特許 7209717 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 9/04 20060101AFI20230113BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20230113BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

H01Q9/04

H01Q15/08

H01Q21/06

【請求項の数】 70

(21)【出願番号】P 2020529551

(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】 US2019013577

(87)【国際公開番号】W WO2019140420

(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】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】16/246,880

(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】パンセ、クリスティ

(72)【発明者】

【氏名】タラスキー、ジャンニ

(72)【発明者】

【氏名】ジョージ、ロシン ローズ

【審査官】岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－００８５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２２３９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５４５３７５４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ９／０４

Ｈ０１Ｑ １５／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁デバイスであって、
誘電体構造を備え、該誘電体構造が、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の第１の平均誘電率を有する第１の誘電体材料による第１の誘電体部分（ＦＤＰ）であって、近位端が前記ＦＤＰの底部に近接して位置し、遠位端が前記ＦＤＰの頂部に近接して位置し、半球ドーム形か、長尺ドーム形か、垂直側壁とドーム形状の遠位端とを備える長尺ドーム形か、または凸状の遠位端を有する誘電体媒体の形の３次元（３Ｄ）形状を有する前記ＦＤＰと、
近位端および遠位端を有するとともに空気以外の第２の平均誘電率を有する第２の誘電体材料による第２の誘電体部分（ＳＤＰ）であって、近位端が前記ＳＤＰの底部に近接して位置し、遠位端が前記ＳＤＰの頂部に近接して位置し、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、を含み、
前記ＦＤＰの前記第１の誘電体材料の前記第１の平均誘電率は、前記ＳＤＰの前記第２の誘電体材料の前記第２の平均誘電率よりも大きく、
前記ＳＤＰは全体最大高さＨＳおよび全体最大幅ＷＳを有し、ＨＳはＷＳよりも大きく、
前記ＳＤＰは全体中間最大幅Ｗ１を有し、
ＷＳは前記ＳＤＰの遠位端に近接して位置し、Ｗ１は前記ＳＤＰの遠位端と近位端との間に位置し、
ＷＳはＷ１よりも大きく、
前記ＦＤＰは全体最大幅ＷＦを有し、
ＷＳおよびＷ１の少なくとも一方がＷＦよりも大きく、
ＨＳは、前記ＳＤＰの近位端から遠位端への方向に見たものであり、ＷＳ、Ｗ１、およびＷＦは、ＨＳと直交する方向に見たものであることを特徴とする電磁デバイス。

【請求項2】

前記誘電体構造が全誘電体構造である、請求項１に記載の電磁デバイス。

【請求項3】

前記ＦＤＰが単一の誘電体材料である、請求項１または２に記載の電磁デバイス。

【請求項4】

前記ＳＤＰが外側本体と内側領域とを含み、前記外側本体が第１の誘電率を有する誘電体材料を含み、前記内側領域が第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を含む、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】

前記内側領域が空気を含む、請求項４に記載の電磁デバイス。

【請求項6】

前記ＳＤＰは、前記ＳＤＰの近位端に近接する第１のｘｙ平面断面領域と、前記ＳＤＰの近位端と遠位端との間の第２のｘｙ平面断面領域とを有する３Ｄ形状を有し、前記第２のｘｙ平面断面領域が前記第１のｘｙ平面断面領域よりも大きい、請求項１～５のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項7】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰと直接密着して配置されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項8】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの５倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項9】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの３倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項10】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの２倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項11】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの１倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項12】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの１／２倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項13】

前記ＳＤＰが前記ＦＤＰの遠位端からλの１／１０倍以下の距離に配置されており、ここで、λは、動作中心周波数における自由空間波長である、請求項１～６のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項14】

前記ＦＤＰの誘電体材料が１０以上の誘電率を有し、
前記ＳＤＰの誘電体材料が９以下の誘電率を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項15】

前記ＦＤＰの誘電体材料が１１以上の誘電率を有し、
前記ＳＤＰの誘電体材料が５以下の誘電率を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項16】

前記ＦＤＰの誘電体材料が１２以上の誘電率を有し、
前記ＳＤＰの誘電体材料が３以下の誘電率を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項17】

前記ＦＤＰの誘電体材料が１０以上２０以下の誘電率を有し、
前記ＳＤＰの誘電体材料が２以上９以下の誘電率を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項18】

前記ＦＤＰの誘電体材料が１０以上１５以下の誘電率を有し、
前記ＳＤＰの誘電体材料が２以上５以下の誘電率を有する、請求項１～１３のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項19】

ＨＳがＷＳの１．５倍以上である、請求項６に記載の電磁デバイス。

【請求項20】

ＨＳがＷＳの２倍以上である、請求項６に記載の電磁デバイス。

【請求項21】

前記ＦＤＰが全体最大高さＨＦおよび全体最大幅ＷＦを有し、
ＨＳがＨＦよりも大きく、
ＷＳがＷＦよりも大きい、請求項６に記載の電磁デバイス。

【請求項22】

ＨＳがＨＦの５倍よりも大きく、
ＷＳがＷＦの１．２倍よりも大きい、請求項２１に記載の電磁デバイス。

【請求項23】

前記ＦＤＰが凸状の遠位端を含み、
前記ＳＤＰが平坦な遠位端を含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項24】

前記ＦＤＰが凸状の遠位端を含み、
前記ＳＤＰが凸状の遠位端を含む、請求項１～２２のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項25】

前記ＳＤＰの近位端が全体最大幅Ｗ１を有し、前記ＳＤＰの遠位端が全体最大幅ＷＳを有し、
ＷＳがＷ１よりも大きい、請求項１～２４のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項26】

アレイ状に配置された複数の誘電体構造を備え、
前記複数の誘電体構造の各ＳＤＰが、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いる、請求項１～２５のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項27】

各前記接続構造は、前記複数の誘電体構造のうちの１つの全体外形寸法と比較して相対的に薄く、また、各前記接続構造は、対応する前記接続された誘電体構造の全体高さよりも小さい断面全体高さを有するとともに非ガスの誘電体材料で形成され、各前記接続構造およびそれに関連する前記ＳＤＰが単一のモノリシック構造を形成する、請求項２６に記載の電磁デバイス。

【請求項28】

各前記接続構造は、前記電磁デバイスが動作可能な対応する動作中心周波数の自由空間波長よりも小さい断面全体高さを有する、請求項２７に記載の電磁デバイス。

【請求項29】

前記接続構造は、前記ＳＤＰの誘電体材料と同じ誘電体材料で形成されている、請求項２６～２８のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項30】

前記接続構造および前記ＳＤＰは、連続的なシームレス構造として単一のモノリシック構造を形成する、請求項２６～２９のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項31】

前記誘電体構造のアレイが配置される基板をさらに備え、前記基板が少なくとも１つの支持部分を含み、
前記接続構造が少なくとも１つの取付部分を含み、前記少なくとも１つの取付部分の各々が前記少なくとも１つの支持部分と１対１に対応する関係で配置されている、請求項２６～３０のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項32】

各前記ＳＤＰが、対応する１つの前記ＦＤＰの遠位端から規定のギャップによる距離を置いて配置されている、請求項２６～３１のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項33】

前記基板の前記少なくとも１つの支持部分の各々が下向きアンダーカット肩部を含み、
前記接続構造の前記少なくとも１つの取付部分の各々が、対応する前記下向きアンダーカット肩部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を含む、請求項３１に記載の電磁デバイス。

【請求項34】

前記基板の前記少なくとも１つの支持部分の各々が上向き支持面を含み、
前記接続構造の前記少なくとも１つの取付部分の各々が、対応する前記上向き支持面に対向して係合するように配置された下向き取付面を含む、請求項３１に記載の電磁デバイス。

【請求項35】

前記少なくとも１つの取付部分の各々が、前記少なくとも１つの支持部分のうちの対応する１つに接着される、請求項３４に記載の電磁デバイス。

【請求項36】

前記基板の前記少なくとも１つの支持部分の各々と、前記接続構造の前記少なくとも１つの取付部分のうちの対応する１つとが互いに取り付けられて第１の取付ゾーンを画定し、
前記アレイの各前記ＦＤＰと前記基板とが互いに取り付けられて第２の取付ゾーンを画定し、
前記接続構造と前記ＳＤＰとによって形成された単一のモノリシック構造と前記基板との間のゾーンであって、前記第１の取付ゾーンまたは前記第２の取付ゾーン以外のゾーンが非取付ゾーンを画定する、請求項３１に記載の電磁デバイス。

【請求項37】

前記第１の取付ゾーンが前記第２の取付ゾーンを少なくとも部分的に取り囲む、請求項３６に記載の電磁デバイス。

【請求項38】

前記第１の取付ゾーンが前記第２の取付ゾーンを完全に取り囲む、請求項３６に記載の電磁デバイス。

【請求項39】

前記基板は、複数の導電性電磁反射部を含む金属フェンス構造を備え、前記複数の導電性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誘電体構造と１対１の関係で配置されるとともに当該対応する誘電体構造を実質的に取り囲むように配置されている、請求項３１に記載の電磁デバイス。

【請求項40】

前記金属フェンス構造が単一の金属フェンス構造であり、
前記複数の導電性電磁反射部が前記単一の金属フェンス構造と一体的に形成されている、請求項３９に記載の電磁デバイス。

【請求項41】

前記基板および前記金属フェンス構造が、前記基板の前記少なくとも１つの支持部分の位置を規定する軸方向に整列した貫通孔をそれぞれ含む、請求項３９または４０に記載の電磁デバイス。

【請求項42】

前記少なくとも１つの取付部分の各々は、前記金属フェンス構造の複数の貫通孔のうちの対応する１つの内部に一部分のみが配置され、
前記金属フェンス構造の残りの貫通孔部分および前記基板の対応する貫通孔に結合材料が少なくとも部分的に配置される、請求項３９～４１のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項43】

前記接続構造の前記少なくとも１つの取付部分の各々は段差付きポスト端部を有するポストを形成し、
前記段差付きポスト端部が前記金属フェンス構造の複数の貫通孔のうちの対応する１つの内部に部分的に配置されている、請求項３９～４２のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項44】

前記ポストおよび前記段差付きポスト端部の少なくとも一方が円筒形である、請求項４３に記載の電磁デバイス。

【請求項45】

前記誘電体構造が誘電体共振器アンテナの少なくとも一部を形成する、請求項１～４４のいずれか一項に記載の電磁デバイス。

【請求項46】

前記誘電体共振器アンテナが、異なる中心周波数における少なくとも２つの共振モードを含む動作周波数範囲を有して動作可能であり、前記共振モードのうちの少なくとも１つが前記ＳＤＰの存在によってサポートされる、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項47】

前記少なくとも２つの共振モードがＴＥモードである、請求項４６に記載の電磁デバイス。

【請求項48】

前記誘電体共振器アンテナが、異なる中心周波数における少なくとも３つの共振モードを含む動作周波数範囲を有して動作可能であり、前記少なくとも３つの共振モードのうちの少なくとも２つが前記ＳＤＰの存在によってサポートされる、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項49】

前記少なくとも３つの共振モードがＴＥモードである、請求項４８に記載の電磁デバイス。

【請求項50】

前記誘電体共振器アンテナが動作周波数範囲における最小反射損失値を有して動作可能であり、前記ＳＤＰを取り除くと、前記動作周波数範囲における前記最小反射損失値が少なくとも５ｄＢ増加する、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項51】

前記誘電体共振器アンテナが動作周波数範囲における最小反射損失値を有して動作可能であり、前記ＳＤＰを取り除くと、前記動作周波数範囲における前記最小反射損失値が少なくとも１０ｄＢ増加する、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項52】

前記誘電体共振器アンテナが動作周波数範囲における最小反射損失値を有して動作可能であり、前記ＳＤＰを取り除くと、前記動作周波数範囲における前記最小反射損失値が少なくとも２０ｄＢ増加する、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項53】

前記誘電体共振器アンテナが動作周波数範囲における最小反射損失値を有して動作可能であり、前記ＳＤＰを取り除くと、前記動作周波数範囲における前記最小反射損失値が少なくとも３０ｄＢ増加する、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項54】

前記誘電体共振器アンテナが動作周波数範囲における最小反射損失値を有して動作可能であり、前記ＳＤＰを取り除くと、前記動作周波数範囲における前記最小反射損失値が少なくとも４０ｄＢ増加する、請求項４５に記載の電磁デバイス。

【請求項55】

請求項１に記載の前記電磁デバイスを製造する方法であって、
基板を提供すること、
前記基板上に複数の前記第１の誘電体部分（ＦＤＰ）を配置することであって、各前記ＦＤＰの前記近位端が前記基板上に配置されるように複数の前記ＦＤＰを配置すること、
各前記ＦＤＰに近接させて複数の前記第２の誘電体部分（ＳＤＰ）の一つを配置することであって、各前記ＳＤＰの前記近位端が対応する前記ＦＤＰの前記遠位端に近接して配置されるように複数の前記ＳＤＰの一つを配置すること、を備え、各前記ＦＤＰおよび対応する前記ＳＤＰにより誘電体構造が前記基板上に形成されることを特徴とする方法。

