JP2018532345A - 広帯域多層誘電体共振器アンテナおよびその製造方法 - Google Patents

広帯域多層誘電体共振器アンテナおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

導電性接地構造体、接地構造体上に配置されＮ個のボリュームを有する誘電体材料の複数のボリューム、および、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合された信号フィードを有する誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）であって、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれ、誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）の一部は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）の少なくとも一部を二股に分ける。

Description

本開示は、一般に、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）に関し、具体的には多層ＤＲＡに関し、より具体的にはマイクロ波およびミリ波用途のための広帯域多層ＤＲＡに関する。
既存の共振器およびアレイは、パッチアンテナを採用し、そのようなアンテナは、その意図する目的に適し得る一方、限定された帯域幅、限定された効率、したがって限定された利得などの欠点も有する。帯域幅を改善するために採用されている技術は、典型的には高価で複雑な多層およびマルチパッチ設計につながっており、それは２５％超の帯域幅を達成するには依然として困難である。また、多層設計には、単位セルに固有損失が加わり、従ってアンテナ利得が低減する。さらに、金属および誘電体基板の複雑な組合せを採用するパッチおよびマルチパッチアンテナアレイでは、（付加製造としても知られる）三次元（３Ｄ）印刷などの、現在入手可能なより新しい製造技術を用いてそれらを製造するのが困難となる。
したがって、既存のＤＲＡは、それらの意図する目的に適し得る一方、上述の欠点を克服することができるＤＲＡ構造であれば、ＤＲＡの技術を進化させることになる。
実施形態は、導電性接地構造体、接地構造体上に配置されＮ個のボリュームを有する誘電体材料の複数のボリューム、および、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合された信号フィードを有する誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）を含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれ、誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）の一部は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）の少なくとも一部を二股に分ける。
実施形態は、導電性接地構造体、接地構造体上に配置されＮ個のボリューム（空間領域）を有する誘電体材料の複数のボリューム、および、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合されるように配置および構成された信号フィードを有する誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）を含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれている。
実施形態は、Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームを有するＤＲＡを含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームを少なくとも部分的に埋め込み、電気信号を介して励起されたときのＤＲＡは、遠方場三次元放射パターン内の単一点においてそれぞれ収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって定義された単一要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める三次元放射パターンを生成するように構成されている。
実施形態は、Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームを有するＤＲＡを含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれ、電気信号を介して励起されたときのＤＲＡは、単一点において収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって、および、単一点において収縮可能でない閉ループ経路ファミリーによって定義された二要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める遠方場三次元放射パターンを生成するように構成されている。
