合成樹脂フィルムを使用するか、できるだけ
フィルムの影響を取り除くため、可能を限りフィルムの
厚さを薄くする努力が試みられてきた。

このような観点から、これまで例えばポリエステル、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、あるいはこれらの変性な
いし共重合体（ＧＨｚ帯での誘電率約２．０、誘電損失
６０ないし８０Ｘ１０−’）などの合成樹脂材料が候補
材料として選ばれてきた。

しかし、これらはいずれも４０ないし５０μｍ以上の厚
さに於いては充分な腰の強さがあり、フィルムの平面性
も保たれているが、これ以下の厚さではフィルム自体も
腰がなくなるばかりか、回路パターン形成時に通常よく
用いられるエツチング処理に於いて、加工後のフィルム
の寸法変化が大きく、平面性に乏しくなるだけでなく、
この結果として得られるアンテナの周波数特性が、設計
から大きくずれることがあった。この現象はフィルムの
厚さが２０ないし３０μｍ程度となるとより顕著となる
。

このような事情により、従来フィルムの厚さについては
現実的にはせいぜい４０μｍまでの薄さが限界であり、
上述の合成樹脂フィルムを用いると、線路の誘電体損は
１．０　ｄＢ／　ｍ程度と大きく、アンテナの効率の向
上には限界があった。一般ニフィルムの厚さが薄くなる
と、それにともない線路の誘電体損も減少することから
、機械的強度を低下させることなくフィルムの厚さを２
０μｍ以下にした平面アンテナ用のフレキシブル印刷回
路用基板が望まれていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来のサスペンプント型トリプレート方式平
面アンテナのかかる状況に鑑みて、種々検討を重ねた結
果発明されたものであり、その目的とするところは、従
来もっばら誘電特性の観点からフィルム素材を選択して
いたのに対し、むしろ機械的強度や寸法安定性の観点か
ら選択されたフィルムを使用することにより、効率のよ
い平面アンテナを実現するにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、合成樹脂製フィルムに貼合せられた
導体箔をエツチング処理して形成された、放射部および
給電部のパターン回路より基本的に構成される平面アン
テナにおいて、少なくとも給電部に相当するパターン回
路を保持する前記フィルムは、厚さが４〜２０μｍ、引
張弾性率２００ｋｇ／ｍｍ２以上、曲げ弾性率３００　
ｋｇ　／　ｍｍ　２以上で、かつ接着剤を使用すること
なく直接パターン回路用導体箔に貼合せられており、エ
ツチング処理後の寸法変化率が０．２％以下であること
を特徴とする平面アンテナである。

本発明は線路損失のうち誘電損の低下をはかることを目
的とし、主に機械的、物理的性質の観点からフィルムと
しての合成樹脂材料を選択することによって、従来使用
されていたフィルムに比較して、大幅な誘電体損の低下
が実現できるとの知見に基づいてなされたものである。

本発明に於いて用いられるフィルムは、低誘電率、低誘
電損失の材料であることにこしたことはないが、従来候
補とされていた特性の範囲にとられれる必要はなく、Ｇ
Ｈｚ帯に於いて誘電率は４以下、誘電正接は５０ないし
２００Ｘ　１０−’の範囲であれば充分であって、むし
ろ本発明に於いては、薄くしてもなおフィルム自体の変
形やたるみがなく、この上に形成される回路パターンを
平面性よく保持できるだけの充分な腰の強さを有してい
ることが要件である。この要求を満足するため、フィル
ムの弾性率は２００ｋｇ／ｍｍ”以上、曲げ弾性率は３
００ｋｇ／ｍｍ２以上である合成樹脂素材であることが
必要である。弾性率や曲げ弾性率がこの値以下であると
、４０μｍ以下の厚さにした時にフィルム自体の剛性が
顕著に乏しくなることにより、給電回路パターンと地導
体ないし放射回路パターンとの空間的な平行度が低下す
るだけでなく、パターンを形成するための加工や組立て
の際の作業性が著しく低下するので好ましくない。

また、誘電体損はフィルムの厚さにほぼ比例して小さく
なるため、本発明に於いてもフィルムの厚さは薄い程好
ましく、２０μｍ以下であることがより望ましい。しか
し、あまり薄くなるとフィルムの作成が困難となり、ま
た十分な機械的強度が確保できなくなるため、４〜７μ
ｍが下限となる。従来用いられてきたフィルムでは、現
実的な厚さがせいぜい４０μｍ程度であり、このときの
誘電体損はたかだか１．０ｄＢ／ｍ程度であったのに対
し、フィルム厚さが２０μｍ以下としたときの本発明の
アンテナの給電部の誘電体損は０．２ないし０．４ｄＢ
／ｍと従来のものに比較して大幅な改善をはかることが
可能となる。

