KR100642667B1 - 동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를포함하는 초점맞춤 장치와 이러한 렌즈를 제조하기 위한방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동질의 부피(homogeneous volume)의 유전체를 포함하는 루네베르크(Luneberg) 렌즈를 포함하는 초점맞춤 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는, 상기 유전체가 열가소성 과립(thermoplastic granule)들의 동질의 과립 크기 분포에 의해 한정되는 과립 응집체(granular agglomerate)를 포함하며, 적어도 복수의 이러한 과립들은 상기 부피가 강화되게(consolidate) 하기 위해서 과립의 경계들에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 비정지(nongeostationary) 위성을 추적하고, 적어도 하나의 정지 위성을 추적하며, 또는 MMDS 시스템에서 사용하기 위한 렌즈들에 응용된다.

Description

동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를 포함하는 초점맞춤 장치와 이러한 렌즈를 제조하기 위한 방법{FOCUSING DEVICE COMPRISING A LUNEBERG LENS INCLUDING A HOMOGENEOUS VOLUME OF DIELECTRIC MATERIAL AND METHOD FOR MAKING SUCH A LENS}

본 발명은 루네베르크(Luneberg) 렌즈를 포함하는 초점맞춤 장치와, 이러한 렌즈의 제조 방법에 관한 것이다. 좀더 상세하게, 본 발명은 동질의 부피(homogeneous volume)의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를 포함하는 초점맞춤 장치에 관한 것이다.

본 출원인의 이름으로 1998년 4월 23일에 출원된 프랑스 특허 출원 제 98/05111 호 및 제 98/05112 호로부터, 특히 비정지(nongeostationary) 위성을 추적하기 위해 위성-신호 수신기에 루네베르크 렌즈를 사용하는 것이 알려져 있다.

이론상, 렌즈는 루네베르크 렌즈의 굴절률이 변동(refractive index variation)하는 특성에 대한 이상적인 모델에 접근할 만큼 충분히 많은(high) 정해진 개수의 유전체 레이어(layer)들로 구성되어야 한다. 그러므로, 레이어에 관련된 굴절률(n)과, 이것에 대응하는 상대 유전 상수(E)(즉, 유전율)는 방정식, n = E^1/2의 관계를 갖는다. 그러나, 레이어의 개수를 증가시키는 것은, 실제로는 대량 생산 방법과 양립할 수 없는 엄격한 제조 공차로 인해 제한된다. 전형적으로 Ku 밴드(band)에서 송신하기 위해 40cm 미만의 직경을 갖는 작은 크기의 렌즈의 경우, 이러한 문제에 대한 한가지 해결책은 동질의 유전체의 단일 레이어를 갖는 렌즈를 선택하는 것이다.

그러므로, 렌즈의 전체 크기를 감소시키기 위해서는, 밀도를 증가시키는 것이 필요하며, 이것은 렌즈의 무게를 증가시키는 불리한 결과를 야기한다. 그러므로, 반드시 렌즈의 크기와 렌즈의 무게 사이에 절충점이 있어야 한다. 이러한 부피와 무게의 제약은 명확하게 한정된 밀도 범위를 유전체에 부과한다. 예컨대, 직경이 35 cm인 렌즈의 경우, 허용된 밀도는 전형적으로 0.3 g/cm³에서 0.8 g/cm³사이이다.

종래의 기술로부터, 유전체의 밀도를 증가시키며, 이것의 밀도를 원하는 밀도 범위로 변경시키기 위해서 예컨대 고밀도의 과립(granule), 세라믹 또는 금속 과립으로 채워진 팽창된 폴리스티렌을 포함하는 화합물을 유전체로서 사용하는 것이 알려져 있다.

그러나, 이러한 유형의 화합물은 화합물의 과립들에 대한 완벽한 동질성을 허용하지 않으며, 그러므로 렌즈의 부피 내에서 동질의 밀도를 보장하지 않는다. 게다가, 얻어진 화합물은 비싸다.

