特許 7209716 第１および第２の誘電体部分を有する誘電体共振器アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-12

(45)【発行日】2023-01-20

(54)【発明の名称】第１および第２の誘電体部分を有する誘電体共振器アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/08 20060101AFI20230113BHJP

   H01P 5/08 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/08

H01P5/08 H

【請求項の数】 39

(21)【出願番号】P 2020529545

(86)(22)【出願日】2019-01-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-04-30

(86)【国際出願番号】 US2019013579

(87)【国際公開番号】W WO2019140421

(87)【国際公開日】2019-07-18

【審査請求日】2021-12-03

(31)【優先権主張番号】62/617,358

(32)【優先日】2018-01-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/633,256

(32)【優先日】2018-02-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/693,057

(32)【優先日】2018-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/246,880

(32)【優先日】2019-01-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/246,892

(32)【優先日】2019-01-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】16/246,886

(32)【優先日】2019-01-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】596024851

【氏名又は名称】ロジャーズ コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】ジョージ、ロシン ローズ

(72)【発明者】

【氏名】パンセ、クリスティ

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１７５６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２６４０１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００３５７１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｐ ５／００－ ５／２２

Ｈ０１Ｑ １５／００－ １９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電磁（ＥＭ）信号フィードを備える電磁デバイスであって、
前記第１のＥＭ信号フィードに隣接して配置された第２のＥＭ信号フィードと、
前記第１のＥＭ信号フィード上に配置された第１の長尺キャビティと、前記第２のＥＭ信号フィード上に配置された第２の長尺キャビティと、前記第１および第２のＥＭ信号フィードの間に配置される導電性隆起領域であって前記第１および第２のＥＭ信号フィードに対して隆起した導電性隆起領域を形成する導電性長尺フィンガーとを含む基板と、
前記第１および第２のＥＭ信号フィードを含むフィード基板であって、上部導電層と、下部導電層と、前記下部導電層と前記上部導電層との間に配置された誘電体層とを含む前記フィード基板と、を備え、
前記第１および第２のＥＭ信号フィードの各々が前記上部導電層の導電性材料の欠如部分を介して前記上部導電層内に形成されており、
前記導電性長尺フィンガーが前記フィード基板の前記上部導電層に電気的に接続されていることを特徴とする電磁デバイス。

【請求項2】

前記第１の長尺キャビティは、前記第１のＥＭ信号フィードの長さにわたって配置され、
前記第２の長尺キャビティは、前記第２のＥＭ信号フィードの長さにわたって配置され、
前記導電性隆起領域を形成する前記導電性長尺フィンガーが前記第１および第２のＥＭ信号フィードの間に長尺に配置されるとともに前記第１および第２のＥＭ信号フィードに対して隆起している、請求項１に記載の電磁デバイス。

【請求項3】

前記基板が金属めっき基板を含む、請求項１に記載の電磁デバイス。

【請求項4】

前記フィード基板は、前記第１および第２のＥＭ信号フィードが配置された第１の部分と、前記第１の部分を延長した部分であって複数の誘電体構造のための支持領域を提供する第２の部分とを含み、
前記複数の誘電体構造のうちの第１のセットが前記第１のＥＭ信号フィードと電磁的に協働するように配置され、前記複数の誘電体構造のうちの第２のセットが前記第２のＥＭ信号フィードと電磁的に協働するように配置されており、
前記第１および第２のＥＭ信号フィードが、前記第２の部分ではなく前記第１の部分の上に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項5】

前記複数の誘電体構造が前記第２の部分の前記支持領域上に配置されている、請求項４に記載の電磁デバイス。

【請求項6】

前記複数の誘電体構造の各々が、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）であって、前記近位端が前記遠位端よりも前記フィード基板の近くに位置する前記ＦＤＰと、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）であって、前記ＳＤＰの近位端が前記ＦＤＰの遠位端に近接して配置された前記ＳＤＰと、を含み、
前記ＦＤＰの誘電体材料が、前記ＳＤＰの誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有する、請求項４または５に記載の電磁デバイス。

【請求項7】

少なくとも前記ＦＤＰが誘電体共振器構造である、請求項６に記載の電磁デバイス。

【請求項8】

各前記ＳＤＰの遠位端が、隣接するＳＤＰを一体的に相互接続する相対的に薄い接続構造を有し、当該相対的に薄い接続構造が、側面視における所与のＳＤＰの近位端の全体幅寸法Ｗ１に対して相対的に薄い厚さｔを有する、請求項６または７に記載の電磁デバイス。

【請求項9】

前記ＦＤＰが、１０以上２０以下の第１の誘電率Ｄｋ１を有し、
前記ＳＤＰが、空気の誘電率よりも大きく且つ９以下の第２の誘電率Ｄｋ２を有する、請求項６～８のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項10】

前記ＳＤＰが側面視において全体高さ寸法ＨＳを有し、前記ＳＤＰの近位端が側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し、
ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下である、請求項６～９のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項11】

複数の電磁反射部を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造をさらに備え、前記複数の電磁反射部の各々が前記複数の誘電体構造のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体構造と１対１の対応関係で配置されており、
前記ＥＭＲ構造は前記フィード基板の前記第２の部分と電気的に導通するように配置されており、かつ、
前記ＥＭＲ構造は前記第１および第２のＥＭ信号フィードの間に配置された前記導電性隆起領域と電気的に導通するように配置されている、請求項４～９のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項12】

前記フィード基板が基板集積導波路（ＳＩＷ）であり、該フィード基板がさらに、
前記下部導電層と前記上部導電層との間に配置されるとともに当該下部および上部導電層と電気的に導通するように配置された複数の導電性ビアであって、前記第１および第２のＥＭ信号フィードとそれぞれ電磁的に協働する前記ＳＩＷの第１および第２電磁（ＥＭ）導波路を形成するように配置された前記複数の導電性ビアを含み、
前記ＳＩＷの第１の部分が、前記第１および第２のＥＭ信号フィードを有するコプレーナ信号フィード構造を含み、
前記ＳＩＷの第２の部分が、前記ＳＩＷの前記第１の部分を延長した部分であって、複数の誘電体共振器構造のための支持部を提供するものであり、
前記複数の誘電体共振器構造のうちの第１のセットが前記第１のＥＭ導波路と電磁的に協働するように配置され、前記複数の誘電体共振器構造のうちの第２のセットが前記第２のＥＭ導波路と電磁的に協働するように配置され、
前記第１および第２のＥＭ信号フィードが、前記第２の部分ではなく前記第１の部分の上に配置されている、請求項１に記載の電磁デバイス。

【請求項13】

前記第１および第２のＥＭ信号フィードの各々が信号入力領域と信号出力領域を有し、
前記信号出力領域が前記第２の部分から距離ｄを置いて配置されており、
ｄはゼロよりも大きく且つλ／２０以下であり、λは前記電磁デバイスの動作周波数における動作波長である、請求項１２に記載の電磁デバイス。

【請求項14】

複数の電磁反射部を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造であって、前記複数の電磁反射部の各々が前記複数の誘電体共振器構造のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体共振器構造と１対１の対応関係で配置されており、
前記ＥＭＲ構造は、前記ＳＩＷの前記第２の部分における前記上部導電層と電気的に導通するように配置されており、
前記ＥＭＲ構造は、前記第１および第２のＥＭ信号フィードの間に配置された前記導電性隆起領域と電気的に導通するように配置されている、請求項１２または１３に記載の電磁デバイス。

【請求項15】

前記コプレーナ信号フィード構造の前記第１および第２のＥＭ信号フィードの各々が、約５０オームの信号入力インピーダンスと、５０オームよりも大きい信号出力インピーダンスとを有する、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項16】

前記第１および第２のＥＭ導波路のうちの対応する１つの前記複数の導電性ビアは、対応する前記ＥＭ信号フィードの各側に且つ当該ＥＭ信号フィードに近接して配置されるとともに、前記ＳＩＷの側面視において、重なり合うビアの壁を形成して対応する前記ＥＭ信号フィードからの横方向信号リークを低減するように互いに配置されている、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項17】

前記複数の誘電体共振器構造の各々が、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）であって、前記近位端が前記遠位端よりも前記フィード基板の近くに位置する前記ＦＤＰと、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）であって、前記ＳＤＰの近位端が前記ＦＤＰの遠位端に近接して配置された前記ＳＤＰと、
を含み、前記ＦＤＰの誘電体材料が、前記ＳＤＰの誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有する、請求項１２に記載の電磁デバイス。

【請求項18】

前記ＦＤＰが、１０以上２０以下の第１の誘電率Ｄｋ１を有し、
前記ＳＤＰが、空気の誘電率よりも大きく且つ９以下の第２の誘電率Ｄｋ２を有する、請求項１７に記載の電磁デバイス。

【請求項19】

前記ＳＤＰが側面視において全体高さ寸法ＨＳを有し、前記ＳＤＰの近位端が側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し、
ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下である、請求項１７または１８に記載の電磁デバイス。

【請求項20】

複数の誘電体構造を備える電磁デバイスであって、
前記複数の誘電体構造の各々が、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）と、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）であって、前記ＳＤＰの近位端が前記ＦＤＰの遠位端に近接して配置された前記ＳＤＰと、を含み、
前記ＦＤＰの誘電体材料が、前記ＳＤＰの誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有し、
前記ＳＤＰが側面視において当該ＳＤＰの近位端から遠位端まで全体高さ寸法ＨＳを有し、前記ＳＤＰの近位端が側面視においてＨＳと直交する方向に全体幅寸法Ｗ１を有し、
ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下であり、
各前記ＳＤＰの遠位端が、隣接するＳＤＰを一体的に相互接続する相対的に薄い接続構造を有し、当該相対的に薄い接続構造が、Ｗ１に対して相対的に薄い厚さｔを有する、電磁デバイス。

【請求項21】

ＨＳがＷ１の３倍以上である、請求項２０に記載の電磁デバイス。

【請求項22】

前記ＳＤＰが略円筒形状を有する、請求項２０または２１に記載の電磁デバイス。

【請求項23】

前記複数の誘電体構造が配置された基板集積導波路（ＳＩＷ）をさらに備える請求項２０～２２のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項24】

前記ＳＩＷが、
下部導電層と、
上部導電層と、
前記下部導電層と前記上部導電層との間に配置された誘電体層と、
前記下部導電層と前記上部導電層との間に配置されるとともに当該下部および上部導電層と電気的に導通するように配置された複数の導電性ビアであって、前記ＳＩＷの電磁（ＥＭ）導波路を形成するように配置された前記複数の導電性ビアと、を含み、
前記ＳＩＷの第１の部分が、前記上部導電層の導電性材料の欠如部分を介して当該上部導電層内に形成されるとともに前記ＥＭ導波路と電磁的に協働するように配置されたコプレーナ信号フィードを含み、
前記ＳＩＷの第２の部分が、前記ＳＩＷの第１の部分を延長した部分であって、前記ＥＭ導波路と電磁的に協働するように配置された前記複数の誘電体構造の支持部を提供するものであり、
前記信号フィードが、前記第２の部分ではなく前記第１の部分の上に配置されている、請求項２３に記載の電磁デバイス。

【請求項25】

前記信号フィードが信号入力領域と信号出力領域とを有し、
前記信号出力領域が前記第２の部分から距離ｄを置いて配置されており、
ｄはゼロよりも大きく且つλ／２０以下であり、λは前記電磁デバイスの動作周波数における動作波長である、請求項２４に記載の電磁デバイス。

【請求項26】

複数の電磁反射部を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造をさらに備え、前記複数の電磁反射部の各々が前記複数の誘電体構造のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体構造と１対１の対応関係で配置されており、
前記ＥＭＲ構造が前記ＳＩＷの前記第２の部分における前記上部導電層と電気的に導通するように配置されている、請求項２４または２５に記載の電磁デバイス。

【請求項27】

前記ＥＭＲ構造が、ＨＳの０．２５倍以下の高さＨＲを有する、請求項２６に記載の電磁デバイス。

【請求項28】

前記コプレーナ信号フィードが、約５０オームの信号入力インピーダンスと、５０オームよりも大きい信号出力インピーダンスとを有する、請求項２４または２５に記載の電磁デバイス。

【請求項29】

前記ＥＭ導波路の前記複数の導電性ビアのうちの一部が、前記信号フィードの各側に且つ前記信号フィードに近接して配置されるとともに、前記ＳＩＷの側面視において、重なり合うビアの壁を形成して前記信号フィードからの横方向信号リークを低減するように互いに配置されている、請求項２４または２５に記載の電磁デバイス。

【請求項30】

所与のＳＩＷ内の複数の誘電体構造の各々が、前記電磁デバイスのｚ軸に平行な中心垂直軸であって、前記電磁デバイスの平面視において、対応する前記ＳＩＷの領域内で互いに横方向にオフセットされた中心垂直軸を有する、請求項２４または２５に記載の電磁デバイス。

【請求項31】

所与のＳＩＷ内の前記複数の誘電体構造のうち最も近くに隣接する誘電体構造同士の前記中心垂直軸がλ／２の距離で互いに離れて配置されている、請求項３０に記載の電磁デバイス。

【請求項32】

前記電磁デバイスが、約５２．５ＧＨｚ～約６５ＧＨｚの間の周波数の信号フィードにおける電気的励起に応答して、少なくとも４つの横方向電気（ＴＥ）放射モードを有する電磁放射場を放射するように動作可能である、請求項２６に記載の電磁デバイス。

【請求項33】

前記電磁デバイスが４つのＴＥ放射モードにおいて少なくとも１０ｄＢｉの利得で動作可能である、請求項３２に記載の電磁デバイス。

【請求項34】

電磁アレイであって、
互いに並んで一体的に配置された請求項２６に記載の複数の電磁デバイスを備え、
各前記下部導電層が連続するとともに、各前記上部導電層が連続し、さらには各前記誘電体層が連続し、各前記電磁デバイスの各前記ＥＭＲ構造の組み合わせにより集合ＥＭＲ構造が形成されており、
前記集合ＥＭＲ構造が、前記複数の電磁反射部を含む第１の部分と、複数の電磁反射（ＥＭＲ）延長部を含む第２の部分とを有し、隣接する前記信号フィード間の信号分離を改善するように各前記信号フィードの各側に前記複数のＥＭＲ延長部の１つが隣接している、電磁アレイ。

【請求項35】

所与のＳＩＷ内の前記複数の誘電体構造のうち最も近くに隣接する誘電体構造同士の中心垂直軸がλ／２の距離で互いに離れて配置されている、請求項３４に記載の電磁アレイ。

【請求項36】

隣接するＳＩＷ内の前記複数の誘電体構造のうち最も近くに隣接する誘電体構造同士の前記中心垂直軸がλ／４の距離で互いに離れて配置されている、請求項３５に記載の電磁アレイ。

【請求項37】

前記ＦＤＰが第１の誘電率値Ｄｋ１を有し、
前記ＳＤＰが第２の誘電率値Ｄｋ２を有し、
前記ＳＩＷの前記誘電体層が第３の誘電率値Ｄｋ３を有し、
Ｄｋ２がＤｋ１よりも小さく、Ｄｋ３がＤｋ１よりも小さい、請求項３４～３６のいずれか一項に記載の電磁アレイ。

【請求項38】

Ｄｋ３がＤｋ２以上である、請求項３７の電磁アレイ。

【請求項39】

Ｄｋ３がＤｋ１の０．５倍以下である、請求項３７の電磁アレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して電磁デバイス、特に誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）システムに関し、より詳細には、ＤＲＡシステム内の複数の誘電体構造に関連する利得、反射損失、および絶縁性を高めるための第１および第２の誘電体部分を有するＤＲＡシステムに関する。この出願は、２０１８年７月２日に出願された米国仮出願番号第６２／６９３，０５７号の利益を主張する２０１９年１月１４日に出願された米国出願番号第１６／２４６，８８６号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、この出願は、２０１８年２月２１日に出願された米国仮出願番号第６２／６３３，２５６号の利益を主張する２０１９年１月１４日に出願された米国出願番号第１６／２４６，８９２号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。また、この出願は、２０１８年１月１５日に出願された米国仮出願番号第６２／６１７，３５８号の利益を主張する２０１９年１月１４日に出願された米国出願番号第１６／２４６，８８０号の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

既存のＤＲＡ共振器およびアレイはそれらの意図した目的に適したものであり得る一方、遠距離場における高い指向性を備えた高利得ＤＲＡシステムを構築するための改善されたＤＲＡ構造によりＤＲＡの技術を向上して、例えば、帯域幅の制限、効率の制限、利得の制限、指向性の制限、または製造技術の複雑さなどの既存の欠点を克服することが可能となり得る。

【発明の概要】

【0003】

一実施形態は、電磁デバイスを含み、前記電磁デバイスは、第１の電磁（ＥＭ）信号フィードと、前記第１のＥＭ信号フィードに隣接して配置された第２のＥＭ信号フィードと、前記第１および第２のＥＭ信号フィードの間に配置され、前記第１および第２のＥＭ信号フィードに対して隆起した導電性隆起領域とを有する。

【0004】

一実施形態は、複数の誘電体構造を有する電磁デバイスを含み、前記複数の誘電体構造の各々は、近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を有する第１の誘電体部分（ＦＤＰ）と、近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を有する第２の誘電体部分（ＳＤＰ）であって、前記ＳＤＰの近位端が前記ＦＤＰの遠位端に近接して配置される前記ＳＤＰと、を有し、前記ＦＤＰの誘電体材料は、前記ＳＤＰの誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有し、前記ＳＤＰは、側面視において全体高さ寸法ＨＳを有し、前記ＳＤＰの近位端は、側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し、ＨＳはＷ１の２．５倍以上５５倍以下である。

【0005】

本発明の上記の特徴および利点ならびに他の特徴および利点は、添付の図面と併せて本発明の以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

添付の図面において同様の要素に同様な符号が付された例示的かつ非限定的な図面を参照する。

【図1A】一実施形態による、電磁（ＥＭ）デバイスのユニットセルを示す回転斜視図。

【図1B】一実施形態による、図１Ａのユニットセルを示す側面図。

【図1C】一実施形態による、図１Ａに示されたものに対する代替的なユニットセルを示す回転斜視図。

【図1D】一実施形態による、図１Ｃのユニットセルを示す側面図。

【図2】一実施形態による、図１Ｂおよび図１Ｄのものと類似するが代替的なユニットセルを示す側面図。

【図3】一実施形態による、図１Ｂ、図１Ｄ、および図２のものと類似するが代替的なユニットセルを示す側面図。

【図4】一実施形態による、図１Ｂの複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝６）を示す側面図。

【図5A】一実施形態による、図１Ｂの複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図5B】一実施形態による、図５ＡのＭ×Ｎアレイの分解されたアセンブリを示す側面図。

【図6A】一実施形態による、図５Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図6B】一実施形態による、図６ＡのＭ×Ｎアレイの分解されたアセンブリを示す側面図。

【図7A】一実施形態による、図５Ａおよび図６Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図7B】一実施形態による、図７ＡのＭ×Ｎアレイの分解されたアセンブリを示す側面図。

【図8A】一実施形態による、図６Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図8B】一実施形態による、図７Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図9A】一実施形態による、図８Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図9B】図９Ａの細部９Ｂを示す拡大図。

【図10】一実施形態による、図９Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図11】一実施形態による、図５Ａのものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図12】一実施形態による、図１１のものと類似するが代替的な複数のユニットセルのＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２）を示す側面図。

【図13】一実施形態による、基板上の複数の第１の誘電体部分のＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２およびＮ＝２）を示す平面図。

【図14A】一実施形態による、接続構造を介して相互接続された、複数の第２の誘電体部分のＭ×Ｎアレイ（Ｍ＝２およびＮ＝２）と複数の取付部分とを含むモノリシック構造を示す平面図。

【図14B】一実施形態による、図１４Ａのものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図15】一実施形態による、図１４Ａおよび図１４Ｂのものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図16】一実施形態による、図１４Ａ～図１５のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図17】一実施形態による、図１４Ａ～図１６のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図18】一実施形態による、図１４Ａ～図１７のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図19】一実施形態による、図１４Ａ～図１８のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図20】一実施形態による、図１４Ａ～図１９のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図21】一実施形態による、図１４Ａ～図２０のものと類似するが代替的なモノリシック構造を示す平面図。

【図22】一実施形態による、単一のユニットセルの数学的モデリングの性能特性を示す図。

【図23】一実施形態によるユニットセルのＳ（１，１）反射損失の性能特性を、同実施形態による要素を有さない同様のユニットセルのものと比較した、一実施形態による数学的性能特性を示す図。

【図24A】一実施形態によるＥＭデバイスを示す透過的な回転斜視図。

【図24B】一実施形態によるＥＭデバイスを示す透過的側面図。

【図24C】一実施形態によるＥＭデバイスを示す透過的上面図。

【図25】一実施形態による、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃの実施形態に関連する分析モデリングデータを示す図。

【図26】一実施形態による、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃの実施形態に関連する分析モデリングデータを示す図。

【図27】一実施形態による、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃの実施形態に関連する分析モデリングデータを示す図。

【図28】一実施形態による、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃの実施形態に関連する分析モデリングデータを示す図。

【図29A】一実施形態による、信号分離機能が組み込まれた図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４ＣのＥＭデバイスのアレイを示す透過的な回転斜視図。

【図29B】一実施形態による、信号分離機能が組み込まれた図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４ＣのＥＭデバイスのアレイを示す透過的側面図。

【図29C】一実施形態による、信号分離機能が組み込まれた図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４ＣのＥＭデバイスのアレイを示す透過的上面図。

【図30A】一実施形態による、図２９Ａ、図２９Ｂ、および図２９Ｃのアレイに代わるアレイを示す透過的な回転斜視図。

【図30B】一実施形態による、図２９Ａ、図２９Ｂ、および図２９Ｃのアレイに代わるアレイを示す透過的側面図。

【図30C】一実施形態による、図２９Ａ、図２９Ｂ、および図２９Ｃのアレイに代わるアレイを示す透過的上面図。

【図31】一実施形態による、図２９Ａ、図２９Ｂ、および図２９Ｃに示されたアレイの一部または図３０Ａ、図３０Ｂ、および図３０Ｃに示されたアレイの一部であるＥＭデバイスを示す透過的な回転斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下の詳細な説明は例示の目的で多くの詳細を含むが、当業者は以下の詳細に対する多くの変形および変更が特許請求の範囲内に含まれることを理解し得る。したがって、以下の例示的な実施形態は、特許請求の範囲の発明に対する一般性を失うことなく、かつ制限を課すことなく説明される。

【0008】

一実施形態は、種々の図面によって示され説明されるように、第１の誘電体部分とその第１の誘電体部分に対して戦略的に配置された第２の誘電体部分とを有する誘電体構造の形態を有する電磁デバイスを提供し、少なくとも第１の誘電体部分が電磁的に励起されて遠距離場に電磁場を放射する（例えば、電磁的に共鳴して放射する）ときの、利得の改善、帯域幅の改善、反射損失の改善、および／または絶縁性の改善をもたらす。一実施形態では、第１の誘電体部分のみが電磁的に励起されて遠距離場に電磁場を放射する。別の実施形態では、第１の誘電体部分および第２の誘電体部分の両方が電磁的に励起されて遠距離場に電磁場を放射する。第１の誘電体部分のみが電磁的に励起されて遠距離場に電磁場を放射する実施形態では、第１の誘電体部分が電磁誘電体共振器と見なされ、第２の誘電体部分が誘電体電磁ビーム成形器と見なされ得る。第１の誘電体部分と第２の誘電体部分の両方が電磁的に励起されて遠距離場に電磁場を放射する実施形態では、第１の誘電体部分と第２の誘電体部分の組み合わせが電磁誘電体共振器と見なされ、第２の誘電体部分が誘電体電磁ビーム成形器と見なされ得る。一実施形態では、誘電体構造は全誘電体構造である（例えば、埋め込み金属または金属粒子が存在しない）。

【0009】

図１Ａおよび図１Ｂは、第１の誘電体部分２０２０と第２の誘電体部分２５２０とから構成された誘電体構造２０００を有する電磁（ＥＭ）デバイス１０００を示す。第１の誘電体部分２０２０は、近位端２０４０および遠位端２０６０を有するとともに、直交ｘｙｚ座標系のｚ軸に平行に配向された、近位端２０４０から遠位端２０６０への隆起方向を有する３次元（３Ｄ）形状２０８０を有する。本明細書に開示される目的において、直交ｘｙｚ座標系のｚ軸は、関連する第１の誘電体部分２０２０の中心垂直軸と整列かつ一致しており、ここで、ｘｚ平面、ｙｚ平面、およびｘｙ平面は図示されるように種々の図面において配向され、ｚ軸はＥＭデバイス１０００の基板に直交している。ただし、ｚ’軸がＥＭデバイス１０００の基板に直交しない回転変換された直交ｘ’ｙ’ｚ’座標系が使用されてもよいことが理解され得る。本明細書に開示される目的に適したすべてのそのような直交座標系が考慮され、本明細書に開示された発明の範囲内に含まれると見なされる。第１の誘電体部分２０２０は、空気以外の誘電体材料（Ｄｋ材）を含むが、一実施形態において、第１の誘電体部分２０２０が中空を有する場合には、第１の誘電体部分２０２０は、本明細書に開示される目的に適した空気、真空、または他のガスの内部領域を含んでもよい。一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０は、半球ドーム形の３Ｄ形状であるか、あるいはドーム形状の上端すなわち遠位端２０６０と垂直側壁とを備えた長尺ドーム形の３Ｄ形状であるか、または、概して凸状の遠位端２０６０を有する形の３Ｄ形状を有する。一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０は、半球ドームを形成するための誘電体シェルの積層配置を含み、各連続する外側配置層は実質的に埋め込まれて、隣接する内側配置層に直接接触している。第２の誘電体部分２５２０は、近位端２５４０および遠位端２５６０を有し、第２の誘電体部分２５２０の近位端２５４０は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０に近接して配置されて誘電体構造２０００を形成する。第２の誘電体部分２５２０は、空気以外の誘電体材料を含む。第２の誘電体部分２５２０は、第２の誘電体部分２５２０の近位端２５４０に近接する第１のｘｙ平面断面領域２５８０と、第２の誘電体部分２５２０の近位端２５４０と遠位端２５６０との間の第２のｘｙ平面断面領域２６００とを有する３Ｄ形状を有し、ここで、第２のｘｙ平面断面領域２６００は第１のｘｙ平面断面領域２５８０よりも大きい。一実施形態では、第１のｘｙ平面断面領域２５８０および第２のｘｙ平面断面領域２６００は円形であるが、他のいくつかの実施形態では、楕円形、または本明細書に開示される目的に適した任意の他の形状であってもよい。一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０は、第２のｘｙ平面断面領域２６００と遠位端２５６０との間に配置された第３のｘｙ平面断面領域２６４０を有し、ここで、第３のｘｙ平面断面領域２６４０は第２のｘｙ平面断面領域２６００よりも大きい。一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０の遠位端２５６０は平面である。一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有する。一実施形態では、誘電体構造２０００は、例えば、埋め込み金属または金属粒子が存在しない全誘電体構造である。一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０は単一の誘電体材料である。

【0010】

一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は１０以上の平均誘電率を有し、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は９以下の平均誘電率を有する。あるいは、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は１１以上の平均誘電率を有し、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は５以下の平均誘電率を有する。あるいは、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は１２以上の平均誘電率を有し、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は３以下の平均誘電率を有する。あるいは、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は１０以上２０以下の平均誘電率を有し、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は２以上９以下の平均誘電率を有する。あるいは、第１の誘電体部分２０２０の誘電体材料は１０以上１５以下の平均誘電率を有し、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は２以上５以下の平均誘電率を有する。あるいは、第２の誘電体部分２５２０の誘電体材料は、空気の誘電率よりも大きくかつ９以下の平均誘電率を有する。

【0011】

一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０は、全体最大高さＨＳおよび全体最大幅ＷＳを有し、ここで、ＨＳはＷＳよりも大きい。一実施形態では、ＨＳはＷＳの１．５倍以上である。あるいは、一実施形態では、ＨＳはＷＳの２倍以上である。

【0012】

一実施形態では、第１の誘電体部分２０２０は、全体最大高さＨＦおよび全体最大幅ＷＦを有し、ここで、ＨＳはＨＦよりも大きく、ＷＳはＷＦよりも大きい。一実施形態では、ＨＳはＨＦの５倍よりも大きく、ＷＳはＷＦの１．２倍よりも大きい。

【0013】

一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０は、近位端２５４０に近接する第１のサブ部分２５１９と、遠位端２５６０に近接する第２のサブ部分２５２１とを有し、ここで、第２のｘｙ平面断面領域２６００は第１のサブ部分２５１９内に含まれ、第３のｘｙ平面断面領域２６４０は第２のサブ部分２５２１内に含まれる。一実施形態では、第１のサブ部分２５１９は直径Ｗ１の円筒形の３Ｄ形状を有し、第２のサブ部分２５２１は、Ｗ１の下部直径をＷ１よりも大きなＷＳの上部直径に拡大した切頭円錐形の３Ｄ形状を有する。一実施形態では、直径Ｗ１は直径ＷＦよりも大きい。

【0014】

図１Ｃおよび図１Ｄを参照すると、一実施形態において、ＥＭデバイス１０００に類似し同様な特徴に同様に符号が付されたＥＭデバイス１００１は、図１Ａおよび図１Ｂの第２の誘電体部分２５２０に類似した第２の誘電体部分２５５０を有するが、このＥＭデバイス１００１は、第２の誘電体部分２５５０内部に内側領域２７００を有しており、この内側領域２７００は、第２の誘電体部分２５５０の残りの外側本体部分の誘電率よりも小さい誘電率を有する材料から形成されている。一実施形態では、内側領域２７００は空気である。概略的に説明すると、第２の誘電体部分２５５０の外側本体部分は第１の誘電率を有する誘電体材料から形成され、内側領域２７００は第１の誘電率よりも小さい第２の誘電率を有する誘電体材料から形成されている。ＥＭデバイス１００１の他の特徴は、ＥＭデバイス１０００の特徴と同様であるかまたは同一である。

【0015】

図２および図３を参照すると、図２はＥＭデバイス１００２を示し、図３はＥＭデバイス１００３を示しており、双方のＥＭデバイス１００２，１００３はＥＭデバイス１０００に類似しており、同様な特徴には同様な符号が付されている。

【0016】

一実施形態では、図２に示されたＥＭデバイス１００２は、図１Ａおよび図１Ｂの第２の誘電体部分２５２０に類似した第２の誘電体部分２５２２を有するが、この第２の誘電体部分２５２２は、第２の誘電体部分２５２２の高さＨＳ全体にわたって直径Ｗ１を有する円筒形状を有している。すなわち、第２の誘電体部分２５２２は、ＥＭデバイス１０００の第２の誘電体部分２５２０の第１のサブ部分２５１９を拡張した形態に類似している。一実施形態では、第２の誘電体部分２５２２は、全体最大高さＨＳおよび全体最大幅Ｗ１を有し、ここで、ＨＳはＷ１よりも大きい。一実施形態では、ＨＳはＷ１の１．５倍以上である。あるいは、一実施形態では、ＨＳはＷ１の２倍以上である。

【0017】

一実施形態では、図３に示されたＥＭデバイス１００３は、ＥＭデバイス１００２の第２の誘電体部分２５２２と同様な全体最大幅Ｗ１および全体最大高さＨＳを有する第２の誘電体部分２５２３を有しているが、この第２の誘電体部分２５２３は、実質的に垂直な側壁を有する下側部分２５２４と、切頭楕円形状を有する上側部分２５２５とを有する３Ｄ形状を有している。図３を、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、図１Ｄ、および図２と比較すると、第１の誘電体部分２０２０が凸状の遠位端２０６０を有し得るだけでなく、第２の誘電体部分２５２３も凸状の遠位端２５６０を有し得ることが分かる。一実施形態では、第２の誘電体部分２５２３は、全体最大高さＨＳおよび全体最大幅Ｗ１を有し、ここで、ＨＳはＷ１よりも大きい。一実施形態では、ＨＳはＷ１の１．５倍以上である。あるいは、一実施形態では、ＨＳはＷ１の２倍以上である。

【0018】

本明細書に開示される第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２の高さ対幅の比を調整することにより、より高いＴＥ（横方向電気（transverse electric））モードがサポートされ、より広い遠距離場ＴＥ放射帯域幅が得られる。

【0019】

一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０と直接密着して配置される。しかしながら、本発明の範囲はそのようなものに限定されない。一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、図１Ｂにおいて破線２５３０によって示されるように、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの５倍以下の距離に配置され、ここで、λは、ＥＭデバイス１０００の動作中心周波数における自由空間波長である。あるいは、一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの３倍以下の距離に配置される。あるいは、一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの２倍以下の距離に配置される。あるいは、一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの１倍以下の距離に配置される。あるいは、一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの１／２倍以下の距離に配置される。あるいは、一実施形態では、第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０からλの１／１０倍以下の距離に配置される。

【0020】

図４を参照すると、同図は、本明細書に開示される任意の誘電体構造によるアレイ３０００内の複数の誘電体構造２０００を示しており、ここで、複数の誘電体構造２０００の各々の第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、接続構造４０００を介して、少なくとも１つの他の第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３に物理的に接続されている。一実施形態では、各接続構造４０００は、複数の誘電体構造２０００のうちの１つの全体外形寸法、例えば、ＷＳまたはＨＳと比較して（ページの平面内において）相対的に薄い。一実施形態では、各接続構造４０００は非ガスの誘電体材料から形成され、それぞれの接続された誘電体構造２０００の全体高さＨＳよりも小さい断面全体高さＨＣを有する。一実施形態では、各接続構造４０００および関連する第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、単一のモノリシック構造５０００を形成する。一実施形態では、各接続構造４０００は、関連するＥＭデバイス１０００が動作可能な対応する動作中心周波数の自由空間波長λよりも小さい断面全体高さＨＣを有する。一実施形態では、接続構造４０００は、対応する第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３の誘電体材料と同じ誘電体材料で形成される。一実施形態では、接続構造４０００および対応する第２の誘電体部分２５２０，２５２１，２５２２，２５２３は、連続的なシームレス構造として上記単一のモノリシック構造５０００を形成する。

【0021】

前述した図面をまとめて全体的に参照し、特に図４を参照すると、誘電体構造２０００のＥＭデバイス１０００，１００１，１００２，１００３または誘電体構造２０００のアレイ３０００の実施形態は基板３２００をさらに含み、この基板３２００上に、個々の誘電体構造２０００または誘電体構造２０００のアレイが配置されている。一実施形態では、基板３２００は、誘電体３１４０と、誘電体３１４０上に配置された金属フェンス構造３５００とを含む。図４のアレイ３０００に関して、基板３２００は少なくとも１つの支持部分３０２０を有し、接続構造４０００は少なくとも１つの取付部分４０２０を有する。一実施形態では、少なくとも１つの取付部分４０２０の各々は、少なくとも１つの支持部分３０２０と１対１に対応する関係で配置されている。

【0022】

前述した図面をさらにまとめて全体的に参照し、特に図４を参照すると、誘電体構造２０００のＥＭデバイス１０００，１００１，１００２，１００３または誘電体構造２０００のアレイ３０００の実施形態では、金属フェンス構造３５００は、導電性ベース３５１４を備えた凹部３５１２を囲む複数の導電性電磁反射部３５１０を含み、各導電性電磁反射部３５１０は、複数の誘電体構造２０００のうちの対応する１つと１対１の関係で配置されるとともに、複数の誘電体構造２０００のうちの対応する１つを実質的に囲むように配置されている。一実施形態では、金属フェンス構造３５００は単一の金属フェンス構造であり、複数の導電性電磁反射部３５１０は単一の金属フェンス構造３５００と一体に形成されている。

【0023】

一実施形態では、各ＥＭデバイス１０００，１００１，１００２，１００３は、所与の誘電体構造２０００を電磁的に励起するための信号フィード３１２０を含み、この信号フィード３１２０は誘電体３１４０を介して金属フェンス構造３５００から分離されており、一実施形態では、この誘電体３１４０は空気以外の誘電性媒体であり、また、一実施形態では、信号フィード３１２０はスロット開口３１３０を備えたマイクロストリップである（例えば、図１Ａ参照）。しかしながら、所与の誘電体構造２０００の励起は、銅線、同軸ケーブル、マイクロストリップ（例えば、スロット開口を有するもの）、ストリップライン（例えば、スロット開口を有するもの）、導波路、表面集積導波路（surface integrated waveguide）、基板集積導波路（substrate integrated waveguide）、または、対応する誘電体構造２０００に電磁的に結合される例えば導電性インクなど、本明細書に開示される目的に適した任意の信号フィードによって行われてもよい。当業者によって理解されるように、電磁的に結合されるという表現は、２つの位置の間で物理的接触を必ずしも伴うことなく、一つの位置から別の位置への電磁エネルギーの意図した伝達を指す用語であり、本明細書に開示される一実施形態に関して、より具体的には、関連する誘電体構造２０００の電磁共振モードと一致する電磁共振周波数を有する信号ソース間の相互作用を指す。例えば図１Ａに示されるような誘電体構造２０００と対応する電磁反射金属フェンス構造３５００との組み合わせの１つは、本明細書ではユニットセル１０２０と呼ばれる。

【0024】

図４に示されるように、誘電体３１４０および金属フェンス構造３５００は、基板３２００の少なくとも１つの支持部分３０２０の位置を規定するそれぞれ軸方向に整列した貫通孔３０３０，３５３０をそれぞれ有する。一実施形態では、少なくとも１つの取付部分４０２０の各々は、少なくとも１つの支持部分３０２０の各々と１対１に対応して配置されている。一実施形態では、少なくとも１つの取付部分４０２０の各々は、少なくとも１つの支持部分３０２０の対応する１つに接着されているかまたは固定されている。図４は、６幅にわたる複数の誘電体構造２０００を有したＭ×Ｎアレイ３０００（Ｍ＝６）を示している。一実施形態では、Ｎも６に等しくてもよく、または本明細書に開示される目的に適した任意の数の誘電体構造２０００に等しくてもよい。さらに、本明細書に開示される所与のアレイにおけるＭ×Ｎの誘電体構造の数は単に例示の目的であり、ＭおよびＮの双方の値は、本明細書に開示される目的に適した任意の数とすることができることが理解される。したがって、本明細書に開示される本発明の範囲内に含まれる任意のＭ×Ｎアレイが考慮される。

【0025】

以下、図５Ａ～図１０を参照する。
図５Ａは、Ｍ×Ｎアレイ３００１（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図４のアレイ３０００に類似して、誘電体３１４０および金属フェンス構造３５００は、基板３２００の各支持部分３０２０の位置を規定するそれぞれ軸方向に整列した貫通孔３０３０，３５３０をそれぞれ有し、各取付部分４０２０は、誘電体３１４０および金属フェンス構造３５００のそれぞれ対応する貫通孔３０３０，３５３０内に配置されている。図５Ｂは、本明細書において上述したモノリシック構造５０００に類似したモノリシック構造５０１０を基板３２００にアセンブリする前の図５Ａのアレイ３００１を示している。図示されるように、アレイ３００１は、接続構造４０００を有する接続アレイであり、第２の誘電体部分２５２０の低Ｄｋ材は、第２の誘電体部分２５２０の近位端２０４０に示されるように、第１の誘電体部分２０２０の高Ｄｋ材の側面すべてを覆っており、また、第２の誘電体部分２５２０は、図５Ａの破線５０１２によって示されるように、第１の誘電体部分２０２０に直接密着している。

【0026】

図６Ａは、Ｍ×Ｎアレイ３００２（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図５Ａのアレイ３００１に類似して、誘電体３１４０および金属フェンス構造３５００は、基板３２００の少なくとも１つの支持部分３０２０の位置を規定するそれぞれ軸方向に整列した貫通孔３０３０，３５３０をそれぞれ有し、各取付部分４０２０は、金属フェンス構造３５００の対応する貫通孔３５３０内に配置されているが、誘電体３１４０の貫通孔３０３０内には配置されていない。一実施形態では、誘電体３１４０の貫通孔３０３０には、図５Ａに示されるモノリシック構造５０１０に類似したモノリシック構造５０２０の取付部分４０２０を基板３２００に固定する接着剤などの結合材料３０１２が充填される。図６Ｂは、モノリシック構造５０２０を基板３２００にアセンブリする前の図６Ａのアレイ３００２を示している。図示されるように、アレイ３００２は、接続構造４０００を有する接続アレイであり、第２の誘電体部分２５２０の低Ｄｋ材は、第２の誘電体部分２５２０の近位端２０４０に示されるように、第１の誘電体部分２０２０の高Ｄｋ材の側面すべてを覆っておらず、第２の誘電体部分２５２０の近位端２０４０と、第１の誘電体部分２０２０が配置される金属フェンス構造３５００の導電性ベース３５１４との間にはギャップ５０１４が存在し、第２の誘電体部分２５２０は、図５Ａの破線５０１２によって示されるように、第１の誘電体部分２０２０に直接密着している。

【0027】

図７Ａは、Ｍ×Ｎアレイ３００３（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図５Ａおよび図６Ａのそれぞれアレイ３００１，３００２に類似しているが、いくつかの代替的特徴を有している。図７Ａに示されるように、誘電体３１４０は接続構造４０３０の取付部分４０２０の領域に貫通孔を有しておらず、接続構造４０３０は接続構造４０００に類似するが代替的な構造であり、金属フェンス構造３５００は、取付部分４０２０が載置される凹状の支持面３５４０を有し、これにより少なくとも１つの支持部分３０２０を形成している。一実施形態では、結合材料３０１２は、モノリシック構造５０１０，５０２０に類似したモノリシック構造５０３０の取付部分４０２０を凹状の支持面３５４０に固定する。図７Ｂは、モノリシック構造５０３０を基板３２００にアセンブリする前の図７Ａのアレイ３００３を示している。換言すると、基板３２００の各支持部分３０２０は上向き支持面３５４０を含み、接続構造４０３０の各取付部分４０２０は、対応する１つの上向き支持面３５４０と対向して係合するように配置された下向き取付面４０２４を含む。

【0028】

図示されるように、アレイ３００３は、接続構造４０３０を有する接続アレイであり、第２の誘電体部分２５２０の低Ｄｋ材は、第２の誘電体部分２５２０の近位端２０４０に示されるように、第１の誘電体部分２０２０の高Ｄｋ材の側面すべてを覆っておらず、第２の誘電体部分２５２０の近位端２０４０と、第１の誘電体部分２０２０が配置される金属フェンス構造３５００の導電性ベース３５１４との間にはギャップ５０１４が存在し、第２の誘電体部分２５２０は、図７Ａのギャップ５０１６によって示されるように、第１の誘電体部分２０２０の遠位端２０６０から離れた距離に配置されている。図７Ａの接続構造４０３０と図５Ａの接続構造４０００とを比較すると、接続構造４０００は断面全体高さＨＣを有し、接続構造４０３０は断面全体高さＨＣ１を有し、ここで、ＨＣ１はＨＣよりも小さい。一実施形態では、ＨＣ１はλの１倍以下であり、ここで、λは、ＥＭデバイス１０００の動作中心周波数における自由空間波長である。あるいは、一実施形態では、ＨＣ１はλの１／２倍以下である。あるいは、一実施形態では、ＨＣ１はλの１／４倍以下である。あるいは、一実施形態では、ＨＣ１はλの１／５倍以下である。あるいは、一実施形態では、ＨＣ１はλの１／１０倍以下である。

【0029】

図８Ａは、Ｍ×Ｎアレイ３００４（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図６Ａのアレイ３００４に類似しているが、接続構造の高さがＨＣではなくＨＣ１である。図８および図６Ａにおける他の同様な特徴には同様な符号が付されている。

【0030】

図８Ｂは、Ｍ×Ｎアレイ３００５（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、ギャップ５０１４，５０１６を有する図７Ａのアレイ３００３と結合材料３０１２を有する図８Ａのアレイ３００４との組み合わせに類似しているが、代替の取付機能を有している。一実施形態では、基板３２００の各支持部分３０２０は、金属フェンス構造３５００に形成された上向き肩部３０２４を含み、モノリシック構造５０２０の各取付部分４０２０は、対応する１つの上向き肩部３０２４に配置された下向き肩部４０２４を含み、取付部分４０２０の遠位端４０２６の断面は減少され、この遠位端４０２６が金属フェンス構造３５００の開口部または貫通孔３５３４と係合している。取付部分４０２０の遠位端４０２６の下方において金属フェンス構造３５００に形成された空間３５３６には、モノリシック構造５０２０を基板３２００に固定する結合材料３０１２が充填されている。

【0031】

図６Ａ、図８Ａ、および図８Ｂを参照すると、一実施形態に含まれる構造では、対応する取付部分４０２０の一部分のみが金属フェンス構造３５００の対応する１つの貫通孔３０３０，３５３０，３５３４内に配置され、結合材料３０１２が金属フェンス構造３５００の残りの貫通孔部分と基板３２００の対応する貫通孔に少なくとも部分的に配置されることが分かる。

【0032】

図８Ｂを参照すると、一実施形態に含まれる構造では、段差付きポスト端部４０２１を備えた（参照符号４０２０によって示される）ポストが接続構造４０３０の取付部分４０２０に形成され、この段差付きポスト端部４０２１が金属フェンス構造３５００の対応する貫通孔３５３４内に部分的に配置されることが分かる。一実施形態では、ポスト４０２０および段差付きポスト端部４０２１は円筒形である。

【0033】

図９Ａは、Ｍ×Ｎアレイ３００６（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図８Ａのアレイ３００４に類似しているが代替の取付機能を有している。図９Ｂは、図９Ａに示される細部９Ｂである。一実施形態では、基板３２００の各支持部分３０２０は、金属フェンス構造３５００に形成された下向きアンダーカット肩部３０２２を含み、接続構造４０３０の各取付部分４０２０は、金属フェンス構造３５００の開口部３５３２を介して対応する下向きアンダーカット肩部３０２２とスナップフィット係合するように配置された上向きスナップフィット肩部４０２２を含む。図９Ａおよび図９Ｂは、誘電体３１４０の貫通孔３０３０を示すが、このような貫通孔３０３０は、接続構造４０３０のスナップフィット脚部４０５０の寸法に応じて必要でない場合もあることが理解され得る。一実施形態では、スナップフィット脚部４０５０は開口中央領域４０５２を含み、開口中央領域４０５２は、前述のスナップフィット係合を容易にするために側部４０５４が内側に撓むことを可能にする。取付部分４０２０の遠位端のテーパ状先端（tapered nose）４０５６は、開口部３５３２内への取付部分４０２０の挿入を容易にする。

【0034】

図１０は、Ｍ×Ｎアレイ３００７（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、ギャップ５０１４，５０１６を有する図７Ａのアレイ３００３と、スナップフィット脚部４０５０を有する図９Ａのアレイ３００５との組み合わせに類似している。図１０、図９Ａ、および図７Ａの間における他の同様な特徴には同様な符号が付されている。

【0035】

図５Ａ～図１０と組み合わせた図１～図４の上述の説明から分かるように、本明細書に開示される多くのＥＭデバイスの特徴は、本明細書に開示される他のＥＭデバイスの特徴と置換可能であるとともに、それら他のＥＭデバイスの特徴とともに使用可能である。したがって、ＥＭデバイスの機能のすべての組み合わせが図示され本明細書に具体的に説明されているわけではないが、当業者は、本明細書に開示される発明の範囲から逸脱することなく、一つのＥＭデバイスの機能を別のＥＭデバイスの機能に置換できることを理解し得る。したがって、本明細書に開示されるＥＭデバイスの特徴のあらゆる組み合わせが本明細書に開示される発明の範囲内にあることが意図されるとともに考慮される。

【0036】

以下、図１１および図１２を参照する。
図１１は、Ｍ×Ｎアレイ３００８（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図５Ａのアレイ３００１に類似しているが、図５Ａに示される接続構造４０００を有していない。図１１および図５Ａの間における他の同様な特徴には同様な符号が付されている。

【0037】

図１２は、Ｍ×Ｎアレイ３００９（Ｍ＝２、Ｎは制限されない）を示し、図１１のアレイ３００７に類似しているが、接続構造４０００を有しておらず、図３に示すものに類似した第２の誘電体部分２５２３を有している。図１２および図１１の間における他の同様な特徴には同様な符号が付されている。

【0038】

上述した説明および／または図１～図１２の例示から分かるように、本発明の実施形態は、接続構造４０００を含んでも含んでいなくてもよく、いずれの場合も本明細書に開示される発明の実施形態に従って依然として機能する。したがって、接続構造を含む本明細書に開示された任意の実施形態は、そのような接続構造を有さずに実施されてもよく、同様に、接続構造を有さない本明細書に開示された任意の実施形態は、そのような接続構造を備えて実施されてもよい。

【0039】

以下、図１３を参照すると、同図は、Ｍ×Ｎアレイ３０４０（Ｍ＝２、Ｎ＝２）の実施形態の例示的な平面図を示しているが、本発明はこのような２×２アレイに限定されるものではない。アレイ３０４０は、図５Ａ、図６Ａ、図７Ａ、図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、図１０にそれぞれ示される上述したアレイ３００１，３００２，３００３，３００４，３００５，３００６，３００７のいずれかを代表したものであり、対応する第２の誘電体部分２５２０，２５２３、接続構造４０００，４０３０、および／またはモノリシック構造５０２０を有していない。図示されるように、アレイ３０４０は、導電性電磁反射部３５１０および導電性ベース３５１４（誘電体３１４０は隠れて見えない）を有する金属フェンス構造３５００、第１の誘電体部分２０２０、スロット付きフィード開口３１３０（上述したフィード構造のいずれかと置換可能）、および支持部分３０２０を備えた基板３２００を含む。以下、図１４Ａを図１３と組み合わせて参照すると、図１４Ａは、基板３２００へのアセンブリ前のモノリシック構造５０１０を示している。図示されるように、モノリシック構造５０１０は、複数の第２の誘電体部分２５２０と、複数の取付部分４０２０と、接続構造４０００，４０３０とを有する。接続構造４０００，４０３０は、第２の誘電体部分２５２０と取付部分４０２０との間の空間を完全に満たすものとして示されているが、これは例示のみを目的としたものであり、接続構造４０００，４０３０は、第２の誘電体部分２５２０と取付部分４０２０とを相互接続してモノリシック構造５０１０を形成する接続分岐のみを有する必要があることが理解され得る。例えば、図１４Ｂを参照すると、図１４Ｂは、図１４Ａに示されるものと同じ第２の誘電体部分２５２０および取付部分４０２０を示すが、接続構造４０００，４０３０は複数の相互接続リブであり、この組み合わせがモノリシック構造５０１０を形成する。図１４Ａと少なくとも図５Ａおよび図７Ａとの比較は、接続構造４０００，４０３０が基板３２００から離れた距離に配置され、空気または任意の非ガスの誘電体材料によって占められ得ることを示す。基板３２００に対して距離を置いて配置されたモノリシック構造５０１０のそれらの部分は、本明細書では非取付ゾーン４２２２とも呼ばれる。