第２図に示すような基本構造の平面アンテナを構成する
回路パターン付フィルムは、通常まず銅や、アルミニウ
ムに代表される金属導体箔とフィルムをはり合わせたフ
レキシブル印刷回路用基板を作成し、ついでスクリーン
印刷法ないし写真感光法などの手法で回路パターンとな
る部分を保護したうえで、塩化第二鉄水溶液、リン酸水
溶液などでエンチングすることにより不必要な部分の金
属導体箔を除去し、所望のパターンを得るのであるが、
本発明に於けるフィルムはエツチング処理後の寸法変化
率が極めて小さいことが肝要であり、寸法変化率がこの
値より大きいと、特にフィルムを４０μｍ以下、さらに
は２ｏｌＩｍ以下にした時のエツチング後の変形が無視
できなくなり、平面性や周波数特性あるいは作業性に乏
しくなり好ましくない。

また、本発明において使用するフレキシブル印刷回路用
基板は、第１図に示したように、第４図に示した従来の
基板に比較して接着剤（８）の層を含まない分だけ、誘
電体損を小さくすることが出来る。本発明に於けるフレ
キシブル印刷回路用基板の合成樹脂材料が具備すべき要
件は以上のとおりであり、例えばアミック酸を経由した
線状ポリイミド樹脂などは好適な材料として挙げること
ができる。

なお、本発明に於いても、回路パターンの形成に使用す
る金属導体箔は、フィルムにかかる荷重の負担をできる
だけ避けるため、金属導体箔上への合成樹脂の貼合せ、
塗布、巻取りなどの工程に於ける作業性に支障をきたさ
ない範囲で、できるだけ薄いものを選択した方が望まし
いのはいうまでもない。

以下に、本発明を実施例をもとに具体的に説明する。

（実施例１） 精製した無水バラフェニレンジアミン５９．４ｇ（アミ
ン成分の５５％モル）を、固形分割合が１５重量％にな
るように無水Ｎ−メチル−２−ピロリドン９０重量％と
トルエン１０重量％ノ混合溶液で溶解し、ついで精製し
た無水３．３’、４゜少量ずつ添加した後、２０°Ｃで
５時間反応した。

さらに精製した無水４４′−ジアミノフェニルエーテル
９０．０ｇ　（アミン成分の４５モル％）、精製した無
水ピロメリット酸二無水物９６．１ｇ　（酸成分の４５
モル％）をこの順に撹拌添加した後、２０゛Ｃで５時間
反応させた。

このポリアミック酸溶液を、１８μｍ厚さの銅箔上に固
形分の厚さ２０μｍになるように流延塗布し、１００°
Ｃから３５０°Ｃまで２時間かけて昇温、加熱した。

このようにして得られたフレキシブル印刷回路用基板を
、４０°Ｃの塩化第二鉄水溶液でエツチングし、銅箔を
除去した後のフィルムの寸法変化率は０．１８％であっ
た。また、フィルムだけの引張弾性率は３００ｋｇ／ｍ
ｍ”　、曲げ弾性率は４００ｋｇ　／　ｍ＋ｎ　”で、
１２ＧＨｚに於ける誘電率は４．０、誘電正接は１７０
Ｘ　１０−’であった。

一方、このフレキシブル印刷回路用基板をパターン化し
、幅５ｍｍで１０ｍｍ間隔に並べられたプラスチック製
支持台の上に置いたところ、フレキシブル印刷回路は平
面性を失うことなく保持することができた。

さらにこのフレキシブル印刷回路用基板を用いて、幅１
．５　ｍｍの直線状線路をエツチングで形成し、銅箔−
厚さ２陶の発泡ポリエチレンシート−フレキシブル印刷
回路−厚さ２＋＋＋ｎ＋の発泡ポリエチレンシート−銅
箔をこの順に積層し、サスペンデッド型トリプレート方
式、特性インピーダンス１００Ωでの線路の誘電体損を
測定したところ、その値は０．４６ｄＢ／ｍであった。

次いで、本実施例のフレキシブル印刷用基板を用いてそ
れぞれ放射用フレキシブル印刷回路、給電用フレキシブ
ル印刷回路をエツチングにより作製し、接地用導体板の
上に、それぞれ２ｍｍずつの間隔をおいてこの順に積層
保持した。このようにして得られた平面アンテナの開口
効率は６１％であった。

（実施例２） 実施例１と同じ方法で、フィルムの厚さが８μｍのフレ
キシブル印刷回路用基板を得た。これをエツチングした
後のフィルムの寸法変化率は０．２％であり、フィルム
だけの引張弾性率３５０ｋｇ／ｍｍ２、曲げ弾性率は４
００ｋｇ　／　ｍｍ２であった。また、エツチングでパ
ターン化したフレキシブル印刷回路を、実施例１のプラ
スチック製支持台の上にのせても平面性は殆んど失うこ
となく保持できた。

フィルムの誘電率、誘電損失はそれぞれ４．０．１７０
Ｘ　１０−’と実施例１とかわりなかった。また、実施
例１と同じ方法で測定した線路の誘電体損は０．３０ｄ
Ｂ／ｍであり、アンテナ開口効率は６３％であった。