【請求項56】

各前記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つの他の前記ＳＤＰに物理的に接続されており、前記接続構造および前記接続されたＳＤＰにより単一のモノリシック構造が形成される、請求項５５に記載の方法。

【請求項57】

前記ＳＤＰを配置することが、
各前記ＦＤＰに近接して前記単一のモノリシック構造を配置することを含む、請求項５６に記載の方法。

【請求項58】

前記単一のモノリシック構造が、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、請求項５７に記載の方法。

【請求項59】

前記単一のモノリシック構造を前記基板に取り付けることをさらに備える請求項５７または５８に記載の方法。

【請求項60】

前記取り付けることが、
前記基板の支持プラットフォーム上に前記単一のモノリシック構造のポストを結合によって取り付けることを含む、請求項５９に記載の方法。

【請求項61】

前記取り付けることが、
前記単一のモノリシック構造のスナップフィットポストを前記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、請求項５９に記載の方法。

【請求項62】

前記取り付けることが、
前記単一のモノリシック構造の段差付きポストの一部分のみを前記基板の貫通孔に取り付けること、および、前記貫通孔内に結合材料を適用して前記ポストを前記基板に結合することを含む、請求項５９に記載の方法。

【請求項63】

前記誘電体構造が全誘電体構造である、請求項５５～６２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項64】

電磁誘電体レンズであって、
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つのレンズ部分を備え、前記少なくとも１つのレンズ部分が、前記少なくとも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を含み、
前記少なくとも１つのレンズ部分は全体最大高さＨＳおよび全体最大幅ＷＳを有し、ＨＳはＷＳよりも大きく、
前記少なくとも１つのレンズ部分は全体中間最大幅Ｗ１を有し、
ＷＳは前記少なくとも１つのレンズ部分の遠位端に近接して位置し、Ｗ１は前記少なくとも１つのレンズ部分の遠位端と近位端との間に位置し、
ＷＳはＷ１よりも大きく、
ＨＳは、前記少なくとも１つのレンズ部分の近位端から遠位端への方向に見たものであり、ＷＳおよびＷ１は、ＨＳと直交する方向に見たものであることを特徴とする電磁誘電体レンズ。

【請求項65】

前記少なくとも１つのレンズ部分が複数のレンズ部分を含む、請求項６４に記載の電磁誘電体レンズ。

【請求項66】

前記複数のレンズ部分がアレイ状に配置されている、請求項６５に記載の電磁誘電体レンズ。

【請求項67】

前記複数のレンズ部分が接続されている、請求項６５に記載の電磁誘電体レンズ。

【請求項68】

前記複数のレンズ部分の接続が前記少なくとも１つの誘電体材料によってもたらされる、請求項６７に記載の電磁誘電体レンズ。

【請求項69】

前記電磁誘電体レンズが全誘電体構造である、請求項６４～６８のいずれか一項に記載の電磁誘電体レンズ。

【請求項70】

前記キャビティは、前記少なくとも１つの誘電体材料の誘電率よりも小さい誘電率を有する誘電体材料を含む、請求項６４～６９のいずれか一項に記載の電磁誘電体レンズ。

【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誘電体構造を有し、前記誘電体構造は、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、空気以外の誘電体材料を有する前記ＳＤＰとを含み、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する。

【0004】

一実施形態は、電磁デバイスを形成する方法を含み、当該方法は、基板を提供すること、前記基板上に複数の第１の誘電体部分（ＦＤＰ）を配置することであって、前記複数のＦＤＰ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有し、各前記ＦＤＰの近位端が前記基板上に配置される、前記複数のＦＤＰを配置すること、および、各前記ＦＤＰに近接した第２の誘電体部分（ＳＤＰ）を配置することを含み、各前記ＳＤＰは近位端および遠位端を有し、各前記ＳＤＰの近位端は対応する前記ＦＤＰの遠位端に近接して配置され、各前記ＳＤＰは空気以外の誘電体材料を有し、各前記ＦＤＰの誘電体材料は、対応する前記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、各ＦＤＰおよび対応するＳＤＰにより誘電体構造が形成される。

【0005】

一実施形態は、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つのレンズ部分を有する電磁誘電体レンズを含み、前記少なくとも１つのレンズ部分は、前記少なくとも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を有する。

【0006】

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】

【0007】

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。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。

【0009】

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）。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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（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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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】