【0040】

以下、図１５～図２１を参照すると、これらの図は、取付部分４０２０の代替配置、誘電体構造２０００のアレイレイアウト（図１５～図２１では誘電体構造２０００の第２の誘電体部分２５２０のみを図示している）、およびそれらによる接続構造４０００，４０３０を示している。図１５では、第２の誘電体部分２５２０が直線レイアウトで配置され、取付部分４１２０が第２の誘電体部分２５２０（およびそれによる誘電体構造２０００）を完全に取り囲むように配置されている。図１６では、第２の誘電体部分２５２０が直線レイアウトで配置され、取付部分４２２０が第２の誘電体部分２５２０を部分的に取り囲んで少なくとも１つの非取付領域４２２２がモノリシックと基板との間に存在するように配置されている。図１７では、第２の誘電体部分２５２０が非直線レイアウトで配置され、取付部分４１２０が図１５のものと同様に第２の誘電体部分２５２０を完全に取り囲むように配置されている。図１８では、第２の誘電体部分２５２０が非直線レイアウトで配置され、取付部分４３２０が図１５および図１７のものに類似して第２の誘電体部分２５２０を完全に取り囲むように配置される一方、追加のより厚い取付部分４３２２が例えばアレイのコーナーなどの戦略的位置に配置されている。図１９では、第２の誘電体部分２５２０が非直線レイアウトで配置され、取付部分４３２２は、図１８に示される追加のより厚い取付部分４３２２によって形成されるが図１８に示される周囲の取付部分４３２０を有しておらず、これによりモノリシックと基板との間に少なくとも１つの非取付領域４２２２が存在している。図２０では、第２の誘電体部分２５２０が非直線レイアウトで配置され、取付部分４４２０は、図１８に示される周囲の取付部分４３２０のわずかな部分とともに図１８に示される追加のより厚い取付部分４３２２によって形成されており、これによりモノリシックと基板との間には少なくとも１つの非取付領域４２２２が存在している。図２１では、第２の誘電体部分２５２０が非直線レイアウトで配置され、取付部分４５２０は、図１８に示される周囲の取付部分４３２０のさらなる部分とともに図１８に示される追加のより厚い取付部分４３２２によって形成されており、これによりモノリシックと基板との間には少なくとも１つの非取付領域４２２２が存在している。図１５～図２１の接続構造４０００，４０３０は、本明細書の開示と一致する任意の方法で、対応する取付部分４１２０，４２２０，４２２２，４３２０，４３２２，４４２０，４５２０と第２の誘電体部分２５２０とを相互接続するように形成され得る。

【0041】

以上の説明から、本発明の実施形態が含むＥＭデバイス１００では、基板３２００の少なくとも１つの支持部分３０２０の各々と接続構造４０００，４０３０の少なくとも１つの取付部分４０２０，４１２０，４２２０，４２２２，４３２０，４３２２，４４２０，４５２０のうちの対応する１つとが互いに取り付けられて第１の取付ゾーン４０２０，４１２０，４２２０，４２２２，４３２０，４３２２，４４２０，４５２０を画定し、アレイ３０００，３００１，３００２，３００３，３００４，３００５，３００６，３００７，３００８，３００９の各第１の誘電体部分２０２０と基板３２００とが互いに取り付けられて第２の取付ゾーン（第１の誘電体部分２０２０と基板３２００との間の全接触領域）を画定し、単一のモノリシック構造５０００，５０１０と基板３２００との間における第１の取付ゾーンまたは第２の取付ゾーン以外のゾーンにより非取付ゾーン４２２２が画定されることが理解され得る。一実施形態では、第１の取付ゾーンは第２の取付ゾーンを少なくとも部分的に取り囲む。あるいは、一実施形態では、第１の取付ゾーンは第２の取付ゾーンを完全に取り囲む。

【0042】

以上の説明から、本明細書の開示と一致する実施形態を提供するべく取付部分および接続構造とともに誘電体構造のレイアウトを構成するにあたっては多くの変形例が存在するためそれらを網羅的に列挙することはできないことが理解され得る。本明細書の開示と一致するそのような配置のあらゆるものが本明細書に開示される発明の範囲内に含まれることが意図されるとともに考慮される。

【0043】

以下、図２２～２３を参照すると、これらの図は、本明細書に開示され、図７Ａ，図１３，図１４Ａによって概略的に表される例示的な実施形態の利点を示す数学的モデリングデータを示している。図２２は、本明細書に開示される実施形態の第１の誘電体部分２０２０と第２の誘電体部分２５２０との両方を有する単一の放射誘電体構造２０００、より詳細には単一のユニットセル１０２０の性能特性、より詳細にはｄＢｉ利得およびＳ（１，１）反射損失を示す。図示されているように、帯域幅は６９ＧＨｚ～８５ＧＨｚの間で－１０ｄＢｉにおいて２１％であり、利得は、この２１％帯域幅における７９ＧＨｚで１２．３ｄＢｉのピークを有しつつ実質的に一定であり、この２１％帯域幅での３つの共振モードはＴＥモードＴＥ_０１，ＴＥ_０２，ＴＥ_０３である。図２３は、図２２に関するものと同じユニットセル１０２０のＳ（１，１）反射損失性能特性を、第２の誘電体部分２５２０を備える場合と備えない場合とで比較したものを示しており、本明細書に開示される実施形態の利点を示すために提示されている。曲線２３００は、第２の誘電体部分２５２０を備える場合のＳ（１，１）特性を示し、曲線２３１０は、第２の誘電体部分２５２０を備えない場合のＳ（１，１）特性を示している。同図から分かるように、第２の誘電体部分２５２０を使用することで、６９ＧＨｚから８５ＧＨｚまでの動作周波数範囲において少なくとも４０ｄＢｉだけ最小反射損失が向上する。

【0044】

以上の観点から、本明細書に開示されるＥＭデバイス１０００は、異なる中心周波数における少なくとも２つの共振モードを有する動作周波数範囲を有して動作可能であり、それら共振モードのうちの少なくとも１つは第２の誘電体部分２５２０の存在によってサポートされることが理解され得る。一実施形態では、少なくとも２つの共振モードはＴＥモードである。また、本明細書に開示されるＥＭデバイス１０００は、異なる中心周波数における少なくとも３つの共振モードを有する動作周波数範囲を有して動作可能であり、それら少なくとも３つの共振モードのうちの少なくとも２つが第２の誘電体部分２５２０の存在によってサポートされることが理解され得る。一実施形態では、少なくとも３つの共振モードはＴＥモードである。一実施形態では、ＥＭデバイス１０００は、動作周波数範囲内の最小反射損失値を有して動作可能であり、第２の誘電体部分２５２０を取り除くと、動作周波数範囲内の最小反射損失値が少なくとも５ｄＢｉ、あるいは少なくとも１０ｄＢｉ、あるいは少なくとも２０ｄＢｉ、あるいは少なくとも３０ｄＢｉ、さらにあるいは少なくとも４０ｄＢｉだけ増加する。

【0045】

図１Ｃ、図１Ｄ、および少なくとも図４を再度参照すると、一実施形態は、第２の誘電体部分２５５０（あるいは本明細書では電磁（ＥＭ）誘電体レンズと呼ばれる）を含み、この第２の誘電体部分２５０は、少なくとも１つの誘電体材料で形成された少なくとも１つのレンズ部分（本明細書ではこの部分も参照符号２５５０によって参照される）を有し、この少なくとも１つのレンズ部分２５５０は、その少なくとも１つの誘電体材料の境界によって輪郭形成されたキャビティ２７００を有することが理解され得る。一実施形態では、少なくとも１つのレンズ部分２５５０は、複数の積層レンズ部分（破線２５５２で示される）から形成される。一実施形態では、複数のレンズ部分２５５０，２５５２はアレイ状に配置される（例えば、図４のアレイ３０００を参照）。一実施形態では、複数のレンズ部分２５５０，２５５２が接続され（例えば、図４の接続構造４０００を参照）、それら複数のレンズ部分２５５０，２５５２の接続は少なくとも１つの誘電体材料によってもたらされる。一実施形態では、ＥＭ誘電体レンズ２５５０は全誘電体構造である。

【0046】

本明細書に開示されるＥＭデバイス１０００の構造の以上の説明の観点から、一実施形態は、そのようなＥＭデバイス１０００を形成する方法も含むことが理解され得る。この方法は、基板を提供すること；基板上に複数の第１誘電体部分（ＦＤＰ）を配置することであって、複数のＦＤＰの各ＦＤＰは近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含み、各ＦＤＰの近位端が基板上に配置されること；各ＦＤＰに近接して第２の誘電体部分（ＳＤＰ）を配置することであって、各ＳＤＰは近位端および遠位端を有するとともに空気以外の誘電体材料を含み、各ＳＤＰの近位端は対応するＦＤＰの遠位端に近接して配置されること、を含み、各ＦＤＰの誘電体材料は、対応するＳＤＰの誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有しており、各ＦＤＰおよび対応するＳＤＰによって誘電体構造が形成される。この方法の一実施形態において、各ＳＤＰは、非ガスの誘電体材料で形成された接続構造を介して少なくとも１つの他のＳＤＰに物理的に接続されており、接続構造および接続されたＳＤＰによって単一のモノリシック構造が形成される。この方法の一実施形態において、ＳＤＰを配置することは、各ＦＤＰに近接して単一のモノリシック構造を配置することを含む。この方法の一実施形態において、単一のモノリシック構造は、シームレスで連続的な構造を有する単一の誘電体材料である。この方法の一実施形態において、方法はさらに、単一のモノリシック構造を基板に取り付けることを含む。この方法の一実施形態において、上記取り付けることは、基板の支持プラットフォーム上に単一のモノリシック構造のポストを結合（bonding）によって取り付けることを含む。この方法の一実施形態において、上記取り付けることは、単一のモノリシック構造のスナップフィットポストを基板の肩部の孔にスナップフィットによって取り付けることを含む。この方法の一実施形態において、上記取り付けることは、単一のモノリシック構造の段差付きポストを一部分のみ基板の貫通孔に取り付けること、およびその貫通孔に結合材料を適用してポストを基板に結合することを含む。この方法の一実施形態において、誘電体構造は全誘電体構造である。

【0047】

以下、上記を全体的に参照するとともに、特に上記実施形態の代替実施形態を示す図２４Ａ～図３１を参照して、種々の態様を説明する。
［態様１］（例えば、図２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃと組み合わせて図３１を参照） 電磁デバイス６６００であって、第１の電磁（ＥＭ）信号フィード６３２２．１と、第１のＥＭ信号フィード６３２２．１に隣接して配置された第２のＥＭ信号フィード６３２２．２と、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の間に配置されるとともに第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２に対して隆起した導電性隆起領域６４２６とを備える電磁デバイス６６００。

【0048】

［態様２］ 第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２はフィード基板６３００上に配置されており、導電性隆起領域６４２６が金属めっき基板を含み、該金属めっき基板は、第１のＥＭ信号フィード６３２２．１上に配置された第１の長尺キャビティ６６０２と、第２のＥＭ信号フィード６３２２．２上に配置された第２の長尺キャビティ６６０４と、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の間に配置された前記導電性領域を形成する導電性長尺フィンガー６４２６とを含む、態様１の電磁デバイス６６００。

【0049】

［態様３］ フィード基板６３００が上部導電層６３０４を含み、導電性長尺フィンガー６４２６がフィード基板６３００の上部導電層６３０４に電気的に結合されている、態様２の電磁デバイス６６００。

【0050】

［態様４］ フィード基板６３００は、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２が配置される第１の部分６３２０と、第１の部分６３２０を延長した部分であって複数の誘電体構造６２００のための支持領域（上部導電層６３０４の上面）を提供する第２の部分６３３０と、を含み、前記複数の誘電体構造のうちの第１のセット６２００．１が第１のＥＭ信号フィード６３２２．１と電磁的に協働するように配置され、前記複数の誘電体構造のうちの第２のセット６２００．２が第２のＥＭ信号フィード６３２２．２と電磁的に協働するように配置され、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，２３２２．２が、第２の部分６３３０上ではなく、第１の部分６３２０上に配置されている、態様２または３の電磁デバイス６６００。

【0051】

［態様５］ 複数の誘電体構造６２００が第２の部分６３３０の前記支持領域上に配置されている、態様４の電磁デバイス６６００。
［態様６］ 複数の誘電体構造６２００の各々は、近位端６２０４および遠位端６２０６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）６２０２と、近位端６２５４および遠位端６２５６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）６２５２であって、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４がＦＤＰ６２０２の遠位端６２０６に近接して配置されたＳＤＰ６２５２とを含み、ＦＤＰ６２０２の誘電体材料が、ＳＤＰ６２５２の誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有する、態様４または５の電磁デバイス６６００。

【0052】

［態様７］ 少なくともＦＤＰ６２０２が誘電体共振器構造である、態様６の電磁デバイス６６００。
［態様８］ 各ＳＤＰ６２５２の遠位端６２５６が、隣接するＳＤＰ６２５２．１，６２５２．２を一体的に相互接続する相対的に薄い接続構造６２８０を有し、当該相対的に薄い接続構造６２８０が、側面視における所与のＳＤＰ６２５２の近位端６２５４の全体幅寸法Ｗ１に対して相対的に薄い、態様６または７の電磁デバイス６６００。

【0053】

［態様９］ ＦＤＰ６２０２が、１０以上２０以下の第１の誘電率Ｄｋ１を有し、ＳＤＰ６２５２が、空気の誘電率よりも大きく且つ９以下の第２の誘電率Ｄｋ２を有する、態様６～８のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0054】

［態様１０］ ＳＤＰ６２５２は、側面視において全体高さ寸法ＨＳを有し、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４は、側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し、ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下である、態様６～９のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0055】

［態様１１］ 電磁デバイス６６００がさらに、複数の電磁反射部６４１０を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造６４００を備えており、複数の電磁反射部６４１０の各々は、複数の誘電体構造６２００のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体構造６２００と１対１の対応関係で配置されており、ＥＭＲ構造６４００は、フィード基板６３００の第２の部分６３３０と電気的に導通するように配置されるとともに、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の間に配置された導電性隆起領域６４２６と電気的に導通するように配置されている、態様４～９のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0056】

［態様１２］ 第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の各々は、上部導電層６３０４の導電性材料の欠如部分６３２４．１，６３２４．２を介して上部導電層６３０４内に形成されている、態様１～３のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0057】

［態様１３］ 前記フィード基板が基板集積導波路（ＳＩＷ）６３００であり、当該フィード基板がさらに、下部導電層６３０２と、下部および上部導電層６３０２，６３０４の間に配置された誘電体層６３０６と、下部および上部導電層６３０２，６３０４の間に配置されるとともにそれらと電気的に導通するように配置された複数の導電性ビア６３０８であって、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２とそれぞれ電磁的に協働するＳＩＷ６３００の第１および第２の電磁（ＥＭ）導波路６３１０．１，６３１０．２を形成するように配置された複数の導電性ビア６３０８と、を含み、ＳＩＷ６３００の第１の部分６３２０が、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２を有するコプレーナ（coplanar）信号フィード構造を含み、ＳＩＷ６３００の第２の部分６３３０が、ＳＩＷ６３００の第１の部分６３２０を延長した部分であって、複数の誘電体共振器構造６２００（図２４Ａ、図２９Ａ、および図３０Ａを参照）のための支持部を提供するものであり、複数の誘電体共振器構造６２００のうちの第１のセット６２００．１が第１のＥＭ導波路６３１０．１と電磁的に協働するように配置され、複数の誘電体共振器構造６２００のうちの第２のセット６２００．２が第２のＥＭ導波路６３１０．２と電磁的に協働するように配置され、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２が、第２の部分６３３０ではなく第１の部分６３２０の上に配置されている、態様１２の電磁デバイス６６００。

【0058】

［態様１４］ 第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の各々は信号入力領域６３２６と信号出力領域６３２８を有し（例えば、図２４Ｃ参照）、信号出力領域６３２８は第２の部分６３３０から距離ｄを置いて配置され（例えば、図２４Ｃ参照）、ｄはゼロよりも大きく且つλ／２０以下であり、λは電磁デバイスの動作周波数における動作波長である、態様１２または１３の電磁デバイス６６００。

【0059】

［態様１５］（最も良く分かる図３１および図２４Ｃを参照） 電磁デバイス６６００がさらに、複数の電磁反射部６４１０を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造６４００を備えており、複数の電磁反射部６４１０の各々は、複数の誘電体共振器構造６２００のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体共振器構造６２００と１対１の対応関係で配置されており、ＥＭＲ構造６４００は、ＳＩＷ６３００の第２の部分６３３０の上部導電層６３０４と電気的に導通するように配置されるとともに、第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の間に配置された導電性隆起領域６４２６と電気的に導通するように配置されている、態様１２～１４のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0060】

［態様１６］ コプレーナ信号フィード構造の第１および第２のＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の各々は、約５０オームの信号入力インピーダンスおよび５０オームよりも大きな信号出力インピーダンスを有する、態様１２～１５のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0061】

［態様１７］ 第１および第２のＥＭ導波路６３１０．１、６３１０．２のうちの対応する１つの複数の導電性ビア６３０８は、対応するＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２の各側に且つその対応するＥＭ信号フィードに近接して配置されるとともに、ＳＩＷ６３００の側面視において、重なり合うビア６３１２（最も良く分かる図２４Ｂを参照）の壁を形成して対応するＥＭ信号フィード６３２２．１，６３２２．２からの横方向信号リークを低減するように互いに配置されている、態様１２～１５のいずれか一つの電磁デバイス６６００。

【0062】

［態様１８］ 複数の誘電体共振器構造６２００の各々は、近位端６２０４および遠位端６２０６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）６２０２と、近位端６２５４および遠位端６２５６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）６２５２であって、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４がＦＤＰ６２０２の遠位端６２０６に近接して配置されるＳＤＰ６２５２とを含み、ＦＤＰ６２０２の誘電体材料が、ＳＤＰ６２５２の誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有する、態様１２または１３の電磁デバイス６６００。

【0063】

［態様１９］ ＦＤＰ６２０２が１０以上２０以下の第１の誘電率Ｄｋ１を有し、ＳＤＰ６２５２が空気の誘電率よりも大きく且つ９以下の第２の誘電率Ｄｋ２を有する、態様１８の電磁デバイス６６００。

【0064】

［態様２０］ ＳＤＰ６２５２が側面視において全体高さ寸法ＨＳを有し、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４が側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し、ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下である、態様１８または１９の電磁デバイス６６００。

【0065】

［態様２１］（例えば、図２４Ａ、図２４Ｂ、および図２４Ｃを参照） 一実施形態の電磁（ＥＭ）デバイス６１００（図１ＡのＥＭデバイス１０００に類似するが、代替のＥＭ信号フィードおよび複数の代替の誘電体構造を有する）であって、複数の誘電体構造６２００を備え、各誘電体構造が、近位端６２０４および遠位端６２０６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第１の誘電体部分（ＦＤＰ）６２０２と、近位端６２５４および遠位端６２５６を有するとともに空気以外の誘電体材料を含む第２の誘電体部分（ＳＤＰ）６２５２であって、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４がＦＤＰ６２０２の遠位端６２０６に近接して配置されるＳＤＰ６２５２と、を含み、ＦＤＰ６２０２の誘電体材料が、ＳＤＰ６２５２の誘電体材料の平均誘電率よりも大きい平均誘電率を有し、ＳＤＰ６２５２が側面視において全体高さ寸法ＨＳ（例えば、図２４Ｂ参照）を有し、ＳＤＰ６２５２の近位端６２５４が側面視において全体幅寸法Ｗ１を有し（例えば、図２４Ｂ参照）、ＨＳがＷ１の２．５倍以上５５倍以下である、電磁デバイス６１００。

【0066】

［態様２２］ ＨＳがＷ１の３倍以上である、態様２１の電磁デバイス６１００。
［態様２３］ ＳＤＰ６２５２が略円筒形状を有する、態様２１または２２の電磁デバイス６１００。

【0067】

［態様２４］ 各ＳＤＰ６２５２の遠位端６２５６が、隣接するＳＤＰ６２５２．１，６２５２．２を一体的に相互接続する相対的に薄い接続構造６２８０を有し、当該相対的に薄い接続構造６２８０が、Ｗ１に対して相対的に薄い厚さｔを有する、態様２１～２３のいずれか一つの電磁デバイス６１００。一実施形態では、ｔは、Ｗ１の０．１倍以上０．５倍以下であるか、またはＷ１の０．１倍以上０．２倍以下である。

【0068】

［態様２５］ 電磁デバイス６１００は、複数の誘電体構造６２００が配置される基板集積導波路（ＳＩＷ）６３００をさらに備える、態様２１～２４のいずれか一つの電磁デバイス６１００。

【0069】

［態様２６］ ＳＩＷ６３００（図２４Ａおよび図２４Ｂと組み合わせることで最も良く分かる図２４Ｃを参照）は、下部導電層６３０２と、上部導電層６３０４と、下部および上部導電層６３０２，６３０４の間に配置された誘電体層６３０６と、下部および上部導電層６３０２，６３０４の間に配置されるとともにそれらと電気的に導通するように配置された複数の導電性ビア６３０８であって、ＳＩＷ６３００の電磁（ＥＭ）導波路６３１０を形成するように配置された複数の導電性ビア６３０８と、を含み、ＳＩＷ６３００の第１の部分６３２０が、上部導電層６３０４の導電性材料の欠如部分６３２４を介して上部導電層６３０４内に形成されるとともにＥＭ導波路６３１０と電磁的に協働するように配置されたコプレーナ（coplanar）信号フィード６３２２を含み、ＳＩＷ６３００の第２の部分６３３０が、ＳＩＷ６３００の第１の部分６３２０を延長した部分であって、ＥＭ導波路６３１０と電磁的に協働するように配置された複数の誘電体構造６２００のための支持部を提供するものであり（第１および第２の部分６３２０，６３３０の下部導電層６３０２が同一平面上にあるとともに、第１および第２の部分６３２０，６３３０の上部導電層６３０４が同一平面上にある）、信号フィード６３２２が、第２の部分６３３０ではなく第１の部分６３２０の上に配置されている、態様２５の電磁デバイス６１００。

【0070】

［態様２７］ 信号フィード６３２２が信号入力領域６３２６と信号出力領域６３２８を有し、信号出力領域６３２８が第２の部分６３３０から距離ｄを置いて配置されており、ｄはゼロよりも大きく且つλ／２０以下であり、λは電磁デバイス６１００の動作周波数における動作波長である、態様２６の電磁デバイス６１００。

【0071】

［態様２８］ 電磁デバイス６１００がさらに、複数の電磁反射部６４１０を有する電磁反射（ＥＭＲ）構造６４００を備えており、複数の電磁反射部６４１０の各々は、複数の誘電体構造６２００のうちの対応する１つの周囲に当該対応する誘電体構造６２００と１対１の対応関係で配置されており、ＥＭＲ構造６４００は、ＳＩＷ６３００の第２の部分６３３０の上部導電層６３０４と電気的に導通するように配置されている、態様２６または２７の電磁デバイス６１００。

【0072】

［態様２９］ ＥＭＲ構造６４００がＨＳの０．２５倍以下の高さＨＲを有する、態様２８の電磁デバイス６１００。
［態様３０］ コプレーナ信号フィード６３２２が、約５０オームの信号入力インピーダンスおよび５０オームよりも大きい信号出力インピーダンスを有する、態様２６または２７の電磁デバイス６１００。

【0073】

［態様３１］ ＥＭ導波路６３１０の複数の導電性ビア６３０８のうちの一部６３１２が、信号フィード６３０８の各側に且つその信号フィードに近接して配置されるとともに、ＳＩＷ６３００の側面視（例えば、図２４Ｂ参照）において、重なり合うビアの壁を形成して信号フィードからの横方向信号リークを低減するように互いに配置されている、態様２６または２７の電磁デバイス６１００。

【0074】

［態様３２］ 所与のＳＩＷ６３００内の複数の誘電体構造６２００の各々は、電磁デバイス６１００のｚ軸（例えば、図２４Ａ参照）に平行な中心垂直軸６２０８，６２１０であって、電磁デバイス６１００の平面視（例えば、図２４Ｃ参照）において、対応するＳＩＷ６３００の領域内で互いに横方向にオフセット６２１２された中心垂直軸６２０８，６２１０を有する、態様２６または２７の電磁デバイス６１００。

【0075】

［態様３３］ 所与のＳＩＷ６３００内の複数の誘電体構造６２００のうち最も近くに隣接する誘電体構造６２００同士の中心垂直軸６２０８，６２１０がλ／２の距離で互いに離れて配置されている、態様３２の電磁デバイス６１００。

【0076】

［態様３４］ 電磁デバイス６１００は、約５２．５ＧＨｚ～約６５ＧＨｚの間の周波数の信号フィード６３２２における電気的励起に応答して、図２５に示されている分析モデリングデータから観察される少なくとも４つの横方向電気（ＴＥ）放射モードを有する電磁放射場を放射するように動作可能である、態様２８の電磁デバイス６１００。本明細書に開示される背の高い（高アスペクト比の）ＳＤＰ６２５２を使用して少なくとも４つのＴＥ放射モードを放射できることの利点は、図２５に示された分析モデリングデータで観察されるように、平坦な利得を有する帯域幅が拡張されることにあり、図２５は、２０％の帯域幅で１０～１２ｄＢｉの利得を示している。図２５は、４つのＴＥ放射モード（ＴＥ１，ＴＥ２，ＴＥ３，ＴＥ４）のみを示しているが、本明細書に開示される教示を適用することによって、より多くのＴＥ放射モードが可能であり、それにより、利得、帯域幅、またはその両方をさらに改善することが意図されている。

【0077】

［態様３５］ 電磁デバイス６１００が４つのＴＥ放射モードにおいて少なくとも１０ｄＢｉの利得で動作可能である（例えば、図２５参照）、態様３４の電磁デバイス６１００。図２６、図２７、および図２８は、電磁デバイス６１００の追加の分析モデリングデータを示している。例えば、図２６は、約１３．３％の帯域幅で１２ｄＢｉを超える利得を示しており、図２７は、ファイ＝０度で０．６ｄＢｉの利得低下のみによる＋／－２度のビームスクイントを示しており、図２８は、ファイ＝９０度で０．６ｄＢｉの利得低下のみによる＋／－２度のビームスクイントを示している。

【0078】

［態様３６］（例えば、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃとともに図２９Ａ、図２９Ｂ、図２９Ｃを参照） 互いに並んで一体に配置された態様２８の複数の電磁デバイス６１００を備える電磁アレイ６５００であって、各下部導電層６０２が連続するとともに、各上部導電層６３０４が連続し、さらには各誘電体層６３０６が連続し、各電磁デバイス６１００の各ＥＭＲ構造６４００の組み合わせにより集合ＥＭＲ構造６４２０が形成されており、集合ＥＭＲ構造６４２０が、複数の電磁反射部６４１０を含む第１の部分６４２２と、複数の電磁反射（ＥＭＲ）延長部６４２６を含む第２の部分６４２４とを有し、隣接する信号フィード６３２２間の信号分離を改善するように各信号フィード６３２２の各側に複数のＥＭＲ延長部６４２６の１つが隣接している、電磁アレイ６５００。

【0079】

［態様３７］ 所与のＳＩＷ６３００内の複数の誘電体構造６２００のうち最も近くに隣接する誘電体構造６２００同士の中心垂直軸６２０８，６２１０が、λ／２の距離で互いに距離６２１２を置いて配置されている、態様３６の電磁アレイ６５００。

【0080】

［態様３８］（図２９Ａ、図２９Ｂ、図２９Ｃと組み合わせて全体として図３０Ａおよび図３０Ｂ、ここでは特に図３０Ｃを参照） 隣接するＳＩＷ６３００．１，６３００．２内の複数の誘電体構造６２００のうち最も近くに隣接する誘電体構造６２００同士の中心垂直軸６２１４，６２１６が、λ／４の距離で互いに距離６２１８を置いて配置されている、態様３７の電磁アレイ６５００。

【0081】

［態様３９］ ＦＤＰ６２０２が第１の誘電率値Ｄｋ１を有し、ＳＤＰ６２５２が第２の誘電率値Ｄｋ２を有し、ＳＩＷ６３００の誘電体層６３０６が第３の誘電率値Ｄｋ３を有し、Ｄｋ２がＤｋ１よりも小さく、Ｄｋ３がＤｋ１より小さい、態様２１～３８のいずれか一つの電磁デバイス６１００。

【0082】

［態様４０］ Ｄｋ３がＤｋ２以上である、態様３９の電磁デバイス６１００。
［態様４１］ Ｄｋ３がＤｋ１の０．５倍以下である、態様３９の電磁デバイス６１００。

【0083】

上述した態様１～４１に関して本明細書で使用される隆起という用語への言及は、図２４Ａ、図２９Ａ、および図３０Ａに示されるようなｘｙｚ直交座標系のｚ軸に沿った正のｚ方向の隆起を意味する。

【0084】

以上のすべての観点で、本明細書ではＥＭデバイスの特徴の特定の組み合わせについて説明したが、これらの特定の組み合わせは例示のみを目的としたものであり、本明細書に開示されるＥＭデバイスの特徴のいずれかの任意の組み合わせを本発明の実施形態に従って使用できることが理解され得る。このような組み合わせのすべてが本明細書では意図されるとともに本明細書に開示される発明の範囲内にあると見なされる。

【0085】

本明細書では例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能であり等価物で要素を置き換えることができることが当業者には理解され得る。本発明の本質的な範囲から逸脱することなく特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために多くの変形を行うことができる。したがって、本発明は、当該発明を実施するために考慮される最良または唯一の態様として本明細書に開示される特定の実施形態（群）に限定されず、特許請求の範囲内に含まれるすべての実施形態を含むことが意図される。図面および上記の説明では、特定の用語および／または寸法が採用され得るが、例示的な実施形態が開示されるものであり、特に明記されない限り、それらは一般的、例示的、および／または説明的な意味でのみ使用されており限定する目的ではない。したがって、特許請求の範囲はそのように限定されない。層、膜、領域、基板、または他の説明された特徴などの要素が他の要素の「上にある」と記載される場合、その要素は他の要素上に直接存在してもよいし、介在する要素が存在してもよい。これに対して、要素が他の要素の「直接上にある」と記載される場合、介在する要素は存在しない。第１、第２などの用語の使用は順序や重要性を示すものではなく、第１、第２などの用語は、ある要素を他の要素から区別するために使用される。１つなどの用語の使用は数量の制限を示すのではなく、参照される項目の少なくとも１つの存在を示す。本明細書で使用される「備える」という用語は、１つまたは複数の追加の特徴の潜在的包含を排除するものではない。また、本明細書で提供される背景技術の情報は、本明細書に開示された発明に潜在的に関連すると本出願人が考える情報を明らかにするために提供されている。このような背景情報のいずれかが本明細書に開示された発明の実施形態に対する先行技術を構成するものであると認めることを必ずしも意図するものではなくそのように解釈されるべきものでもない。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29A】

【図29B】

【図29C】

【図30A】

【図30B】

【図30C】

【図31】