（実施例３） 精製した無水の４，４′−ジアミノフェニルエーテルと
、精製した無水のピロメリット酸二無水物を、その割合
が１：０．９７５モルになるように混合し、２０°Ｃで
５時間撹拌しながら反応させた。

このポリアミック酸溶液を用いて、実施例１と全く同じ
方法にてフレキシブル印刷回路用基板を得た。これをエ
ツチングした後のフィルムの寸法変化率は０．１７％で
あり、フィルムの引張弾性率は３２０ｋｇ　／　ｍｍ２
、曲げ弾性率は４２０ｋｇ　／　ｍｍ”であった。また
、エツチングでパターン化したフレキシブル印刷回路を
実施例１のプラスチック製支持台の上にのせても、平面
性を失うことなく保持できた。

フィルムの誘電率は３．８、誘電正接は２００×１０−
４であった。また、実施例１と同じ方法で測定した線路
の誘電体損は０．５５６Ｂ／ｍであり、アンテナとして
の開口効率は６０％であった。

（比較例１） 実施例１と同様にして、フィルム厚が３０μｍのフレキ
シブル印刷回路用基板を得た。これをエツチング処理し
た後のフィルムの寸法変化率は０．１６％であり、フィ
ルムだけの引張弾性率は３００ｋｇ／ｍｍ２、曲げ弾性
率は４００ｋｇ　／　ｍｍ２であった。

また、エツチングでパターン化したフレキシブル印刷回
路を、実施例１の支持台の上にのせても全く平面性を失
うことなく保持でき腰も強かった。

一方、フィルムの誘電率は３．５、誘電正接は１８０Ｘ
　１０−４と実施例１および２と同等な値を得たが、線
路の誘電体損は０．７５ｄＢ／ｍと大きく、アンテナの
開口効率も５５％と小さかった。

（比較例２） 引張弾性率３５０ｋｇ　／　ｍｍ”　、曲げ弾性率４０
０ｋｇ／ｍｍ”の厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタ
レートのフィルム上に、ボリヱステルウレタン含有のエ
チレングリコールテレフタレートヘースのポリエステル
系接着剤を厚さ３μｍで塗布し、銅箔を貼合せた。この
フレキシブル印刷回路用基板をエツチングしたところ、
フィルムの寸法変化率は１．０％となり、外観上も顕著
にしわが生じ、腰が弱かった。また、エツチングでパタ
ーン化したフレキシブル印刷回路を実施例１と同じ台の
上にのせても、枠の間でフィルムがたるみを生じて平面
的な形状を保持できず、アンテナ用のフレキシブル印刷
回路用基板として全く適さなかった。

（比較例３） 比較例２と同し方法で、厚さが４０μｍのポリエチレン
テレフタレートのシートを用いてフレキシブル印刷回路
用基板を得た。これをエンチングした後のフィルムの寸
法変化率は０．４％であり、外観上少ししわが生じた。

エツチングでパターン化したフレキシブル印刷回路を実
施例１の台の上にのせたところ、一応手面性を維持して
形状が保持された。しかし、フィルムの誘電率は３゜０
、誘電正接は５０Ｘ１０−’と比較的小さかったが、実
施例１と同し方法で測定した線路の誘電体損は１．１ｄ
Ｂ／ｍと大きく開口効率も５３％と小さかつた。

（発明の効果） このように本発明によれば、機械的ないし物理的特性に
すぐれたフィルムを選択することによりフィルムの厚さ
を極めて薄くすることができ、従来のものに比較して電
気特性そのものは限ずしも優れているとはいえないフィ
ルムでも誘電体損が小さく、効率の大きな平面アンテナ
を実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の平面アンテナ用のフレキシブル印刷回
路用基板の断面図、第２図は平面アンテナの代表的な構
成を示した図、第３図は平面アンテナ用のフレキシブル
印刷回路のパターンの一例を示した図で、（ａ）は放射
回路パターン、（ｂｌは給電回路パターンである。 第４図は従来の平面アンテナ用のフレキシブル印刷回路
用基板の断面図で、第５図は従来の平面アンテナ用のフ
レキシブル印刷回路用基板のうち、給電部に於ける電気
力線の分布をあられす図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）合成樹脂製フィルムに貼合せられた導体箔をエッ
   チング処理して形成された、放射部および給電部のパタ
   ーン回路より基本的に構成される平面アンテナにおいて
   、少なくとも給電部に相当するパターン回路を保持する
   前記フィルムは、厚さが４〜２０μｍ、引張弾性率２０
   ０ｋｇ／ｍｍ＾２以上、曲げ弾性率３００ｋｇ／ｍｍ＾
   ２以上で、かつ接着剤を使用することなく直接パターン
   回路用導体箔に貼合せられており、エッチング処理後の
   寸法変化率が０．２％以下であることを特徴とする平面
   アンテナ。