実施形態は、Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームを有するＤＲＡを含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ＋１）＊Ｖ（ｉ＋１）≒ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）（ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている。本明細書で使用する場合、数学的演算子≒は、ほぼ等しいことを意味する。
実施形態は、Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームを有するＤＲＡを含み、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリュームは、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）≒Ｃ（ｆ）（Ｃ（ｆ）は所与周波数における定数であり、ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている。
実施形態は、ｘおよびｙが整数であるｘ×ｙアレイパターンによって配置された、上記ＤＲＡの説明のいずれかに記載の複数のＤＲＡを有するＤＲＡアレイを含む。
実施形態は、上記ＤＲＡの説明のいずれかに記載のＤＲＡ素子またはＤＲＡ素子のアレイを製造するための方法を含み、方法は、誘電体材料の複数のボリュームのうちの少なくとも１つ、または、誘電体材料のすべてのボリュームを成形することを含む。
実施形態は、上記ＤＲＡの説明のいずれかに記載のＤＲＡまたはＤＲＡのアレイを製造するための方法を含み、方法は、誘電体材料の複数のボリュームを提供するために、予め設定されたパターンで誘電体組成物を含む複数の溶融層を形成することを含む。
実施形態は、上記ＤＲＡの説明のいずれかに記載のＤＲＡまたはＤＲＡのアレイを製造するための方法を含み、方法は、第１誘電率を有する第１誘電体材料から誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームを形成すること、および、第２誘電率を有する第２誘電体材料で誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームを提供するために第１ボリュームの表面に誘電体組成物を塗布することを含む。
添付の図面を考慮した場合、上記の特徴および利点ならびに他の特徴および利点が、以下の詳細な説明から容易に明らかである。
同様の要素が添付図面にて同様に番号付けされる例示の非限定的な図面を参照する。
実施形態に係るＤＲＡのブロック図の側面図。 図１ＡのＤＲＡに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 図１ＡのＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図２ＡのＤＲＡに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 図２ＡのＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 図２Ｂのフィールド放射パターンの仰角平面における利得を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 図１Ａに示したＤＲＡを図２Ａに示したＤＲＡへと修正する工程ごとの概念的修正を示す図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図４ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図５ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図６ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図７ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図８ＡのＤＲＡに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 図８ＡのＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図を示す図。 図９ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図を示す図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図を示す図。 図１０ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 図１０ＡのＤＲＡに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 図１０Ｃのフィールド放射パターンの仰角平面における利得を示す図。 図１０ＡのＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 図１０Ａのものと同様であるが、実施形態に従って異なる動作周波数範囲にチューニングされたＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 実施形態に係るＤＲＡを採用する２×２アレイのブロック図の斜視図。 図１１Ａのアレイに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 実施形態に係る、電気経路およびその電気経路長を示す誘電体材料の複数の積層ボリュームの技術者レンダリングのブロック図の側面図。 狭帯域応答を示す減結合共振を示す図。 実施形態に係る広帯域応答を示す結合共振を示す図。 実施形態に係る別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図１３ＡのＤＲＡのブロック図のトップダウンフットプリント図。 図１３ＡのＤＲＡの中央部分の拡大図。 図１３ＡのＤＲＡに関連付けられたフィールド放射パターンを示す図。 図１３Ｄのフィールド放射パターンの仰角平面における利得を示す図。 図１３ＡのＤＲＡに関連付けられたリターンロスのグラフを示す図。 図１３Ａに示したものと同様であるが、異なる寸法のフェンスを有するＤＲＡのブロック図の側面図。 図１４ＡのＤＲＡについての仰角平面における利得を示す図。 図１３Ａおよび図１４Ａに示されたものと同様であるが、異なる寸法のフェンスを有する別のＤＲＡのブロック図の側面図。 図１５ＡのＤＲＡについての仰角平面における利得を示す図。 近接場における放射モード基本幾何学電気経路を示す例示のＤＲＡのモデルのブロック図の側面図。 関連放射モード幾何学電気経路を示す例示の円筒形または矩形ＤＲＡのモデルのブロック図の側面図。 関連放射モード幾何学電気経路を示す例示の半球ＤＲＡのモデルのブロック図の側面図。 図１８のものと同様であるが、２つの誘電体材料を有し、関連放射モード幾何学電気経路を示す例示の半球ＤＲＡのモデルのブロック図の側面図。 図１９のものと同様であるが、楕円形状の中央領域を有し、関連放射モード幾何学電気経路を示す例示の半球ＤＲＡのモデルのブロック図の側面図。 純粋ＴＥ放射モード、純粋ＴＭ放射モードならびにＴＥおよびＴＭ放射モードの組合せについての遠方場エネルギー分布のトポロジー構造およびホモトピー群の技術的描画を示す図。 純粋ＴＥ放射モード、純粋ＴＭ放射モードならびにＴＥおよびＴＭ放射モードの組合せについての遠方場エネルギー分布のトポロジー構造およびホモトピー群の技術的描画を示す図。 純粋ＴＥ放射モード、純粋ＴＭ放射モードならびにＴＥおよびＴＭ放射モードの組合せについての遠方場エネルギー分布のトポロジー構造およびホモトピー群の技術的描画を示す図。 図２１Ａ、図２１Ｂおよび図２１Ｃのホモトピー群を示す図。その上に重ねられた曲線ファミリーを有する。 図２１Ａ、図２１Ｂおよび図２１Ｃのホモトピー群を示す図。その上に重ねられた曲線ファミリーを有する。 図２１Ａ、図２１Ｂおよび図２１Ｃのホモトピー群を示す図。その上に重ねられた曲線ファミリーを有する。 図１７のＤＲＡを示す図。接地構造体および接地フェンスを有する。 図２０のＤＲＡを示す図。接地構造体および接地フェンスを有する。 接地構造体上のスタック円筒形ＤＲＡのモデルを示す図。 接地構造体上の三層横方向シフト半球ＤＲＡのモデルを示す図。 図２４Ａおよび図２４Ｂのモデルについての、得られるＴＥおよびＴＭ放射モードならびにそれぞれの利得およびボアサイトを示す図。 図２４Ａおよび図２４Ｂのモデルについての得られた放射パターンを示す図。 図２４Ａおよび図２４Ｂのモデルについての得られた放射パターンを示す図。 フェンス有りおよび無しの図２４Ｂのモデルについての得られたリターンロスおよび利得を示す図。 フェンス有りおよび無しの図２４Ｂのモデルについての得られたリターンロスおよび利得を示す図。 図２４Ａのモデルだが、フェンスを有するものについての得られたリターンロスおよび利得を示す図。 実施形態に係る材料の付属ボリュームＶ（Ａ）を有する代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る位置合わせ機構を有する代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る位置合わせ機構を有する代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る追加のＴＭモード抑制機構を有する代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係るスケーリングされたＤＲＡを示す図。 実施形態に係る代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る代替ＤＲＡを示す図。 実施形態に係る代替ＤＲＡを示す図。
本明細書に開示された実施形態は、広帯域誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）アレイを構築するために有用な異なる構成を含み、その異なる構成は、異なる厚さ、異なる誘電率、または、異なる厚さおよび異なる誘電率の両方を有する誘電体層の共通構造を採用する。特定形状の多層ＤＲＡは、各層について選択された誘電率に依存する。各多層シェルは、例えば、円筒形、楕円形、卵形、ドーム形または半球形であり得、または、本明細書に開示された目的に適した任意の他の形状であり得る。コアにおける第１相対極小値から、コアおよび外層間では相対極大値へ、そして、外層において第２相対極小値へと戻すよう、異なる積層シェル上で誘電率を変化させることによって、広帯域幅（例えば５０％超）を達成することができる。シフトシェル構成を採用することにより、または、積層シェルに非対称構造を採用することにより、バランスのとれた利得を達成することができる。各ＤＲＡは、非常に広い帯域幅を達成するために、垂直線延長を伴う同軸ケーブルであり得る信号フィードを介して、または、ＤＲＡの対称性に応じて異なる長さおよび形状の導電性ループを介して、または、マイクロストリップ、導波路もしくは表面集積導波路を介して、給電される。本明細書に開示されたＤＲＡの構造は、圧縮もしくは射出成形、三次元印刷などの三次元材料堆積プロセス、または、本明細書に開示された目的に適した任意の他の製造プロセスなどの方法を用いて製造され得る。
本明細書に開示されたＤＲＡのいくつかの実施形態は、広帯域および高利得が所望されるマイクロ波およびミリ波用途における使用に、マイクロ波およびミリ波用途におけるパッチアンテナアレイの交換に、１０から２０ＧＨｚレーダ用途における使用に、または、バックホール用途ならびに７７ＧＨｚ放射器およびアレイにおける使用に、適している。異なる実施形態が、本明細書に提供されるいくつかの図面を参照して説明されるであろう。しかし、ある実施形態で見られるものの、別の実施形態では見られない特徴、例えば以下に詳細に説明されるフェンスなどが、他の実施形態で採用され得ることは、本明細書の開示から理解されるであろう。
一般に、ＤＲＡのファミリーが本明細書に記載され、各ファミリーメンバーは、導電性接地構造体上に配置された誘電体材料の複数のボリュームを備える。複数のボリュームのうちの各ボリュームＶ（ｉ）（ｉ＝１からＮであり、ｉおよびＮは整数であり、Ｎはボリュームの合計数を示す）は、以前のボリューム上に配置され少なくとも部分的に以前のボリュームを埋め込む積層シェルとして構成され、Ｖ（１）は、最内層／ボリュームであり、Ｖ（Ｎ）は、最外層／ボリュームである。実施形態において、積層シェルＶ（ｉ＞１）からＶ（Ｎ）のうちの１つ以上などの下にあるボリュームを埋め込む積層シェルには例えば、下にあるボリュームが１００％完全に埋め込まれている。しかし、別の実施形態では、下にあるボリュームを埋め込む積層シェルＶ（ｉ＞１）からＶ（Ｎ）のうちの１つ以上には、意図的に、下にあるボリュームが少なくとも部分的にのみ埋め込まれ得る。下にあるボリュームを埋め込む積層シェルがそのように１００％完全に埋め込む本明細書に記載のこれらの実施形態では、このような埋め込みがまた、製造またはプロセス変形例に起因して、それが意図的であるか否かにかかわらず、または、１つ以上の意図的な空隙または穴を含むことに起因してさえ、上にある誘電体層中に存在し得る微小空隙を包含することが理解されるであろう。このように、１００％完全にという用語は、ほぼ完全に１００％を意味すると最良に理解される。本明細書に記載の実施形態は、Ｎを奇数として示しているが、本発明の範囲はそのように限定されないことが企図されており、つまり、Ｎが偶数であり得ることが企図される。本明細書に記載および図示されているように、Ｎは３以上である。誘電体材料の複数のボリュームのうちの直接隣接する（すなわち密接接触する）ものの誘電率（εｉ）は、層ごとに異なり、一連のボリュームにおいて、ｉ＝１における第１相対極小値から、ｉ＝２からｉ＝（Ｎ−１）における相対極大値に、そして、ｉ＝Ｎにおける第２相対極小値に戻る範囲にわたる。実施形態では、第１相対極小値は、第２相対極小値に等しい。別の実施形態では、第１相対極小値は、第２相対極小値とは異なる。別の実施形態では、第１相対極小値は、第２相対極小値未満である。例えば、５層（Ｎ＝５）を有する非限定的な実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームの誘電率（ｉ＝１から５）は、ε１＝２、ε２＝９、ε３＝１３、ε４＝９およびε５＝２であり得る。しかし、本発明の実施形態が、これらの正確な誘電率の値に限定されず、本明細書に開示された目的に適した任意の誘電率を包含することが理解されるであろう。ＤＲＡの励起は、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合された、例えば銅線、同軸ケーブル、マイクロストリップ、導波路、表面集積導波路または導電性インクなどの信号フィードによって提供される。ＤＲＡに直接、埋め込まれているこれらの信号フィードでは、信号フィードは、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つへと接地構造体内の開口部を介して、接地構造体に電気的に接触せずに、接地構造体を通過する。本明細書で使用される場合、誘電体材料への言及は、約１標準大気圧（１気圧）および温度（２０℃）での比誘電率（εｒ）を有する空気を含む。このように、ボリュームＶ（１）およびボリュームＶ（Ｎ）などの本明細書に開示された誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上は、非限定的に例示するように空気であり得る。
以下でより詳細に議論される、超広帯域ホイップアンテナを形成するＤＲＡの実施形態では、フィード線は、最内層Ｖ（１）に電磁的に結合される。また以下でより詳細に説明される広帯域の上半分空間アンテナを形成するＤＲＡの実施形態では、フィード線は、限定されないが例えばＶ（２）などの、最内層以外の層に電磁的に結合される。
フットプリントの２Ｄ形状、ボリュームの３Ｄ形状、所与の複数のボリュームのうちの１つのボリュームの別のボリュームに対する対称性または非対称性、および、積層シェルの最外ボリュームを取り囲む材料の有無などの、積層ボリュームに対する他の変形例が、所望の結果を達成するために利得または帯域幅をさらに調整するために採用され得る。上記の一般化された説明と一致するＤＲＡのファミリーの一部であるいくつかの実施形態が、本明細書で提供されるいくつかの図面を参照して以下で説明される。
図１Ａは、導電性接地構造体１０２、および、Ｎ個のボリュームを含む接地構造体１０２上に配置された誘電体材料の複数のボリューム１０４を有する実施形態に従ったホイップ型ＤＲＡ１００の側面図を示し、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリューム１０４は、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリューム１０４．１を形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置されボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェル１０４．２、１０４．３、１０４．４を形成し、ボリュームＶ（Ｎ）は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームを埋め込む外側ボリューム１０４．５を形成する。図１Ａの実施形態に見られるように、Ｎ＝５である。しかし、本発明の範囲は、Ｎ＝５に限定されないことが理解されるであろう。実施形態において、層数Ｎは、例えば数百、数千または数万とすることができる。
本明細書で使用されるように、接地構造体という用語は、接地面であることが当技術分野で知られている。しかし、接地面は、事実上、形状が平面であり得るが、形状が非平面でもあり得ることが理解されるであろう。このように、接地構造体という用語は、平面および非平面電気接地の両方を包含することが意図される。
誘電体材料の複数のボリューム１０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、その異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における相対極小値から、ボリュームＶ（２）からボリュームＶ（Ｎ−１）の１つにおける相対極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）における相対極小値に戻る範囲にわたる。比誘電率の値は、以下でさらに議論される。
実施形態では、誘電体材料の複数のボリューム１０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、その異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における相対極小値から、ボリュームＶ（（Ｎ＋１）／２）における相対極大値に、そして、Ｖ（Ｎ）における相対極小値に戻る範囲にわたり、Ｎは奇数の整数である。
図１Ａの実施形態では、信号フィード１０６は、接地構造体１０２と電気的に接触せずに、接地構造体１０２の開口部１０８内に配置され、信号フィード１０６は、誘電体材料複数のボリュームのうちの１つのボリューム内に完全に配置され、そこに電磁的に結合される。図１Ａの実施形態において、信号フィード１０６は、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）１０４．１内に完全に配置され、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）１０４．１に電磁的に結合されている。実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームのうちの各ボリューム１０４．１から１０４．５は、信号フィード１０６の長手方向軸１０７（例えば、図１Ｂに示されるｚ軸を参照）に対して平行に、かつ、それに対して中央配置される中央長手方向軸１０５を有しており、信号フィード１０７の長手方向軸は、接地構造体１０２に垂直である。本明細書で使用される場合、接地構造体に垂直という表現は、接地構造体を電気的に均等な平面接地構造体を有すると解釈することができ、信号フィードが電気的に均等な平面接地構造体に垂直に配置される構造的配置を担うことを意図する。
図１Ａに示すＤＲＡ１００は、図１Ｂに示すように、広帯域無指向性ドーナツ状直線偏光放射パターン１１０を生成し、これは、図１Ｃに示すように、帯域幅および３ｄＢの利得を有する。本明細書で使用される場合、「ｄＢ」という用語は、国際的に認識されている用語「等方性放射器に対するデシベルｄＢｉ」を意味する。図１Ａに示す分析的にモデル化された実施形態では、ＤＲＡ１００の誘電体材料の複数のボリューム１０４は、８ｍｍの高さを有し、円形の断面を有する円筒形状である。しかし、本明細書に開示される本発明の範囲内に留まったまま、例えば異なる高さまたは楕円形断面を有するＤＲＡなどの他の寸法および断面形状が、所望の放射パターンを達成するために採用され得ることが理解されるであろう。
図２Ａは、導電性接地構造体２０２、および、Ｎ個のボリュームを含む接地構造体２０２上に配置された誘電体材料の複数のボリューム２０４を有する実施形態に係る積層ＤＲＡ２００の側面図を示し、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリューム２０４は、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内ボリューム２０４．１を形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置されボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェル２０４．２、２０４．３、２０４．４を形成し、ボリュームＶ（Ｎ）は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームを埋め込む外側ボリューム２０４．５を形成する。図２Ａの実施形態に見られるように、Ｎ＝５である。しかし、本発明の範囲は、既に上述したように、Ｎ＝５に限定されないことが理解されるであろう。
誘電体材料の複数のボリューム２０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、その異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における相対極小値から、ボリュームＶ（２）からＶ（Ｎ−１）の１つにおける相対極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）における相対極小値に戻る範囲にわたる。例示の誘電率の値は、以下でさらに議論される。
信号フィード２０６は、接地構造体２０２と電気的に接触せずに、接地構造体２０２の開口部２０８内に配置され、信号フィード２０６は、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）２０４．１以外の誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つのボリューム内に完全に配置され、そこに電磁的に結合される。図２Ａの実施形態において、信号フィード２０６は、誘電体材料の第２ボリュームＶ（２）２０４．２内に完全に配置され、そこに電磁的に結合されている。
図２Ａおよびさらに以下に説明される図４Ａに示されるように、実施形態に係るＤＲＡは、互いに対して中央配置された誘電体材料の複数のボリューム２０４を含む。すなわち、誘電体材料の複数のボリューム２０４の各ボリュームは、互いに共存して接地構造体２０２に垂直である中央長手方向軸２０５を有する。
別の実施形態に係るＤＲＡは、さらに後述する図５Ａに示すように、誘電体材料の複数のボリュームを含み、これは互いに同一の横方向に中央でシフトされる。
図２Ａに示すＤＲＡ２００は、図２Ｂおよび図２Ｄに示すように、ほぼ７ｄＢの利得で広帯域無指向性の上半分空間直線偏光放射パターン２１０を生成し、これは図２Ｃに示すように−１０ｄＢで約５０％の帯域幅および−２０ｄＢで約２５％の帯域幅を有する。図１Ａおよび図２Ａ、ならびに、図１Ｂおよび図２Ｂを比較することによって分かるように、異なる励起位置で異なる誘電体材料の同様に配置された積層シェルを使用すると、実質的に異なる放射パターンが生成される。構造的特徴およびこのような違いとなるその変化について、図３Ａから図３Ｇを参照して説明する。
図３Ａは、図１Ａに示すようにＤＲＡ１００を示し、図３Ｇは、図２Ａに示すようにＤＲＡ２００を示す。図３Ｂから図３Ｆは、ＤＲＡ１００をＤＲＡ２００へと修正するために取り得る概念ステップを示し、ＤＲＡ１００および２００の両方は、上述した誘電率ε１＝２、ε２＝９、ε３＝１３、ε４＝９およびε５＝２を有する誘電体材料の５層シェルを有する。例えば図３Ｂでは、修正ＤＲＡ３００．１は、ＤＲＡ１００のランチャー部分１１２と構造的に同様のランチャー部分３０２．１を有するが、ＤＲＡ１００の導波路部１１４に対して修正された導波路部分３０４．１を有している。図３Ｂに示すように導波路部分３０４．１を修正することにより、フィールド線３０６．１は、ＤＲＡ１００のものに対して曲げられており、これは、混合対称性および混合偏光を生成するために放射パターンモードを修正する。図３Ｃにおいて、導波路部分３０４．２は、さらなる混合対称性、混合パターンモードおよび混合直線円偏光を生成するためにフィールド線をさらに曲げるようにさらに修正される。図３Ｃの実施形態では、導波路部分３０４．２の曲げにより穴３０６（例えば、空気）が生じ、その中に埋め込まれた穴３０６を有する誘電体材料の９つの積層シェルを構造が有するように見えるようになる。図３Ｄに示すように、接地構造体３０８に結合された導波路部分３０４．３の半ループを完成させることによって、放射パターンの直線偏光が生じる。図３Ｄの実施形態において、穴３０６は、完全に誘電体材料の９つの積層シェルで囲まれている。図３Ｅにおいて、中央穴３０６（図３Ｄに示されている）と誘電体材料の４つの内部層（図３Ｄに示されている）とが除去され、これにより、再び上記の誘電率ε１＝２、ε２＝９、ε３＝１３、ε４＝９およびε５＝２を有する誘電体材料の５層シェルを有するＤＲＡ３００．４が作成される。しかし、ＤＲＡ１００とは反対に、ＤＲＡ３００．４は、誘電体材料の積層シェルに対してもはや中央配置されない信号フィード３１０を有している。図３Ｅの実施形態は、直線偏光であるが、非対称な放射パターンを伴う拡張された帯域幅をもたらす。図３Ｆに示すように、第２シェルＶ（２）に信号フィード３１０を配置することによって、放射パターンのより良好な整合および改善された対称性がもたらされる。図３Ｇは、ＤＲＡ２００の構造に到達するために誘電体材料の積層シェルの比率を修正する最終的な変換ステップを示し、これは、図２Ｂに示すように、広帯域無指向性の上半分空間直線偏光放射パターンを有する多層ＤＲＡ設計をもたらす。
上記から分かるように、誘電体材料の積層シェルの構成および積層シェル内の信号フィードの配置への変形により、所与のＤＲＡについての実質的に異なる調整された放射パターンをもたらすことができる。本発明の範囲内のＤＲＡの他の実施形態について、図４から図１２を参照して以下に説明する。
図４Ａおよび図４Ｂは、ＤＲＡ２００と同様のＤＲＡ４００を示すが、５つとは違って誘電体材料の３層シェルを有している。ＤＲＡ２００と同様に、ＤＲＡ４００は、接地構造体４０２上に配置された誘電体材料の複数のボリューム４０４を伴う接地構造体４０２を有している。図４Ａおよび図４Ｂに示された非限定的な実施形態では、第１ボリュームＶ（１）４０４．１は誘電率ε１＝２．１を有し、第２ボリュームＶ（２）４０４．２は誘電率ε２＝９を有し、第３ボリュームＶ（３）４０４．３は誘電率ε１３＝１３を有する。図２Ａの実施形態と同様に、図４Ａの実施形態は、第２ボリュームＶ（２）４０４．２内に完全に配置された信号フィード４０６を有している。また図２Ａの実施形態と同様に、図４Ａの実施形態は、互いに共存して接地構造体４０２に垂直に配向された各ボリュームの各中央長手方向軸４０５につき、互いに中央配置された誘電体材料の複数のボリューム４０４を有する。図４Ｂに示すように、誘電体材料の複数のボリューム４０４は、楕円形の断面形状を有し、これは、本明細書に開示された他の実施形態が楕円形以外の断面形状を有するので非限定的であるが、異なる放射パターンを実現するように異なる形状の使用を単に例示することが意図されている。図４Ａおよび図４Ｂに示された分析的にモデル化された実施形態では、ＤＲＡ４００の誘電体材料の複数のボリューム４０４は、５．４ｍｍの高さおよび７．２ｍｍの楕円の長手方向軸に沿う外側寸法を有する。
図５Ａおよび図５Ｂは、ＤＲＡ４００と同様のＤＲＡ５００を示すが、誘電体材料の複数のボリューム５０４のうちの各ボリューム（積層シェル５０４．１、５０４．２、５０４．３）は、互いに対して平行であり、かつ、互いに対して同じ横方向に中央で横シフトされる中央長手方向軸５０５．１、５０５．２、５０５．３を有しており、接地構造体５０２に結合され、信号フィード５０６が第２ボリュームＶ（２）５０４．２内に配置され、各長手方向軸５０５．１から５０５．３は、接地構造体５０２に垂直である。シェルをシフトすることにより、ｚ軸周りのよりバランスのとれた利得を達成することができる。利得のバランスをとることによって、単一ＤＲＡの利得は、放射パターンにおける近接場球対称性で８ｄＢに近づくことができると企図される。
図６Ａおよび図６Ｂは、ＤＲＡ４００と同様のＤＲＡ６００を示すが、誘電体材料の複数のボリューム６０４（積層シェル６０４．１、６０４．２、６０４．３）は、例えば１から３の間の誘電率を有する誘電体材料などの容器６１６内に埋め込まれており、誘電体材料の複数のボリューム６０４の各ボリュームは、互いに対して平行であり、かつ、中央配置される中央長手方向軸６０５を有しており、誘電体材料の複数のボリューム６０４は、容器６１６の中央長手方向軸６１７に対して横方向に中央でシフトされ、第２ボリュームＶ（２）６０４．２内に配置された信号フィード６０６で接地構造体６０２に結合されている。容器６１６の中央長手方向軸６１７は、接地構造体６０２に垂直、かつ、誘電体材料の複数のボリュームの６０４の各ボリュームの中央長手方向軸６０５と平行に配置される。誘電体材料の複数のボリュームが互いに対して中央配置され、かつ、容器に対して横方向に中央でシフトされるこのような構成は、所望のバランスのとれた利得を達成するための別の方法である。図６Ａおよび図６Ｂに示す分析的にモデル化された実施形態では、ＤