DE112019000418T5

DE112019000418T5 - Dielektrische Resonatorantenne mit ersten und zweiten dielektrischen Abschnitten

Info

Publication number: DE112019000418T5
Application number: DE112019000418.2T
Authority: DE
Inventors: Kristi Pance; Gianni Taraschi; Roshin Rose George
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-10-08
Also published as: JP2021510949A; US10910722B2; CN111602298A; KR20200100634A; JP7209717B2; US20190221940A1; WO2019140420A1

Abstract

Eine elektromagnetische Vorrichtung aufweisend: eine dielektrische Struktur mit: einem ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; und wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 16/246892 , eingereicht am 14. Januar 2019, die die Vorteile der am 21. Februar 2018 eingereichten, vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/633.256 beansprucht, die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden. Diese Anmeldung beansprucht auch die Vorteile der am 14. Januar 2019 eingereichten U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 16/246880 , die die Vorteile der am 15. Januar 2018 eingereichten, vorläufigen U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 62/617,358 beansprucht, die ebenfalls durch Verweis in vollem Umfang hierin einbezogen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich im Allgemeinen auf eine elektromagnetische Vorrichtung, insbesondere auf ein dielektrisches Resonator-Antennensystem (DRA), und im Besonderen auf ein DRA-System mit ersten und zweiten dielektrischen Abschnitten zur Verbesserung des Gewinns, der Rückflussdämpfung und der Isolierung, die mit einer Vielzahl dielektrischer Strukturen innerhalb des DRA-Systems verbunden sind.
Während die vorhandenen DRA-Resonatoren und -Anordnungen für den beabsichtigten Zweck geeignet sein mögen, würde der Stand der Technik der DRAs mit einer verbesserten DRA-Struktur zum Aufbau eines DRA-Systems mit hohem Gewinn und hoher Richtcharakteristik im Fernfeld vorangetrieben, das bestehende NachAbschnitte wie z.B. begrenzte Bandbreite, begrenzte Effizienz, begrenzten Gewinn, begrenzte Richtcharakteristik oder komplexe Herstellungstechniken überwinden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform beinhaltet ein elektromagnetisches Vorrichtung mit: einer dielektrischen Struktur, die beinhaltet: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; und wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer ist als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP.
Eine Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Vorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats; Anordnen einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten, FDPs, auf dem Substrat, wobei jeder FDP der Vielzahl von FDPs ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist und ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist, wobei das proximale Ende jedes FDPs auf dem Substrat angeordnet ist; Anordnen eines zweiten dielektrischen Abschnitts, SDP, in der Nähe jedes FDP, wobei jeder SDP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei das proximale Ende jedes SDP in der Nähe des distalen Endes eines entsprechenden FDP angeordnet ist, wobei jeder SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist, wobei das dielektrische Material jedes FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer ist als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials eines entsprechenden SDP, wobei jeder FDP und der entsprechende SDP eine dielektrische Struktur bilden.
Eine Ausführungsform, die eine elektromagnetische dielektrische Linse enthält, mit: mindestens einem Linsenabschnitt, der aus mindestens einem dielektrischen Material gebildet ist, wobei der mindestens eine Linsenabschnitt einen Hohlraum aufweist, der durch die Grenze des mindestens einen dielektrischen Materials umrissen ist.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Bezug nehmend auf die beispielhaften, nicht einschränkenden Zeichnungen, wobei gleichartige Elemente in den begleitenden Abbildungen gleich nummeriert sind:

1A zeigt eine gedrehte perspektivische Ansicht einer Einheitszelle einer elektromagnetischen EM-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1B zeigt eine Seitenansicht der Einheitszelle von 1A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1C zeigt eine gedrehte perspektivische Ansicht einer Einheitszelle, die eine Alternative zu der in 1A dargestellten Zelle darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1D zeigt eine Seitenansicht der Einheitszelle von 1C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Seitenansicht einer Einheitszelle ähnlich, aber alternativ zu 1 B und 1D, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
3 zeigt eine Seitenansicht einer Einheitszelle ähnlich, aber alternativ zu der von 1 B, 1D und 2, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
4 zeigt eine Seitenansicht einer MxN-Anordnung bzw. Arrays, wobei M=6, von einer Vielzahl von Einheiten Zellen von 1B in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
5A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen von 1B gemäß einer Ausführungsform;
5B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 5A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
6A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
6B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 6A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
7A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2 ist, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A und 6A ähnlich, aber alternativ dazu sind, entsprechend einer Ausführungsform;
7B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 7A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
8A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 6A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
8B zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 7A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
9A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 8A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
9B zeigt eine vergrößerte Ansicht von Detail 9B von 9A;
10 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 9A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
11 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A ähnlich, aber alternativ sind, gemäß einer Ausführungsform;
12 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 11 ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
13 zeigt eine Draufsicht eines MxN-Arrays, wobei M=2 und N=2, einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform;
14A zeigt eine Draufsicht einer monolithischen Struktur mit einer MxN-Anordnung, wobei M=2 und N=2, aus einer Vielzahl von zweiten dielektrischen Abschnitten und einer Vielzahl von Montageabschnitten, die über eine Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind, entsprechend einer Ausführungsform;
14B zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A ähnlich, aber alternativ ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
15 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-14B ähnlich, aber alternativ ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
16 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-15 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
17 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-16 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
18 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-17 ähnlich, aber alternativ zu dieser ist;
19 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-18 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
20 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-19 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
21 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-20 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
22 stellt mathematische Modellierungsleistungsmerkmale einer einzelnen Einheitszelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform dar; und
23 stellt mathematische Leistungsmerkmale dar, die die S(1, 1)-Rückflussdämpfungs-Leistungsmerkmale einer Einheitszelle gemäß einer Ausführungsform mit einer ähnlichen Einheitszelle vergleichen, bei der jedoch ein Element gemäß der Ausführungsform fehlt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Obgleich die folgende detaillierte Beschreibung zur Veranschaulichung viele Besonderheiten enthält, wird jeder, der über gewöhnliches Fachwissen verfügt, zu schätzen wissen, dass viele Variationen und Änderungen der folgenden Details in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen. Dementsprechend werden die folgenden Beispielausführungen ohne Verlust an Allgemeingültigkeit und ohne Einschränkung der beanspruchten Erfindung dargestellt.
Eine Ausführungsform, wie sie durch die verschiedenen Abbildungen und den begleitenden Text gezeigt und beschrieben wird, bietet eine elektromagnetische Vorrichtung in Form einer dielektrischen Struktur mit einem ersten dielektrischen Abschnitt und einem zweiten dielektrischen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten dielektrischen Abschnitt strategisch so angeordnet ist, dass ein verbesserter Gewinn, eine verbesserte Bandbreite, eine verbesserte Rückflussdämpfung und/oder eine verbesserte Isolierung erzielt wird, wenn zumindest der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt wird, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld abzustrahlen (z.B. elektromagnetisch in Resonanz zu treten und abzustrahlen). In einer Ausführungsform wird nur der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen (z.B. elektromagnetisch in Resonanz zu treten und auszustrahlen). In einer anderen Ausführungsform werden sowohl der erste dielektrische Abschnitt als auch der zweite dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen. In einer Ausführungsform, in der nur der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch zur Ausstrahlung eines elektromagnetischen Feldes im Fernfeld angeregt wird, kann der erste dielektrische Abschnitt als ein elektromagnetischer dielektrischer Resonator und der zweite dielektrische Abschnitt als ein dielektrischer elektromagnetischer Strahlformer betrachtet werden. In einer Ausführungsform, in der sowohl der erste dielektrische Abschnitt als auch der zweite dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt werden, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen, kann die Kombination des ersten dielektrischen Abschnitts und des zweiten dielektrischen Abschnitts als ein elektromagnetischer dielektrischer Resonator betrachtet werden, und in der der zweite dielektrische Abschnitt auch als ein dielektrischer elektromagnetischer Strahlformer betrachtet werden kann. In einer Ausführungsform ist die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur (z.B. ohne eingebettetes Metall oder Metallpartikel).
1A und 1B stellen eine elektromagnetische EM-Vorrichtung 1000 mit einer dielektrischen Struktur 2000 dar, die aus einem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 und einem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 besteht. Der erste dielektrische Abschnitt 2020 hat ein proximales Ende 2040 und ein distales Ende 2060 und eine dreidimensionale 3D-Form 2080 mit einer Protuberanzrichtung vom proximalen Ende 2040 zum distalen Ende 2060, die parallel zu einer z-Achse eines orthogonalen x,y,z-Koordinatensystems ausgerichtet ist. Für die hierin angegebenen Zwecke ist die z-Achse des orthogonalen x-,y-,z-Koordinatensystems mit einer vertikalen Mittelachse eines zugehörigen ersten dielektrischen Abschnitts 2020 ausgerichtet und fällt mit dieser zusammen, wobei die x-z, y-z und x-y-Ebenen wie in den verschiedenen Abbildungen dargestellt orientiert sind und die z-Achse orthogonal zu einem Substrat der EM-Vorrichtung 1000 ist. So gesagt wird klar, dass ein rotationsübersetztes orthogonales x', y', z'-Koordinatensystem verwendet werden kann, bei dem die z'-Achse nicht orthogonal zu einem Substrat der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alle derartigen orthogonalen Koordinatensysteme, die für einen hierin offenbarten Zweck geeignet sind, werden in Betracht gezogen und fallen in den Anwendungsbereich einer hierin offenbarten Erfindung. Der erste dielektrische Abschnitt 2020 besteht aus einem dielektrischen Material, Dk-Material, das von Luft verschieden ist, aber in einer Ausführungsform einen inneren Bereich aus Luft, Vakuum oder einem anderen Gas enthalten kann, der für einen hierin offenbarten Zweck geeignet ist, wenn der erste dielektrische Abschnitt 2020 hohl ist. In einer Ausführungsform hat der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine 3D-Form in Form einer halbkugelförmigen Kuppel oder in Form einer langgestreckten Kuppel mit vertikalen Seitenwänden und einem kuppelförmigen oberen oder distalen Ende 2060, oder allgemein in der Form mit einem konvexen distalen Ende 2060. In einer Ausführungsform kann der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine geschichtete Anordnung dielektrischer Schalen zur Abbildung der halbkugelförmigen Kuppel umfassen, wobei jede aufeinanderfolgende, nach außen angeordnete Schicht eine benachbarte, nach innen angeordnete Schicht im wesentlichen einbettet und in direktem Kontakt mit ihr steht. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 hat ein proximales Ende 2540 und ein distales Ende 2560, wobei das proximale Ende 2540 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 in der Nähe des distalen Endes 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet ist, um die dielektrische Struktur 2000 zu bilden. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 besteht aus einem anderen dielektrischen Material als Luft. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 hat eine 3D-Form mit einer ersten Querschnittsfläche 2580 in der x-y-Ebene in der Nähe des proximalen Endes 2540 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und einer zweiten Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene zwischen dem proximalen Ende 2540 und dem distalen Ende 2560 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520, wobei die zweite Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene größer ist als die erste Querschnittsfläche 2580 in der x-y-Ebene. In einer Ausführungsform sind die erste Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2580 und die zweite Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2600 kreisförmig, aber in einigen anderen Ausführungsformen können sie ovaloid oder jede andere Form sein, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist. In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 eine dritte Querschnittsfläche 2640 in der x-y-Ebene, die zwischen der zweiten Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene und dem distalen Ende 2560 angeordnet ist, wobei die dritte Querschnittsfläche 2640 in der x-y-Ebene größer ist als die zweite Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene. In einer Ausführungsform ist das distale Ende 2560 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 planar. In einer Ausführungsform hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante, die größer ist als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520. In einer Ausführungsform ist die dielektrische Struktur 2000 eine rein dielektrische Struktur ohne eingebettetes Metall oder Metallpartikel, zum Beispiel. In einer Ausführungsform ist der erste dielektrische Abschnitt 2020 ein einziges dielektrisches Material.
In einer Ausführungsform hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 9. Alternativ dazu hat das Dielektrikum des Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 11 und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 5. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 12 und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 3. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 9. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 15, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 5. Ferner hat alternativ dazu das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine mittlere Dielektrizitätskonstante, die größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft und gleich oder kleiner als 9 ist.
In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, WS, wobei HS größer als WS ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von WS. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2-fache von WS.
In einer Ausführungsform hat der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine maximale Gesamthöhe, HF, und eine maximale Gesamtbreite, WF, wobei HS größer als HF und WS größer als WF ist. In einer Ausführungsform ist HS größer als das 5-fache von HF und WS größer als das 1,2-fache von WF.
In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 einen ersten Unterabschnitt 2519 in der Nähe des proximalen Endes 2540 und einen zweiten Unterabschnitt 2521 in der Nähe des distalen Endes 2560, wobei die zweite Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2600 im ersten Unterabschnitt 2519 und die dritte Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2640 im zweiten Unterabschnitt 2521 enthalten ist. In einer Ausführungsform hat der erste Unterabschnitt 2519 eine zylindrische 3D-Form mit dem Durchmesser W1, und der zweite Unterabschnitt 2521 hat eine kegelstumpfförmige 3D-Form mit einem unteren Durchmesser von W1, der sich auf einen oberen Durchmesser von WS ausdehnt, so dass WS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser W1 größer als der Durchmesser WF.
In einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf 1C und 1D hat eine EM-Vorrichtung 1001, ähnlich wie die EM-Vorrichtung 1000, bei dem ähnliche Merkmale gleich nummeriert sind, einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2550 ähnlich dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 der 1A und 1B, aber mit einem inneren Bereich 2700 innerhalb des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550, der aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante hergestellt ist, die kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante des verbleibenden äußeren Körperabschnitts des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550. In einer Ausführungsform ist der innere Bereich 2700 Luft. Allgemein gesagt ist der äußere Körperabschnitt des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550 aus einem dielektrischen Material mit einer ersten Dielektrizitätskonstante und der innere Bereich 2700 aus einem dielektrischen Material mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante, die kleiner als die erste Dielektrizitätskonstante ist, hergestellt. Andere Merkmale der EM-Vorrichtung 1001 sind ähnlich oder identisch mit denen der EM-Vorrichtung 1000.
Es wird nun auf 2 und 3 verwiesen, wobei 2 ein EM-Vorrichtung 1002 und 3 ein EM-Vorrichtung 1003 darstellt, und wobei beide EM-Vorrichtungen 1002, 1003 der EM-Vorrichtung 1000 ähneln, wobei gleichartige Merkmale gleich nummeriert sind.
In einer Ausführungsform hat die in 2 dargestellte EM-Vorrichtung 1002 einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2522, der dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 von 1A und 1B ähnlich ist, aber eine zylindrische Form mit einem Durchmesser W1 hat, der sich über die gesamte Höhe HS des zweiten dielektrischen Abschnitts 2522 erstreckt. Das heißt, der zweite dielektrische Abschnitt 2522 ähnelt einer verlängerten Version des ersten Unterabschnitts 2519 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 der EM-Vorrichtung 1000. In einer Ausführung hat der zweite dielektrische Abschnitt 2522 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, W1, wobei HS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von W1. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2fache von W1.
In einer Ausführungsform hat die in 3 dargestellte EM-Vorrichtung 1003 einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2523 mit einer ähnlichen maximalen Gesamtbreite W1 und maximalen Gesamthöhe HS wie der zweite dielektrische Abschnitt 2522 der EM-Vorrichtung 1002, jedoch mit einer 3D-Form, einem unteren Abschnitt 2524 mit im wesentlichen vertikalen Seitenwänden und einem oberen Abschnitt 2525 mit einer abgestumpften ellipsoidischen Form. Vergleicht man 3 mit 1A, 1B, 1C, 1D und 2, so wird deutlich, dass nicht nur der erste dielektrische Abschnitt 2020 ein konvexes distales Ende 2060 haben kann, sondern auch der zweite dielektrische Abschnitt 2523 ein konvexes distales Ende 2560 haben kann. In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2523 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, W1, wobei HS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von W1. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2fache von W1.
Durch die Anordnung der Höhen-zu-Breiten-Verhältnisse des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520, 2521, 2522, wie hier offengelegt, werden höhere TE (transversale elektrische) Moden unterstützt, was eine breitere TE-Fernfeld-Strahlungsbandbreite ergibt.
In einer Ausführungsform ist der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in direktem, innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 angeordnet. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist jedoch nicht so begrenzt. In einer Ausführungsform ist der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Fünffache von λ ist, wobei λ eine Freiraum-Wellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist, dargestellt durch die gestrichelten Linien 2530 in 1B. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Dreifache von λ ist. Alternativ ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Zweifache von λ ist. Alternativ ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Einfache von λ ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Einfache von λ ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder weniger als das Zehnfache des Zehnfachen von λ ist.
Es wird nun auf 4 verwiesen, das eine Vielzahl beliebiger der hier offengelegten dielektrischen Strukturen 2000 in einem Array 3000 darstellt, wobei jeder zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 der jeweiligen der Vielzahl der dielektrischen Strukturen 2000 physikalisch mit mindestens einem anderen der jeweiligen zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 über eine Verbindungsstruktur 4000 verbunden ist. In einer Ausführungsform ist jede Verbindungsstruktur 4000 relativ dünn (in der Ebene der Seite) im Vergleich zu einer Gesamtaußenabmessung, z.B. WS oder HS, einer der Mehrzahl der dielektrischen Strukturen 2000. In einer Ausführung ist jede Verbindungsstruktur 4000 aus einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material gebildet und hat eine Querschnittsgesamthöhe HC, die kleiner ist als eine Gesamthöhe HS einer entsprechenden verbundenen dielektrischen Struktur 2000. In einer Ausführungsform bildet jede Verbindungsstruktur 4000 und der zugehörige zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 eine einzelne monolithische Struktur 5000. In einer Ausführungsform hat jede Verbindungsstruktur 4000 eine Querschnitts-Gesamthöhe HC, die kleiner ist als eine Freiraum-Wellenlänge λ einer entsprechenden Betriebs-Mittenfrequenz, bei der das zugehörige EM-Vorrichtung 1000 in Betrieb ist. In einer Ausführungsform besteht die Verbindungsstruktur 4000 aus einem dielektrischen Material, das mit dem dielektrischen Material der entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 identisch ist. In einer Ausführungsform bilden die Verbindungsstruktur 4000 und die entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 die oben erwähnte einzelne monolithische Struktur 5000 als nahtlose zusammenhängende Struktur.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die oben genannten Zahlen zusammen und unter besonderer Bezugnahme auf 4, enthält eine Ausführungsform der EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 oder des Arrays 3000 dielektrischer Strukturen 2000, ferner ein Substrat 3200, auf dem die einzelnen oder das Array dielektrischer Strukturen 2000 angeordnet sind. In einer Ausführungsform enthält das Substrat 3200 ein Dielektrikum 3140 und eine Metallzaunstruktur 3500, die auf dem Dielektrikum 3140 angeordnet ist. In Bezug auf das Array 3000 von 4 hat das Substrat 3200 mindestens einen Trägerabschnitt 3020 und die Verbindungsstruktur 4000 mindestens einen Montageabschnitt 4020. In einer Ausführungsform ist jeder der mindestens einen Montageabschnitte 4020 in einer eins-zu-eins-Beziehung entsprechend dem mindestens einen Trägerabschnitt 3020 angeordnet.
Unter weiterer allgemeiner Bezugnahme auf die oben genannten Figuren zusammen und unter besonderer Bezugnahme auf 4, enthält eine Ausführungsform der EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 oder des Arrays 3000 dielektrischer Strukturen 2000, die Metallzaunstruktur 3500 eine Vielzahl von elektrisch leitenden elektromagnetischen Reflektoren 3510, die eine Aussparung 3512 mit einer elektrisch leitenden Basis 3514 umgeben, wobei jeder der Vielzahl von Reflektoren 3510 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zu entsprechenden der Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000 angeordnet ist und im wesentlichen jede entsprechende der Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000 umgibt. In einer Ausführungsform ist die Metallzaunstruktur 3500 eine einheitliche Metall-Zaunstruktur, und die Vielzahl elektrisch leitender elektromagnetischer Reflektoren 3510 ist einstückig mit der einheitlichen Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet.
In einer Ausführungsform enthält jede jeweilige EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 eine Signalzuführung 3120 zur elektromagnetischen Anregung einer gegebenen dielektrischen Struktur 2000, wobei die Signalzuführung 3120 von der Metallzaunstruktur 3500 über das Dielektrikum 3140 getrennt ist, das in einer Ausführungsform ein anderes dielektrisches Medium als Luft ist, und wobei in einer Ausführungsform die Signalzuführung 3120 ein Mikrostreifen mit Schlitzblende 3130 ist (siehe z.B. 1A). Die Anregung einer gegebenen dielektrischen Struktur 2000 kann jedoch durch jede Signalzuführung erfolgen, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist, wie z.B. ein Kupferdraht, ein Koaxialkabel, ein Mikrostreifen (z.B. mit geschlitzter Apertur), eine Streifenleitung (z.B. mit geschlitzter Apertur), ein Wellenleiter, ein oberflächenintegrierter Wellenleiter, ein substratintegrierter Wellenleiter oder eine leitende Tinte, die z.B. elektromagnetisch mit der jeweiligen dielektrischen Struktur 2000 gekoppelt ist. Wie von einem Fachmann geschätzt werden wird, ist der Ausdruck elektromagnetisch gekoppelt ein Kunstbegriff, der sich auf eine absichtliche Übertragung elektromagnetischer Energie von einem Ort zu einem anderen bezieht, ohne notwendigerweise einen physischen Kontakt zwischen den beiden Orten zu beinhalten, und der sich in Bezug auf eine hier offen gelegte Ausführungsform insbesondere auf eine Wechselwirkung zwischen einer Signalquelle mit einer elektromagnetischen Resonanzfrequenz bezieht, die mit einem elektromagnetischen Resonanzmodus der zugehörigen dielektrischen Struktur 2000 zusammenfällt. Eine einzelne Einheit aus der Kombination einer dielektrischen Struktur 2000 und einer entsprechenden elektromagnetisch reflektierenden Metallzaunstruktur 3500, wie sie z.B. in 1A dargestellt ist, wird hier als eine Einheitszelle 1020 bezeichnet.
Wie in 4 dargestellt, haben das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530, die eine Stelle des mindestens einen Trägerabschnitts 3020 des Substrats 3200 definieren. In einer Ausführungsform ist jeder der mindestens einen Halterungsabschnitte 4020 in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit jedem der mindestens einen Trägerabschnitte 3020 angeordnet. In einer Ausführungsform wird jeder der mindestens einen Halterungsabschnitte 4020 an einen entsprechenden der mindestens einen Trägerabschnitte 3020 geklebt oder anderweitig befestigt. 4 zeigt und MxN-Array 3000 mit einer sechs-breiten Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000, wobei M=6. In einer Ausführungsform kann N auch gleich 6 sein oder einer beliebigen Anzahl dielektrischer Strukturen 2000 entsprechen, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet sind. Darüber hinaus wird es begrüßt, dass die hier angegebene Anzahl von MxN dielektrischer Strukturen in einem gegebenen Array lediglich der Veranschaulichung dient und dass die Werte sowohl für M als auch für N jede beliebige Zahl sein können, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist. Als solche wird jede MxN-Anordnung in Betracht gezogen, die in den Anwendungsbereich der hier offenbarten Erfindung fällt.
Es wird nun auf 5A bis 10 verwiesen.
5A zeigt ein MxN-Array 3001, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3000 von 4, wobei das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530 aufweisen, die eine Position der jeweiligen Trägerabschnitte 3020 des Substrats 3200 definieren, und die jeweiligen Befestigungsabschnitte 4020 innerhalb der entsprechenden Durchgangslöcher 3030, 3530 des Dielektrikums 3140 bzw. der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet sind. 5B zeigt das Array 3001 aus 5A vor der Montage der monolithischen Struktur 5010, ähnlich der oben beschriebenen monolithischen Struktur 5000, auf dem Substrat 3200. Wie dargestellt, ist das Array 3001 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4000, das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 bedeckt alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 steht in direktem innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020, wie durch die gestrichelten Linien 5012 in 5A dargestellt.
6A zeigt ein MxN-Array 3002, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3001 von 5A, wobei das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530 aufweisen, die eine Stelle des mindestens einen Trägerabschnitts 3020 des Substrats 3200 definieren, und die jeweiligen Befestigungsabschnitte 4020 innerhalb der entsprechenden Durchgangslöcher 3530 der Metallzaunstruktur 3500, nicht aber die Durchgangslöcher 3030 des Dielektrikums 3140, angeordnet sind. In einer Ausführungsform sind die Durchgangslöcher 3030 des Dielektrikums 3140 mit einem Bindematerial 3012, wie z.B. einem Klebstoff, gefüllt, das die Montageabschnitte 4020 der monolithischen Struktur 5020, ähnlich der in 5A dargestellten monolithischen Struktur 5010, auf dem Substrat 3200 befestigt. 6B zeigt das Array 3002 aus 6A vor der Montage der monolithischen Struktur 5020 auf dem Substrat 3200. Wie dargestellt, ist das Array 3002 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4000, wobei das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 nicht alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 bedeckt, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, wo ein Spalt 5014 zwischen dem proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und der elektrisch leitenden Basis 3514 der Metallzaunstruktur 3500 vorhanden ist, auf der der erste dielektrische Abschnitt 2020 angeordnet ist, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 in direktem innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 steht, wie durch die gestrichelten Linien 5012 in 5 dargestellt. 5A.
7A zeigt ein MxN-Array 3003, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich wie die Arrays 3001, 3002 von 5A bzw. 6A, jedoch mit einigen alternativen Merkmalen. Wie in 7A dargestellt, fehlt dem Dielektrikum 3140 ein Durchgangsloch im Bereich der Befestigungsabschnitte 4020 der Verbindungsstruktur 4030, ähnlich, aber alternativ zur Verbindungsstruktur 4000, und die Metallzaunstruktur 3500 hat ausgesparte Stützflächen 3540, auf denen die Befestigungsabschnitte 4020 sitzen und die den mindestens einen Trägerabschnitt 3020 bilden. In einer Ausführungsform sichert ein Verbindungsmaterial 3012 die Befestigungsabschnitte 4020 der monolithischen Struktur 5030, ähnlich den monolithischen Strukturen 5010, 5020, an den vertieften Stützflächen 3540. 7B zeigt das Array 3003 von 7A vor der Montage der monolithischen Struktur 5030 auf dem Substrat 3200. Alternativ dazu enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach oben weisende Trägerfläche 3540, und jeder Montageabschnitt 4020 der Verbindungsstruktur 4030 enthält eine nach unten weisende Montagefläche 4024, die in direktem Kontakt mit einer entsprechenden nach oben weisenden Trägerfläche 3540 angeordnet ist.
Wie dargestellt, ist das Array 3003 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4030, wobei das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 nicht alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 abdeckt, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, wobei ein Spalt 5014 zwischen dem proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und der elektrisch leitenden Basis 3514 der Metallzaunstruktur 3500 vorhanden ist, auf der der erste dielektrische Abschnitt 2020 angeordnet ist, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet ist, wie durch den Spalt 5016 in 7A. Vergleicht man die Verbindungsstruktur 4030 von 7A mit der Verbindungsstruktur 4000 von 5A, so hat die Verbindungsstruktur 4000 eine Querschnittsgesamthöhe HC und die Verbindungsstruktur 4030 eine Querschnittsgesamthöhe HC1, wobei HC1 kleiner als HC ist. In einer Ausführungsform ist HC1 gleich oder kleiner als das Einfache von λ, wobei λ eine Freiraum-Wellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder kleiner als das halbe Vielfache von λ, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als das Viertelfache von λ. Alternativ ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als ein Fünftel mal so gross wie λ. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als ein Zehntel von λ.
8A zeigt ein MxN-Array 3004, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3004 von 6A, bei dem die Höhe der Verbindungsstruktur jedoch HC1 im Gegensatz zu HC ist. Andere ähnliche Merkmale wie in FIG.. 8 und 6A sind gleich nummeriert.
8B zeigt ein MxN-Array 3005, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich der Kombination des Arrays 3003 von 7A mit den Lücken 5014 und 5016 und des Arrays 3004 von 8A mit dem Bondmaterial 3012, jedoch mit alternativen Montageeigenschaften. In einer Ausführung enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach oben weisende Schulter 3024, die in der Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet ist, und jeder Befestigungsabschnitt 4020 der monolithischen Struktur 5020 enthält eine nach unten weisende Schulter 4024, die auf einer entsprechenden der nach oben weisenden Schulter 3024 angeordnet ist, wobei ein distales Ende 4026 des Befestigungsabschnitts 4020 mit reduziertem Querschnitt mit einer Öffnung oder einem Durchgangsloch 3534 in der Metallzaunstruktur 3500 in Eingriff steht. Ein Hohlraum 3536, der in der Metallzaunstruktur 3500 unterhalb des distalen Endes 4026 des Befestigungsabschnitts 4020 ausgebildet ist, wird mit dem Verbindungsmaterial 3012 gefüllt, um die monolithische Struktur 5020 am Substrat 3200 zu befestigen.
Unter Bezugnahme auf die 6A, 8A und 8B ist zu erkennen, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der der entsprechende Befestigungsabschnitt 4020 nur abschnittweise in einem entsprechenden der Durchgangslöcher 3030, 3530, 3534 der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet ist und ein Bindematerial 3012 zumindest abschnittweise in den verbleibenden Durchgangslochabschnitten der Metallzaunstruktur 3500 und den entsprechenden Durchgangslöchern des Substrats 3200 angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 8B ist zu erkennen, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der die Befestigungsabschnitte 4020 der Verbindungsstruktur 4030 einen Pfosten (bezogen auf die Referenznummer 4020) mit einem abgestuften Pfostenende 4021 bilden und das abgestufte Pfostenende 4021 abschnittweise innerhalb des entsprechenden Durchgangslochs 3534 der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet ist. In einer Ausführungsform sind der Pfosten 4020 und das abgesetzte Pfostenende 4021 zylindrisch.
9A zeigt ein MxN-Array 3006, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3004 von 8A, aber mit alternativen Montagemöglichkeiten, und 9B Detail-9B gezeigt in 9A. In einer Ausführungsform enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach unten weisende, hinterschnittene Schulter 3022, die in der Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet ist, und jeder Befestigungsabschnitt 4020 der Verbindungsstruktur 4030 enthält eine nach oben weisende, einrastende Schulter 4022, die über eine Öffnung 3532 in der Metallzaunstruktur 3500 mit der entsprechenden, nach unten weisenden, hinterschnittenen Schulter 3022 im Schnappverschluss-Eingriff steht. Während 9A und 9B eine Durchgangsöffnung 3030 im Dielektrikum 3140 darstellen, wird es geschätzt, dass eine solche Durchgangsöffnung 3030 je nach den Abmessungen des Schnappverschluss-Schenkels 4050 der Verbindungsstruktur 4030 möglicherweise nicht erforderlich ist. In einer Ausführung enthält der Schnappfuß 4050 einen offenen Mittelbereich 4052, der es den Seitenabschnitten 4054 erlaubt, sich nach innen zu biegen, um den oben erwähnten Schnappverschluss-Eingriff zu erleichtern. Eine konisch zulaufende Nase 4056 am distalen Ende des Befestigungsabschnitts 4020 erleichtert das Einführen des Befestigungsabschnitts 4020 in die Öffnung 3532.
10 zeigt ein MxN-Array 3007, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, was der Kombination aus Array 3003 von 7A mit den Lücken 5014 und 5016 und Array 3005 von 9A mit den Schnappfüßen 4050 ähnelt. Andere ähnliche Merkmale zwischen 10, 9A und 7A sind gleich nummeriert.
Wie aus den vorstehenden Beschreibungen von 1-4 in Kombination mit 5A-10 ersichtlich ist, sind viele der hier angegebenen EM-Vorrichtungsmerkmale mit anderen hier angegebenen EM-Vorrichtungsmerkmalen austauschbar und verwendbar. Daher ist es klar, dass zwar nicht alle Kombinationen von EM-Vorrichtungsmerkmalen hier illustriert und spezifisch beschrieben werden, aber ein Fachmann auf diesem Gebiet würde es begreifen, wenn ein EM-Vorrichtungsmerkmal durch ein anderes EM-Vorrichtungsmerkmal ersetzt werden könnte, ohne den Umfang einer hier offengelegten Erfindung zu schmälern. Dementsprechend werden alle Kombinationen von EM-Vorrichtungsmerkmalen, wie hierin offenbart, in Betracht gezogen und so betrachtet, dass sie in den Bereich einer hierin offenbarten Erfindung fallen.
Es wird nun auf die 11-12 verwiesen.
11 zeigt ein MxN-Array 3008, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich wie das Array 3001 aus 5A, jedoch ohne die in 5A dargestellte Verbindungsstruktur 4000. Andere ähnliche Merkmale zwischen 11 und 5A sind gleich nummeriert.
12 zeigt ein MxN-Array 3009, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3007 von 11, ohne eine Verbindungsstruktur 4000 und mit einem zweiten dielektrischen Abschnitt 2523, ähnlich dem in 3 dargestellten. Andere ähnliche Merkmale zwischen 12 und 11 sind gleich nummeriert.
Wie aus den vorstehenden Beschreibungen und/oder Abbildungen der 1-12 ersichtlich ist, können Ausführungsformen der Erfindung eine Verbindungsstruktur 4000 enthalten oder auch nicht, und dennoch in Übereinstimmung mit einer hierin offengelegten Ausführungsform einer Erfindung funktionieren. Es wird daher erwogen, dass jede hierin offenbarte Ausführungsform einschließlich einer Verbindungsstruktur ohne eine solche Verbindungsstruktur verwendet werden kann, und jede hierin offenbarte Ausführungsform ohne eine Verbindungsstruktur mit einer solchen Verbindungsstruktur verwendet werden kann.
Es wird nun auf 13 verwiesen, das eine beispielhafte Ausführungsform in Draufsicht des MxN-Arrays 3040 zeigt, wobei M=2 und N=2, die Erfindung aber nicht so sehr auf ein 2x2-Array beschränkt ist. Das Array 3040 ist repräsentativ für eines der vorstehenden Arrays 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007, die in 5A, 6A, 7A, 8A, 8B, 9A, 10 dargestellt sind, ohne den entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitt 2520, 2523, die Verbindungsstruktur 4000, 4030 und/oder die monolithische Struktur 5020. Wie dargestellt, umfasst das Array 3040 das Substrat 3200 mit der Metallzaunstruktur 3500 mit den elektrisch leitenden elektromagnetischen Reflektoren 3510 und der elektrisch leitenden Basis 3514 (wobei das Dielektrikum 3140 nicht sichtbar ist), den ersten dielektrischen Abschnitt 2020, eine geschlitzte Einspeisungsöffnung 3130 (die durch jede der vorstehenden Einspeisungsstrukturen ersetzt werden kann) und die Trägerabschnitte 3020. Es wird nun auf 14A in Kombination mit 13 verwiesen, wo 14A die monolithische Struktur 5010 vor dem Zusammenbau mit dem Substrat 3200 darstellt. Wie dargestellt, hat die monolithische Struktur 5010 eine Vielzahl von zweiten dielektrischen Abschnitten 2520, eine Vielzahl von Montageabschnitten 4020 und die Verbindungsstruktur 4000, 4030. Während die Verbindungsstruktur 4000, 4030 so dargestellt ist, dass sie den Raum zwischen den zweiten dielektrischen Abschnitten 2520 und den Montageabschnitten 4020 vollständig ausfüllt, wird es geschätzt, dass dies nur zu Illustrationszwecken dient und dass die Verbindungsstruktur 4000, 4030 nur Verbindungszweige haben muss, die die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 und die Montageabschnitte 4020 miteinander verbinden, um die monolithische Struktur 5010 zu bilden. Siehe z.B. 14B, in dem dieselben zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 und Montageabschnitte 4020 wie in 14A dargestellt sind, jedoch mit der Verbindungsstruktur 4000, 4030 aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Rippen, wobei die Kombination die monolithische Struktur 5010 bildet. Ein Vergleich zwischen 14A und zumindest 5A und 7A zeigt, dass die Verbindungsstruktur 4000, 4030 in einem Abstand vom Substrat 3200 angeordnet ist, das mit Luft oder einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material besetzt sein kann. Diejenigen Abschnitte der monolithischen Struktur 5010, die in einem Abstand zum Substrat 3200 angeordnet sind, werden hier auch als Nicht-Befestigungszone 4222 bezeichnet.
Es wird nun auf 15-21 verwiesen, die alternative Anordnungen für die Montageabschnitte 4020 zeigen, das Array-Layout der dielektrischen Strukturen 2000, wobei nur die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 der dielektrischen Strukturen 2000 in 15-21 dargestellt sind, und die daraus resultierende Verbindungsstruktur 4000, 4030. In 15 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4120 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 (und die daraus resultierenden dielektrischen Strukturen 2000) vollständig umgeben. In 16 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem geradlinigen Layout angeordnet, und die Befestigungsabschnitte 4220 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 abschnittweise umgeben, wobei sich zwischen dem Monolithen und dem Substrat mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 befindet. In 17 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Befestigungsabschnitte 4120 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 vollständig umgeben, ähnlich wie in 15. In 18 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4320 sind so angeordnet, daß sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 vollständig umgeben, ähnlich wie in 15 und 17, aber mit zusätzlichen dickeren Montageabschnitten 4322, die an strategischen Stellen wie z.B. den Ecken des Arrays angeordnet sind. In 19 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4322 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322 gebildet, die in 18 dargestellt sind, ohne die umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. In 20 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4420 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322, die in 18 dargestellt sind, mit nur einem Abschnitt der umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, gebildet, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. In 21 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4520 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322, die in 18 dargestellt sind, mit zusätzlichen Abschnitten der umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, gebildet, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. Die Verbindungsstrukturen 4000, 4030 von 15-21 können gebildet werden, um die entsprechenden Montageabschnitte 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 und die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in beliebiger Weise in Übereinstimmung mit der Offenlegung hierin miteinander zu verbinden.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass eine Ausführungsform der Erfindung eine EM-Vorrichtung 1000 umfasst, bei der jeweils der mindestens eine Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 und der entsprechende des mindestens einen Befestigungsabschnitts 4020, 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 der Verbindungsstruktur 4000, 4030 aneinander befestigt sind, um eine erste Befestigungszone 4020, 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 zu definieren, jeder der ersten dielektrischen Abschnitte 2020 des Arrays 3000, 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007, 3008, 3009 und das Substrat 3200 aneinander befestigt sind, um eine zweite Befestigungszone zu definieren (Aggregat von Kontaktbereichen zwischen den ersten dielektrischen Abschnitten 2020 und dem Substrat 3200), und eine Zone zwischen der einzelnen monolithischen Struktur 5000, 5010 und dem Substrat 3200, die nicht die erste Befestigungszone oder die zweite Befestigungszone ist, eine Nichtbefestigungszone 4222 definiert. In einer Ausführungsform umschließt die erste Befestigungszone zumindest abschnittweise die zweite Befestigungszone. Alternativ dazu umschliesst in einer Ausführungsform die erste Befestigungszone die zweite Befestigungszone vollständig.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass es viele Variationen gibt, zu viele, um sie erschöpfend aufzulisten, um die Montageabschnitte und Verbindungsstrukturen sowie die Anordnung der dielektrischen Strukturen so zu konfigurieren, dass sie eine mit der vorliegenden Offenlegung übereinstimmende Ausführungsform darstellen. Es wird erwogen und davon ausgegangen, dass alle derartigen Anordnungen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Einklang stehen, in den Anwendungsbereich einer hierin offenbarten Erfindung fallen.
Es wird nun auf die verwiesen, die mathematische Modellierungsdaten veranschaulichen, die die Vorteile einer Beispielausführung zeigen, die hier offengelegt und allgemein durch die , und dargestellt wird. 22 zeigt die Leistungsmerkmale, insbesondere der dBi-Gewinn und die S(1, 1)-Rückflussdämpfung, für eine einzelne strahlende dielektrische Struktur 2000, insbesondere eine einzelne Einheitszelle 1020, die sowohl den ersten dielektrischen Abschnitt 2020 als auch den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 einer hier offengelegten Ausführungsform aufweist. Wie dargestellt, beträgt die Bandbreite 21% bei -10dBi zwischen 69 GHz und 85 GHz, der Gewinn ist im wesentlichen konstant mit einer Spitze von 12,3 dBi bei 79 GHz in der 21 %-Bandbreite, und drei der Resonanzmoden in der 21 %-Bandbreite sind TE-Moden, TE01, TE02, TE03. 23 zeigt einen Vergleich der S(1, 1 )-Rückflussdämpfungs-Leistungsmerkmale der gleichen Einheitszelle 1020 wie in 22, mit und ohne den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520, der dargestellt wird, um die Vorteile einer hier offengelegten Ausführungsform zu veranschaulichen. Kurve 2300 stellt die S(1, 1 )-Charakteristik mit dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 dar, und Kurve 2310 stellt die S(1, 1)-Charakteristik ohne den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 dar. Wie zu sehen ist, wird durch die Verwendung des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 die minimale Rückflussdämpfung um mindestens 40 dBi über den Betriebsfrequenzbereich von 69 GHz bis 85 GHz verbessert.
In Anbetracht des Vorstehenden wird es geschätzt, dass eine EM-Vorrichtung 1000, wie es hier offengelegt ist, mit einem Betriebsfrequenzbereich mit mindestens zwei Resonanzmoden bei unterschiedlichen Mittenfrequenzen betrieben werden kann, wobei mindestens eine der Resonanzmoden durch das Vorhandensein des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 unterstützt wird. In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Resonanzmoden TE-Moden. Es wird auch geschätzt, dass eine EM-Vorrichtung 1000, wie hier offenbart, mit einem Betriebsfrequenzbereich mit mindestens drei Resonanzmoden bei verschiedenen Mittenfrequenzen betrieben werden kann, wobei mindestens zwei der mindestens drei Resonanzmoden durch das Vorhandensein des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 unterstützt werden. In einer Ausführungsform sind die mindestens drei Resonanzmoden TE-Moden. In einer Ausführungsform ist die EM-Vorrichtung 1000 mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar, und wobei das Entfernen des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 den minimalen Rückflussdämpfungswert im Betriebsfrequenzbereich um mindestens 5 dBi, alternativ um mindestens 10 dBi, alternativ um mindestens 20 dBi, alternativ um mindestens 30 dBi und weiterhin alternativ um mindestens 40 dBi erhöht.
In Anbetracht all dessen und obwohl bestimmte Kombinationen von EM-Vorrichtungsmerkmalen hierin beschrieben wurden, ist es zu begrüßen, dass diese bestimmten Kombinationen nur zu Illustrationszwecken dienen und dass jede Kombination der hierin offengelegten EM-Vorrichtungsmerkmale in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann. Alle derartigen Kombinationen werden hierin in Betracht gezogen und es wird davon ausgegangen, dass sie in den Geltungsbereich einer hierin offengelegten Erfindung fallen.
Unter Bezugnahme auf 1C, 1D und mindestens 4 wird es geschätzt, dass eine Ausführungsform einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2550 enthält, der alternativ hier als elektromagnetische (EM) dielektrische Linse bezeichnet wird und mindestens einen Linsenabschnitt (hier ebenfalls mit der Referenznummer 2550 bezeichnet) aufweist, der aus mindestens einem dielektrischen Material gebildet ist, wobei der mindestens eine Linsenabschnitt 2550 einen Hohlraum 2700 aufweist, der durch die Grenze des mindestens einen dielektrischen Materials umrissen ist. In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Linsenabschnitt 2550 aus einer Vielzahl von geschichteten Linsenabschnitten gebildet (dargestellt durch die gestrichelten Linien 2552). In einer Ausführungsform ist die Mehrzahl der Linsenabschnitte 2550, 2552 in einem Array (Anordnung) angeordnet (siehe z.B. Array 3000 in 4). In einer Ausführungsform sind die mehreren Linsenabschnitte 2550, 2552 verbunden (siehe z.B. Verbindungsstruktur 4000 in 4), wobei die Verbindung der mehreren Linsenabschnitte 2550, 2552 durch mindestens ein dielektrisches Material bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform ist die dielektrische EM-Linse 2550 eine rein dielektrische Struktur.
Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung der Struktur einer EM-Vorrichtung 1000, wie sie hier offengelegt wurde, wird es geschätzt, dass eine Ausführungsform auch eine Methode zur Herstellung einer solchen EM-Vorrichtung 1000 umfasst, die Folgendes beinhaltet: Bereitstellen eines Substrats; Anordnen einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten, FDPs, auf dem Substrat, wobei jeder FDP der Vielzahl von FDPs ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist und ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das proximale Ende jedes FDPs auf dem Substrat angeordnet ist; Anordnen eines zweiten dielektrischen Abschnitts, SDP, in der Nähe jedes FDP, wobei jeder SDP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei das proximale Ende jedes SDP in der Nähe des distalen Endes eines entsprechenden FDP angeordnet ist, wobei jeder SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das dielektrische Material jedes FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials eines entsprechenden SDP ist, wobei jeder FDP und der entsprechende SDP eine dielektrische Struktur bilden. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist jeder SDP physikalisch mit mindestens einem anderen der SDPs über eine Verbindungsstruktur verbunden, die aus einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material gebildet ist, wobei die Verbindungsstruktur und die verbundenen SDPs eine einzige monolithische Struktur bilden. In einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Anordnen eines SDP das Anordnen der einzelnen monolithischen Struktur in der Nähe jedes FDP. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die einzelne monolithische Struktur ein einzelnes dielektrisches Material mit einer nahtlosen und aneinander angrenzenden Struktur. In einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Verfahren ferner das Anbringen der einzelnen monolithischen Struktur auf dem Substrat. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anbringen das Befestigen von Pfosten der monolithischen Einzelstruktur durch Kleben auf Trägerplattformen des Substrats. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anbringen das Anbringen von Schnappbefestigungspfosten der einzelnen monolithischen Struktur in Schulterlöchern des Substrats mittels Schnappbefestigung. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Befestigen das Anbringen von abgestuften Pfosten der einzelnen monolithischen Struktur nur abschnittweise in Durchgangslöchern des Substrats und das Aufbringen eines Bindematerials in den Durchgangslöchern, um die Pfosten mit dem Substrat zu verbinden. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur.
