ADAS車載ミリ波レーダー向け樹脂材料

導波管スロットアレーアンテナは、通常、金属製の導波管に多数のスロットアンテナ素子を設けアレーアンテナとして動作させる構造のミリ波帯アンテナで、近年、その性能の高さからADAS等への適用が検討されています。

旭化成と東京工業大学工学院 廣川研究室は、金属メッキしたザイロン™XP650(AA105-52)で導波管を形成し、導波管スロットアレーアンテナの重量と製造コストを抑える試みに取り組んでいます。

ザイロン™XP650(AA105-52)およびザイロン™ DG040は高耐熱性に加え、幅広い温度帯で安定した低線膨張係数を実現しており、導波管スロットアレーアンテナのような精密性が求められる金属部品の樹脂化に適したグレードです。

また、ザイロン™はめっき性に優れており、下図の評価結果の通り、ポリカーボネートやポリプロピレンといった他材料と比べて、銅との密着性が良好です。

一般的に難めっき材と言われているPPSと比べて、ザイロン™のめっき工程は加工費用が安く抑えられる為、製品のコストメリットに繋がります。

ミリ波レーダーの筐体（レドーム）には、軽量で耐候性が高く、電波透過性にも優れた樹脂材料が求められます。特に、ミリ波のような高周波帯域では、レドームによる電波の減衰を抑えることが重要です。そこで、部品を構成する素材の比誘電率（Dk）・誘電正接（Df）がポイントになります。

旭化成の変性PPE樹脂ザイロン™の母材であるPPEは、低誘電率、低誘電正接という特徴を備えることから、情報通信分野での適用に適しています。

またPPEは、高いガラス転移温度を有しており、他の高耐熱性樹脂に比べて誘電特性の温度依存性が小さい点も特徴です。これは、さまざまな温度環境を想定される中で安定した通信品質を確保する上で、重要な利点です。

特にザイロン™ 開発材「AA181-16」は、耐加水分解性と高衝撃性に優れ、難燃性（UL94 V-0）と低誘電特性を両立しています。

これまで、レドームの材料にはポリカーボネート (PC) 、ポリブチレンテレフタレート (PBT) 、ポリフェニレンサルファイド (PPS) などが使用されてきましたが、誘電特性の観点では十分ではありません。特にPBT, PPSといった結晶性樹脂ではガラス転移温度 (Tg) を境に樹脂の特性が変化してしまうため、高温環境における誘電特性には注意が必要です。

旭化成のザイロン™ 開発材「AA181-16」をレドームに採用することで、その課題解消が期待できます。

降雪時に、ミリ波レーダーのレドームに雪が付着することで、検知能力が低下する問題があります。この問題を解決するために、現在ではレドームにヒーターを配置して雪を溶かす技術が実用化されています。

旭化成は、ミリ波レーダーレドーム背面に、変性PPE樹脂を発泡させた素材である「サンフォース®」を配置する構造を提案します。サンフォース®の高い断熱性と低誘電特性により、ミリ波帯電磁波の減衰量を抑えながらヒーターで発生した熱を効果的に利用できるようになります。

下図の通り、厚み3mm、発泡倍率10倍のサンフォース®を使用すると、ミリ波レーダーレドームを加温するためのヒーター消費電力を削減できることが示されています。