본 발명의 목적은 이러한 결점을 해결하는 것이다.

이를 위해서, 본 발명의 요지는, 동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를 포함하는 초점맞춤 장치로서, 상기 유전체는 열가소성 과립의 동질의 과립 크기 분포에 의해 한정되는 과립 응집체(granular agglomerate)를 포함하며, 적어도 복수의 이러한 과립들은 상기 부피를 강화시키기(consolidate) 위해서 과립의 경계들에 의해서 서로 결합되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치이다.

따라서, 과립들은, 과립들 각각이 적어도 하나의 다른 과립과 접촉하게 되는 방식으로 서로에 대해서 놓이게 되므로, 고체 과립의 경계들의 존재는 여러 과립들 사이에 바인더(binder)의 기능을 수행하며, 과립들의 소형의(compact) 조립체를 생성하는 것을 가능케 한다.

일 실시예에 따라서, 상기 복수의 과립은 상기 동질의 부피의 외측 레이어 내에 적어도 포함되며, 상기 외측 레이어는 사전에 결정된 깊이만큼, 바람직하게는 대략 수신된 및/또는 송신된 반파장(half-wavelength)의 복수배 만큼 상기 부피의 내부 쪽으로 확장된 부피의 외측 표면에 관련된다. 따라서, 외측 레이어는 물질의 과립들이 외측 레이어 내에서 압력을 받도록 유지하는데 기여한다. 게다가, 수신된 및/또는 송신된 반파장의 배수로 한정되는 외측 레이어의 두께는, 전자기적인 관점으로부터 렌즈의 외부와의 신호의 교환을 최적화하며, 동시에 상기 렌즈가 레이돔(radome)으로 동작하게 한다.

바람직하게, 상기 복수의 과립은 상기 부피 내에서 균일하게 분포된다. 따라 서, 전체 부피에 걸쳐서 밀도의 동질성을 확보하는 것이 가능하다.

유리하게, 유전율(

)을 갖는 열가소성 과립으로 구성된 물질인 렌즈의 유전율(

)은, 상기 부피의 전체 부피에 대한 상기 과립들이 실제로 점유하는 부피의 비율을 의미하는 채움(fill) 계수(F)에 대해서 방정식,

과 같은 관계를 갖는다.

프랑스 특허 출원 제 98/05111 호 및 제 98/05112 호는, 특히 렌즈의 초점면 근처의 주(primary) 소스들을 기술한다. 일 실시예에 따라서, 렌즈의 초점 거리는 렌즈의 굴절률(n)과, 렌즈의 복사 패턴의 개구(aperture)를 통해 수용되는 상의 변동에 의존하며, 상기 렌즈의 굴절률은

으로 주어진다.

렌즈의 반경이 증가되게 하며, 그에 따라 렌즈의 복사 패턴의 개구를 통한 상의 변동을 증가시키지 않으면서 렌즈의 초점 거리를 감소시키기 위해서, 적어도 하나의 추가적인 레이어는 상기 동질의 부피의 유전체를 커버하며, 상기 추가적인 레이어는 또한 상기 부피의 과립들의 물질과는 다르며, 상기 부피의 밀도보다 더 작은 밀도를 갖는 물질인 열가소성 과립의 응집체를 포함한다. 이와 같이, 렌즈 외부로부터 렌즈 내부로 향하면서 굴절률들에 대한 단계적 변화(gradation)를 생성함으로써, 루네베르크 렌즈의 이상적인 모델에 접근하는 것이 가능하다.

일 실시예에 따라서, 상기 부피의 과립들은 폴리스티렌으로 구성된다. 따라서, 렌즈의 밀도는 원하는 밀도의 범위 내에 있다.

일 실시예에 따라서, 제 2 레이어의 과립들은 폴리프로필렌으로 구성된다.

게다가, 열가소성 물질을 변화시키기 위한 방법{사출성형, 열성형, 회전성형(rotomolding) 및 압축성형}은 부품이 대략 15 mm보다 큰 두께로 생산되게 하지는 않는다. 더나아가, 이러한 방법은 부품 내의 밀도의 변동을 수반하며, 물질의 수축 현상(the phenomenon of material shrinkage)으로 인해 변형 및 기하학적인 변동들이 부품 내에서 나타나게 된다. 이러한 문제들은, 특히 위에서 기술되며 상기 방법에 따라서 구현되는 렌즈의 적절한 동작을 방해할 것이다.

본 발명의 목적은 또한 이러한 결점을 해결하는 것이며, 좀더 상세하게는 동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이를 위해서, 본 발명의 요지는, 동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 부피를 형성하는 단계를 포함하는 루네베르크 렌즈 제조 방법이며, 이러한 제조 방법은, 상기 부피가 열가소성 과립의 동질의 과립 크기 분포에 의해 한정되는 과립 응집체를 포함하는 것을 특징으로 하며,

- 상기 부피의 적어도 하나의 외측 레이어의 온도를, 상기 물질의 연화(softening) 온도와 물질의 용융점 사이의 전이(transition) 온도까지 상승시키기 위해서 부피를 가열하는 단계로서, 상기 외측 레이어는 사전에 결정된 깊이까지 상기 부피로 확장된 상기 부피의 외측 레이어를 나타내며, 상기 전이 온도는 상기 깊이에 걸쳐 상기 외측 레이어의 적어도 일부분이 점성이 있는 상(viscous phase)으로 되는 상의 변경에 의해 한정되는, 가열 단계와;

- 상기 외측 레이어를 단단하게 하기 위해서 상기 외측 레이어를 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상기 단단하게된 외측 레이어는 상기 레이어 내의 물질이 압력 아래에서 유지되게 한다. 열가소성 물질을 완전히 용융시키지 않는다는 사실은 이 열가소성 물질의 초기의 밀도가 유지되게 한다. 더나아가, 열가소성 물질을 사용하는 것은 비싸지 않다.

유리하게, 가열 단계동안에, 상기 부피의 외측 레이어의 과립들을 바인딩(binding)하는 점성인 과립의 경계들을 형성하기 위해서, 상기 부피의 상기 외측 레이어에 포함된 과립들의 외측 레이어를 적어도 용융시키기 위해서, 온도는 상승된다. 따라서, 서로 맞대어(against one another) 배열되며, 열린 구멍(open porosity)을 형성하는 공극들(voids)을 위한 공간을 남겨놓는 외측 레이어의 과립들은, 냉각시키는 동안에 상기 과립들을 캡슐화(encapsulating)하는 점성인 과립의 경계들을 응고시킴으로써 강화된다. 외측 레이어의 과립들을 완전히 용융시키지 않는다는 사실은 급속한 냉각을 위해 공기가 과립들 사이에 충분히 흐르게 하는 것을 가능케 한다. 이러한 강화 덕분에, 외측 레이어는 압력을 받는 부피의 과립들을 유지하는 셸(shell)로 변화된다.

일 실시예에 따라서, 외측 레이어의 두께는 대략 수신된 및/또는 송신된 반파장의 배수이다. 이러한 레이어는, 레이어가 포함하는 물질의 덩어리에 대해 충분한 압력을 유지시킬 수 있도록 하기 위해서 제 1 값보다 더 큰 두께를 가져야 한 다.

유리하게, 가열 단계는 전체 부피가 전이 온도에 도달할 때까지 수행되며, 전체 부피에 걸친 열의 확산은 모든 과립을 팽창시키는 기능을 한다. 이러한 과립들의 팽창은, 부피 내에서 과립들 사이에 압력을 생성하며, 이러한 압력은 과립들 사이의 결합이 강화되게 한다. 밀도의 동질성은 부피 전체에 걸쳐 제공된다.

일 실시예에 따라서, 가열은 대류(convection)에 의해서 수행된다. 예컨대, 가열은 뜨거운 공기를 유입시킴으로써 수행된다.

이러한 두께에 대한 제약을 충족시키기 위해서, 가열 시간은, 상기 부피의 적어도 외측 레이어에 있는 과립들의 외측 레이어가 용융되게 하기 위해서 제 1 온도 값보다 더 커야 하며, 위에서 설명된 부피의 동질성을 허용하기 위해서 제 2 온도 값보다 더 작아야 한다.

또 다른 실시예에 따라서, 가열은 복사파, 예컨대 초음파 복사파에 의해서 수행된다.

일 실시예에 따라서, 본 방법은 상기 부피를 형성하기 위한 성형 수단을 이용하며, 상기 성형 수단은 상기 성형 수단의 외측 표면 위에 균일하게 배열된 구멍들을 포함하며, 유입되는 공기의 방향(the blowing direction)에 대한 상기 성형 수단의 상대적인 회전 속도는 적어도 외측 레이어 내에서 온도의 동질성을 허용하기 위해서 주어진 속도보다 더 작다.

일 실시예에 따라서, 상기 성형 수단은 물질을 혼합하기 위해서 진동된다. 따라서, 더 양호한 동질성이 달성된다.

일 실시예에 따라서, 가열 온도와, 가열 및 냉각 시간은 사용되는 열가소성 물질과, 얻어지는 열가소성 물질의 부피에 따라서 조정된다.

일 실시예에 따라서, 본 방법은 압축 수단을 이용하며, 이러한 압축 수단의 압력은 부피내의 원하는 물질의 밀도에 의존한다.

일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 열가소성 시트가, 외부의 충격으로부터 보호하기 위해서 부피 주위에서 열성형된다.

일 실시예에 따라서, 상기 부피는, 동작시 10°내지 90°의 고도(elevation)에서와 360°의 방위각(azimuth)에서 시계(visibility)를 허용하도록 형성된다.

일 실시예에 따라서, 상기 부피는 구형(spherical)이다.

본 발명의 요지는 또한 동질의 부피의 유전체를 갖는 루네베르크 렌즈를 포함하는 신호 초점맞춤 장치이며, 이러한 초점맞춤 장치는 상기 렌즈가 본 발명에 따른 방법에 의해서 생산되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따라서, 상기 장치는, 이동 목표물, 특히 비정지 위성을 추적하며, 적어도 하나의 정지 위성과 데이터를 교환하며, 또는 다지점 다채널 분배 시스템(MMDS : Multipoint Multichannel Distribution System)과 같은 지점-대-다지점간 송신을 하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 특성 및 이점은, 비제한적인 예들에 의해 제공되는 본 발명의 변형들중 하나와 함께 첨부된 도면을 참조하여, 다음에 오는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 구현하기 위한 장치의 예시적인 예에 대한 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 이용하는 소형의 동질의 렌즈를 제조하기 위한 장치와, 상기 방법을 사용하여 얻어진 열가소성 과립으로 채워진 렌즈를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 렌즈의 변형을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 동질의 렌즈를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 렌즈의 변형을 도시한 도면.

설명을 간략화하기 위해서, 동일한 참조 번호가 동일한 기능을 수행하는 구성요소들을 표시하는데 사용될 것이다.

도 1은 소형의 동질의 구(2)를 제조하기 위한 장치(1)를 도시한다. 이것은, 램(ram)(3)의 수직 실린더(5)를 관통하는 수직 피스톤 봉(4)을 갖는 램(3)을 포함한다. 피스톤 봉(4)에 가해진 압력은 실린더(5)의 둘레(periphery)에서 만들어진 개구부(7)로부터 유입되는 과립(6)을 압축하는데 사용된다. 이러한 과립(6)은 호퍼(hopper)(9)의 저장통(8)에 축적되어 있다. 실린더(5)의 끝에 위치한 구 형태의 금형(mold)(성형 수단)(10)은, 실린더(5)를 따라서 개구부(7)로부터 중력을 받아 떨어진 과립(6)으로 채워진다. 공기식(pneumatic) 램(3)은, 금형을 채우는 단계의 마지막에서 금형(10) 내의 과립(6)을 가볍게 압축한다(compact).

80℃내지 250℃의 조정 가능한 온도 범위 내에서 조정되는 뜨거운 공기(11)가, 금속 금형(10)에 만들어진 다공(perforations), 즉 작은 구멍들(pores)(12)에 의해 과립(6) 덩어리를 통해 유입되며, 이들 금형(10)은 두 개의 분리 가능한 부분으로 구성된다.

구 형태인 금형의 크기는, 열을 받을 때 과립들이 겪게되는 팽창 현상을 고려하기 위해서 최종적으로 생산된 구의 크기보다 약간 더 커야한다. 유입되는 뜨거운 공기의 온도는 과립들의 외측 레이어를 연화하여, 그에 따라 도 2에 기술된 바와 같이 구(2)의 외측 레이어(13)에 있는 과립들의 외측 레이어를 연화시킨 다음에 점성의 상을 형성함으로서 과립의 경계를 생성하기에 충분해야 한다. 그러나, 뜨거운 공기를 위해 선택된 온도는, 큰 부피의 용융된 덩어리를 냉각함으로 인한 수축 및 변형의 문제들을 피하도록 외측 레이어의 과립들이 용융되는 것을 방지하기 위해 제한 온도보다 더 낮아야 한다. 과립들을 용융시키지 않는다는 사실은 과립들이 과립들의 초기의 밀도를 유지하게 하며, 급속한 냉각을 위해 과립들 사이에 충분한 공기가 흐르게 한다.

양호한 온도의 동질성을 보장하기 위해서, 금형은 대략 분당 10 내지 50 주기의 느린 속도로 회전하며, 이는 원심분리 현상(the centrifuging phenomenon)을 피하기 위해서 이다. 온도의 상승으로 인한 과립들의 열 팽창은 금형 내부의 압력을 생성하며, 이것은 서로 접촉하고 있는 과립의 부분들이 결합됨을 보장한다. 연화점보다 더 높은 온도가 과립의 외부 레이어를 용융시키기 위해서 필요하지만, 부피와 밀도의 동질성을 유지하기 위해서 과립들을 완전히 용융시키지 않도록 상대적으로 짧은 시간 동안에 필요하다. 온도 값 및 공기 유입 시간은 최종 결과를 달성하기 위한 핵심적인 파라미터들이며, 변화될 부피 및 열가소성 물질에 따라서 조정되어야 한다. 이러한 파라미터들은 완성된 구의 수축 정도를 또한 결정할 것이다.

하나의 특히 유리한 실시예에 따라서, 공기 유입 시간은, 뜨거운 공기가 렌즈(2)의 중심으로 정확히 흐르게 하기 위해서 일정한 온도에서 연장되며, 온도의 상승은 과립(6)을 팽창하게 하며, 이를 통해 결합(welding)이 발생하게 하는 금형(10) 내부의 압력을 생성한다.

다음으로, 뜨거운 공기를 완전히 용융되지 않은 과립 사이에 흐르는 냉각 공기로 교체함으로써 냉각이 수행된다. 이러한 냉각은 약간의 수축을 초래하며, 이것은 금형의 두 부분을 개봉(opening)함으로써 부품이 금형에서 떼어지게 한다(demold).

제조 장치(1)에 대한 조정 가능한 파라미터들은 다음과 같다:

- 6 bar까지 될 수 있는 공기식 램의 압력;

- 분당 1부터 50 주기 까지인 금형의 회전 속도;

- 80℃부터 250℃ 까지인 뜨거운 공기의 온도;

- 뜨거운 공기의 유입 시간 및 냉각 공기의 유입 시간.

이러한 방법은 무정형(amorphous) 물질들에 주로 응용 가능하며, 이는 이러한 물질들이 단계적으로 연화되기 때문임이 주의되어야 한다. 반결정질(semicrystalline) 물질의 경우, 급속한 용융은 너무나 좁은 변화 윈도우(too narrow a conversion window)를 초래한다.

도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진 구(2)의 변형을 기술한다. 야외 에서 사용되는 루네베르크 렌즈의 경우에, 이것은 악천후와 같은 외부의 충격으로부터 보호하는 레이어에 의해 보호되어야 한다.

이를 위해서, 십분의 수 mm에서 1mm에 이르는 두께를 가지며, 과립(6)과 동일한 속성을 가지는 열가소성 시트(sheet)(14)를 열성형하는 것이 가능하다. 이러한 열성형은 두 개의 동작으로 수행되며, 이들 각각은 반구(half-sphere)를 점유하는 것과, 그 다음에 분할선을 트리밍(trimming)하는 것이다.

도 3은 폴리스티렌 과립으로부터 만들어진 직경 350 mm인 동질의 렌즈(2)를 도시한다(폴리스티렌은 간략화하기 위해서 이후에는 PS로 지칭됨). PS의 주요한 특징은 아래의 표 1에서 상세하게 기술된다.

고체 PS의 유전율( )	2.54
손실 탄젠트(tan )	5 ×10-4
고체 PS의 밀도(d0)(g/cm3)	1.05
PS 과립의 밀도(d)(g/cm3)	0.57
PS 채움 계수(F = d/d0)	0.54
PS 과립의 유전율( )	1.68

이러한 특징을 갖는 렌즈에 대한 시뮬레이션(simulation)은 다음의 특징들을 유도한다:

- 12.8 kg의 질량;

- f = 1.8R(R은 렌즈의 반경)인 초점 거리(f), 즉 본 실시예에서 315 mm의 초점 거리;

- 주 조명 소스의 코사인 8승으로의 근사(an approximation of the primary illumination source as the cosine to the power 8).

초점면 주위에서 초점 영역을 결정하려고 하는 시뮬레이션은, 신호에 대한 임의의 주요한 저하가 존재하지 않도록 하기 위해서 주 소스들(미도시)이 초점면(f = 1.8R) 주위의 13 mm의 거리에 배치되어야 한다는 결론을 유도하였으며, 이러한 값은 폴리스티렌 렌즈의 경우와 대략 35°의 수용되는 상의 변동의 경우에 유효하다.

도 4는 도 3의 렌즈(2)와 추가적인 레이어(21)를 포함하는 두 개의 레이어를 갖는 렌즈를 도시한다. 렌즈(2)는 폴리스티렌 과립으로 이루어져 있는 반면, 렌즈(21)는 폴리프로필렌 과립으로 구성되어 있다. 위에서 한정되었던 렌즈(2)의 특징을 유지하면서, 이러한 렌즈(20)에 필요한 폴리프로필렌(이후에는 PP로 표시됨)으로 만들어진 추가적인 레이어(21)의 주요한 특징은 아래의 표 2에 상세하게 기술된다:

고체 PP의 유전율( )	2.3
손실 탄젠트(tan )	5 × 10-4
고체 PP의 밀도(d0)(g/cm3)	0.907
PP 과립의 밀도(d)(g/cm3)	0.5
PP 과립 채움 계수(F = d/d0)	0.55
PP 과립의 유전율( )	1.60

이러한 이중의 물질로 이루어진 렌즈(20)에 대한 시뮬레이션은 다음의 특성을 유도한다:

- 내부 렌즈(2)의 반경: R_i = 86 mm;

- 렌즈의 질량: m = 11.4 kg;

- 초점길이: f = 1.62R(R은 렌즈의 반경), 즉 284 mm의 초점 거리;

- 주 조명 소스의 코사인 6승으로의 근사(렌즈의 가장자리에서 -12.5 dB의 조명).

렌즈의 성능을 과도하게 저하시키지 않도록 하기 위해서, 특히 두 개의 레이어를 갖는 렌즈에 대한 본 발명의 경우, 시뮬레이션은, 위에서 한정된 특징에 따라서 레이어들 각각에서 최대한으로 허용되는 유전율의 변동치가 0.02임을 증명하였다, 즉 폴리스티렌 과립의 경우 1.68인 한정된 값에 대해 0.02의 변동치가 허용되며, 폴리프로필렌 과립의 경우 1.60의 값에 대해 앞의 경우와 동일한 변동치가 허용된다. 과립의 유전율은 다음의 방정식,

을 통해서 채움 계수(F)와 관련되며, 여기서

는 해당 가소성 물질 (plastic)의 유전율이며, F는 상기 가소성 물질의 채움 계수(fill factor)이다.

채움 계수에서의 대응하는 변동치는 앞의 방정식으로부터 유도된 다음의 방정식을 사용하여 계산될 것이다:

상기 방정식은 레이어 각각을 위한 채움 계수에 대한 다음의 변동치를 초래한다:

PS 과립의 경우,

;

PP 과립의 경우,

.

이와 같이, 렌즈(2) 경우에, 시뮬레이션은, 신호에 대한 어떠한 중요한 저하도 존재하지 않는 렌즈의 초점면 주위의 초점 영역을 결정하는 것을 가능케 하였다. 이러한 조건을 성취하기 위해서, 주 소스(미도시)는 초점면 주위의 ±12 mm(f = 1.6R)에 위치해야 할 것이다.

과립들을 가열할 때, 본 발명의 변형들중 하나에 따라서, 과립들의 밀도의 동질성을 달성하기 위해서 금형을 다른 방향으로 회전하는 것이 가능하다는 것을 주의하여야 한다.

본 발명의 또 다른 변형에 따라서, 과립들을 금형에 유입시킬 때, 이러한 과립들은, 동일한 밀도의 동질성을 갖는 객체(objective)를 달성하기 위해서 밀도의 변화도에 따라서 한정될 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 비정지(nongeostationary) 위성을 추적하고, 적어도 하나의 정지 위성을 추적하며, 또는 MMDS 시스템에서 사용하기 위한 렌즈들에 응용된다.

Claims (28)

1. 동질 부피의 유전체(homogeneous volume of dielectric)를 포함하는 루네베르크 렌즈(Luneberg lens)(2,20)를 포함하는 초점맞춤 장치(focusing device)로서,

   상기 유전체는 열가소성 과립(thermoplastic granule)(6)의 동질 과립 크기 분포에 의해 한정된 과립 응집체(granular agglomerate)를 포함하는, 초점맞춤 장치에 있어서,

   복수의 상기 과립(6)은, 상기 부피를 강화시키기 위해 상기 과립을 부분적으로 용융시켜 얻어진 과립 경계에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 과립은 적어도 상기 동질의 부피의 외측 레이어(outer layer) 내에 포함되며, 상기 외측 레이어는 상기 부피의 내부 쪽으로 사전에 결정된 깊이만큼 확장된 상기 부피의 외측 표면에 관련되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 깊이는 대략 수신된 및/또는 송신된 반파장(half-wavelength)의 배수인 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 과립은 상기 부피 내에서 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 유전율(

   

   )을 갖는 열가소성 과립으로 구성된 물질로 이루어진 상기 부피의 유전율(

   

   )은, 렌즈의 전체 부피에 대한 상기 과립들에 의해 실제로 점유되는 상기 부피의 비율을 나타내는 채움 계수(fill factor)(F)에 대해서 방정식,

   

   과 같이 관계되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈(2, 20)의 초점 거리는 상기 렌즈의 굴절률(n)과, 상기 렌즈의 복사 패턴의 개구(the aperture of the radiation pattern)를 통해 수용되는 상의 변동에 의존하며, 상기 렌즈의 굴절률은

   

   에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 추가적인 레이어(21)는 상기 동질의 부피의 유전체를 커버하며, 상기 추가적인 레이어는 상기 부피의 과립들의 물질과는 다르며, 상기 부피의 밀도보다 더 작은 밀도를 갖는 물질로 이루어진 열가소성 과립 응집체를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
8. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부피의 과립들은 폴리스티렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 레이어의 과립들은 폴리프로필렌으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 초점맞춤 장치.
10. 동질의 부피의 유전체를 포함하는 루네베르크 렌즈(2)를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 부피를 형성하는 단계를 포함하는, 상기 제조 방법으로서,

    상기 부피는 열가소성 과립(6)의 동질의 크기 분포에 의해 한정되는 과립 응집체를 포함하며,

    상기 제조 방법은,

    - 상기 부피의 적어도 하나의 외측 레이어의 온도를, 상기 물질의 연화(softening) 온도와 상기 물질의 용융점 사이의 전이(transition) 온도까지 상승시키기 위해서 상기 부피를 가열하는 단계로서, 상기 외측 레이어는 사전에 결정된 깊이까지 상기 부피로 확장된 상기 부피의 외측 레이어를 나타내며, 상기 전이 온도는 상기 깊이에 걸쳐 상기 외측 레이어의 적어도 일부분이 점성의 상이 되는 상의 변경에 의해 한정되는, 가열 단계와;

    - 상기 외측 레이어를 단단하게 하기 위해서 상기 외측 레이어를 냉각시키는 단계를,

    포함하는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 온도는, 상기 가열 단계 동안에, 상기 부피의 외측 레이어에 있는 과립들을 바인딩(binding)하는 점성의 과립 경계들을 형성할 목적으로, 상기 부피의 외측 레이어에 포함된 과립들의 외측 레이어를 적어도 용융시키도록, 상승되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
12. 제 10항 또는 제 11항에 있어서, 상기 외측 레이어의 두께는 대략 상기 수신된 및/또는 송신된 반파장의 배수인 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
13. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 단계는 상기 전체 부피가 상기 전이 온도에 도달할 때까지 수행되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
14. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열은 대류(convection)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
15. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 시간은, 상기 부피의 적어도 외측 레이어에 있는 상기 과립들의 외측 레이어가 용융되게 하기 위해서 제 1 온도 값보다 더 커야 하며, 상기 과립들이 완전히 용융되는 것을 방지하기 위해서 제 2 온도 값보다 더 작아야 하는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
16. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 부피를 형성하기 위한 성형 수단(10)을 이용하며, 상기 성형 수단은 상기 성형 수단의 외측 표면 위에 균일하게 배치되는 구멍(porosity)들(12)을 포함하며, 상기 공기의 유입 방향(the blowing direction)에 대한 상기 성형 수단의 상대적인 회전 속도는 상기 적어도 외측 레이어 내에서의 온도의 동질성을 허용하기 위해서 주어진 속도보다 더 작은 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 성형 수단(10)은 물질을 혼합하기 위해서 진동하는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
18. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 온도와, 가열 및 냉각 시간은, 사용된 열가소성 물질과, 열가소성 물질의 상기 부피에 따라서 조정되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
19. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 압축 수단을 이용하며, 상기 압축 수단의 압력은 상기 부피 내의 원하는 물질의 밀도에 의존하는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
20. 제 14항에 있어서, 상기 가열 시간은 일정한 온도에서 상기 전체 부피로 열을 전도시키기 위해서 연장되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
21. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 열가소성 시트(sheet)는 상기 부피 주위에서 열성형되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
22. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부피는, 동작시에 10°내지 90°의 고도(elevation)에서와 360°의 방위각(azimuth)에서 시계 (visibility)를 허용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
23. 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부피는 구형 (spherical)인 것을 특징으로 하는, 루네베르크 렌즈 제조 방법.
24. 동질의 부피의 유전체를 갖는 루네베르크 렌즈를 포함하는 신호 초점맞춤 장치로서,

    상기 렌즈는 제 10항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해서 생산되는 것을 특징으로 하는, 신호 초점맞춤 장치.
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