Auch wenn eine Erfindung hier unter Bezugnahme auf Beispielausführungen beschrieben wurde, wird es von den Fachleuten auf dem Gebiet der Technik so verstanden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne dass vom Umfang der Ansprüche abgewichen wird. Es können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt wird, die hier als die beste oder einzige für die Ausführung dieser Erfindung in Betracht gezogene Art und Weise offenbart wird (werden), sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden Beispielausführungen offenbart, und obwohl spezifische Begriffe und/oder Abmessungen verwendet wurden, werden sie, sofern nicht anders angegeben, nur in einem allgemeinen, beispielhaften und/oder beschreibenden Sinn und nicht zum Zwecke der Beschränkung verwendet, so dass der Geltungsbereich der Ansprüche nicht so eingeschränkt ist. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, eine Region, ein Substrat oder ein anderes beschriebenes Merkmal als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden, oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird dagegen ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Die Verwendung der Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. bezeichnet keine Ordnung oder Bedeutung, sondern die Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. dienen vielmehr dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Die Verwendung der Begriffe ein, eine, usw. bezeichnen keine Mengenbeschränkung, sondern vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem der referenzierten Elemente. Der Begriff „aufweisend“, wie er hier verwendet wird, schließt die mögliche Aufnahme eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale nicht aus. Und jede Hintergrundinformation, die hier zur Verfügung gestellt wird, wird bereitgestellt, um Informationen zu offenbaren, von denen der Anmelder glaubt, dass sie von möglicher Relevanz für die hier offenbarte Erfindung sind. Kein Eingeständnis ist notwendigerweise beabsichtigt, noch sollte es so ausgelegt werden, dass eine solche Hintergrundinformation den Stand der Technik gegenüber einer Ausführungsform der hier offenbarten Erfindung darstellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16/246892 [0001]
US 62/633256 [0001]
US 16/246880 [0001]
US 62/617358 [0001]

Claims

Eine elektromagnetisches Vorrichtung, aufweisend: eine dielektrische Struktur aufweisend: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der FDP aus einem einzigen dielektrischen Material besteht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der SDP einen äußeren Körper und einen inneren Bereich umfasst, wobei der äußere Körper ein dielektrisches Material mit einer ersten Dielektrizitätskonstante umfasst und der innere Bereich ein dielektrisches Material mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante umfasst, die kleiner als die erste Dielektrizitätskonstante ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem der innere Bereich aus Luft besteht.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der SDP eine 3D-Form mit einer ersten Querschnittsfläche in der x-y-Ebene in der Nähe des proximalen Endes der SDP und einer zweiten Querschnittsfläche in der x-y-Ebene zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende der SDP aufweist, wobei die zweite Querschnittsfläche in der x-y-Ebene größer ist als die erste Querschnittsfläche in der x-y-Ebene.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der SDP eine maximale Gesamthöhe (HS) und eine maximale Gesamtbreite (WS) hat; und HS größer als WS ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der SDP in direktem, engem Kontakt mit der FDP angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder kleiner als das Fünffache von λ ist, wobei λ eine Freiraum-Wellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder kleiner als das Dreifache von λ ist, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder kleiner als das Zweifache von λ ist, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder kleiner als das Einfache von λ ist, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder kleiner als das Halbe von λ ist, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das SDP in einem Abstand vom distalen Ende des FDP angeordnet ist, der gleich oder weniger als das Zehnfache von λ beträgt, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: dielektrisches Material des FDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 hat; und dielektrisches Material des SDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 9 hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: dielektrisches Material der FDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 11 hat; und dielektrisches Material des SDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 5 hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: dielektrisches Material des FDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 12 hat; und dielektrisches Material des SDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 3 hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: dielektrisches Material des FDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20 hat; und dielektrisches Material des SDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 9 hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei: dielektrisches Material des FDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 15 hat; und dielektrisches Material des SDP eine Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 5 hat.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei HS gleich oder größer als das 1,5-fache von WS ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei HS gleich oder größer als das 2-fache von WS ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der FDP eine maximale Gesamthöhe, HF, und eine maximale Gesamtbreite, WF, hat; und HS größer als HF und WS größer als der WF ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 22, wobei: HS größer als das 5-fache von HF ist; und der WS größer als das 1,2-fache des WF ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei: der FDP ein konvexes distales Ende aufweist; und der SDP ein planares distales Ende aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei: der FDP ein konvexes distales Ende aufweist; und der SDP ein konvexes distales Ende aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei: das proximale Ende des SDP eine maximale Gesamtbreite W1 hat und das distale Ende des SDP eine maximale Gesamtbreite WS hat; und WS größer als W1 ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, die eine Vielzahl der in einem Array angeordneten dielektrischen Strukturen umfasst, wobei jeder SDP der Mehrzahl der dielektrischen Strukturen mit mindestens einem anderen der SDPs über eine Verbindungsstruktur physikalisch verbunden ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der jede Verbindungsstruktur im Vergleich zu einer Gesamtaußenabmessung einer der mehreren dielektrischen Strukturen relativ dünn ist, wobei jede Verbindungsstruktur eine Querschnittsgesamthöhe aufweist, die geringer ist als eine Gesamthöhe einer entsprechenden verbundenen dielektrischen Struktur, und aus nicht-gasförmigem dielektrischem Material gebildet ist, wobei jede Verbindungsstruktur und der zugehörige SDP eine einzige monolithische Struktur bilden.
Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei: jede Verbindungsstruktur eine Querschnittsgesamthöhe hat, die kleiner ist als eine Freiraumwellenlänge einer entsprechenden Betriebsmittenfrequenz, bei der die Vorrichtung in Betrieb ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei: die Verbindungsstruktur aus einem dielektrischen Material besteht, das mit dem dielektrischen Material der SDPs identisch ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei: die Verbindungsstruktur und die SDPs die einzige monolithische Struktur als eine nahtlos aneinandergrenzende Struktur bilden.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, die ferner ein Substrat umfasst, auf dem die Anordnung dielektrischer Strukturen angeordnet ist, wobei das Substrat mindestens einen Trägerabschnitt umfasst, wobei: die Verbindungsstruktur mindestens einen Befestigungsabschnitt umfasst, wobei jeder der mindestens einen Befestigungsabschnitte in einer eins-zu-eins-Beziehung entsprechend dem mindestens einen Trägerabschnitt angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, wobei: jeder der SDPs in einem Abstand vom distalen Ende eines entsprechenden der FDPs mit einem definierten Spalt dazwischen angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei: jeder der mindestens einen Trägerabschnitte des Substrats eine nach unten weisende hinterschnittene Schulter aufweist; und jeder der mindestens einen Befestigungsabschnitte der Verbindungsstruktur eine nach oben weisende Schnappschulter aufweist, die in Schnappeingriff mit der entsprechenden nach unten weisenden hinterschnittenen Schulter angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei: jeder der mindestens einen Trägerabschnitte des Substrats eine nach oben weisende Trägerfläche aufweist; und jeder der mindestens einen Befestigungsabschnitte der Verbindungsstruktur eine nach unten weisende Befestigungsfläche aufweist, die mit einer entsprechenden der nach oben weisenden Trägerfläche in direktem Eingriff steht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der jeder der mindestens einen Halterungsabschnitte an einem entsprechenden der mindestens einen Halterungsabschnitte befestigt ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei: jeder von dem mindestens einen Trägerabschnitt des Substrats und der entsprechende von dem mindestens einen Befestigungsabschnitt der Verbindungsstruktur aneinander befestigt sind, um eine erste Befestigungszone zu definieren; jeder der FDPs des Arrays und des Substrats sind aneinander befestigt, um eine zweite Befestigungszone zu definieren; und eine Zone zwischen der einzelnen monolithischen Struktur und dem Substrat, die nicht die erste Befestigungszone oder die zweite Befestigungszone ist, eine Nicht-Befestigungszone definiert.
Die Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei: die erste Befestigungszone die zweite Befestigungszone zumindest abschnittweise umgibt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei: die erste Befestigungszone die zweite Befestigungszone vollständig umschließt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei: das Substrat eine Metallzaunstruktur umfasst, die eine Vielzahl von elektrisch leitenden elektromagnetischen Reflektoren umfasst, wobei jeder der Vielzahl von Reflektoren in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zu entsprechenden der Vielzahl von dielektrischen Strukturen angeordnet ist und im Wesentlichen jede entsprechende der Vielzahl von dielektrischen Strukturen umgebend angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei: die Metallzaunstruktur eine einheitliche Metallzaunstruktur ist; und die Vielzahl elektrisch leitender elektromagnetischer Reflektoren einstückig mit der einheitlichen Metallzaunstruktur ausgebildet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 41, bei der das Substrat und die Metallzaunstruktur jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher aufweisen, die eine Stelle des mindestens einen Trägerabschnitts des Substrats definieren.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 42, wobei: jeder der mindestens einen Befestigungsabschnitte nur abschnittweise innerhalb eines entsprechenden Durchgangslochs der Metallzaunstruktur angeordnet ist; und ein Verbindungsmaterial zumindest abschnittweise in den verbleibenden Durchgangslochabschnitten der Metallzaunstruktur und den entsprechenden Durchgangslöchern des Substrats angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 40 bis 43, wobei: jeder der mindestens einen Befestigungsabschnitte der Verbindungsstruktur einen Pfosten mit einem abgestuften Pfostenende bildet; und das abgestufte Pfostenende abschnittweise innerhalb des entsprechenden Durchgangslochs der Metallzaunstruktur angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 44, bei der mindestens einer der Pfosten und das abgesetzte Pfostenende zylindrisch sind.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, bei der die dielektrische Struktur mindestens einen Abschnitt einer dielektrischen Resonatorantenne bildet.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die dielektrische Resonatorantenne mit einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist, der mindestens zwei Resonanzmoden bei unterschiedlichen Mittenfrequenzen umfasst, wobei mindestens eine der Resonanzmoden durch das Vorhandensein des SDP unterstützt wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei die mindestens zwei Resonanzmoden TE-Moden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die dielektrische Resonatorantenne mit einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist, der mindestens drei Resonanzmoden bei unterschiedlichen Mittenfrequenzen umfasst, wobei mindestens zwei der mindestens drei Resonanzmoden durch das Vorhandensein des SDP unterstützt werden.
Die Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei die mindestens drei Resonanzmoden TE-Moden sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die dielektrische Resonatorantenne mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist und wobei die Entfernung des SDP den minimalen Rückflussdämpfungswert in dem Betriebsfrequenzbereich um mindestens 5 dB erhöht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der die dielektrische Resonatorantenne mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist, und bei der die Entfernung des SDP den minimalen Rückflussdämpfungswert im Betriebsfrequenzbereich um mindestens 10 dB erhöht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei die dielektrische Resonatorantenne mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist und wobei die Entfernung des SDP den minimalen Rückflussdämpfungswert in dem Betriebsfrequenzbereich um mindestens 20 dB erhöht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der die dielektrische Resonatorantenne mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist, und bei der die Entfernung des SDP den minimalen Rückflussdämpfungswert im Betriebsfrequenzbereich um mindestens 30 dB erhöht.
Die Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der die dielektrische Resonatorantenne mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar ist, und bei der die Entfernung des SDP den minimalen Rückflussdämpfungswert im Betriebsfrequenzbereich um mindestens 40 dB erhöht.
Ein Verfahren zur Herstellung einer elektromagnetischen Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellung eines Substrats; Anordnen einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten, FDPs, auf dem Substrat, wobei jeder FDP der Vielzahl von FDPs ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist und ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das proximale Ende jedes FDPs auf dem Substrat angeordnet ist; Anordnen eines zweiten dielektrischen Abschnitts, SDP, in der Nähe jedes FDP, wobei jeder SDP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei das proximale Ende jedes SDP in der Nähe des distalen Endes eines entsprechenden FDP angeordnet ist, wobei jeder SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das dielektrische Material jedes FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials eines entsprechenden SDP ist, wobei jeder FDP und der entsprechende SDP eine dielektrische Struktur bilden.
Das Verfahren nach Anspruch 56, bei dem jeder SDP physikalisch mit mindestens einem anderen der SDPs über eine Verbindungsstruktur verbunden ist, die aus einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material gebildet ist, wobei die Verbindungsstruktur und die verbundenen SDPs eine einzige monolithische Struktur bilden.
Das Verfahren nach Anspruch 57, wobei das Anordnen eines SDP umfasst: Anordnen der einzelnen monolithischen Struktur in der Nähe jeder FDP.
Das Verfahren nach Anspruch 58, bei der die einzelne monolithische Struktur ein einzelnes dielektrisches Material mit einer nahtlosen und aneinander angrenzenden Struktur ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 58 bis 59, die ferner Folgendes umfasst: Anbringen der einzelnen monolithischen Struktur auf dem Substrat.
Das Verfahren von Anspruch 60, bei der das Anbringen umfasst: Befestigung von Pfosten der monolithischen Einzelstruktur durch Kleben auf Trägerplattformen des Substrats.
Das Verfahren von Anspruch 60, bei der das Anbringen umfasst: Befestigen der einzelnen monolithischen Struktur mittels Schnappverschlusspfosten in abgesetzten Löchern des Substrats.
Das Verfahren von Anspruch 60, bei der das Anbringen umfasst: Anbringen abgestufter Pfosten der einzelnen monolithischen Struktur nur abschnittweise in Durchgangslöchern des Substrats und Aufbringen eines Klebematerials in den Durchgangslöchern, um die Pfosten mit dem Substrat zu verbinden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 56 bis 63, wobei die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur ist.
Eine elektromagnetische dielektrische Linse, aufweisend: mindestens einen Linsenabschnitt, der aus mindestens einem dielektrischen Material gebildet ist, wobei der mindestens eine Linsenabschnitt einen Hohlraum umfasst, der durch die Grenze des mindestens einen dielektrischen Materials umrissen ist.
Die elektromagnetische dielektrische Linse nach Anspruch 65, wobei der mindestens eine Linsenabschnitt eine Vielzahl von Linsenabschnitten umfasst.
Die elektromagnetische dielektrische Linse nach Anspruch 66, bei der die mehreren Linsenabschnitte in einem Array angeordnet sind.
Die elektromagnetische dielektrische Linse nach Anspruch 66, bei der die mehreren Linsenabschnitte verbunden sind.
Die elektromagnetische dielektrische Linse nach Anspruch 68, wobei die Verbindung der mehreren Linsenabschnitte durch mindestens ein dielektrisches Material hergestellt wird.
Die elektromagnetische dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 65 bis 69, wobei die elektromagnetische dielektrische Linse eine rein dielektrische Struktur ist.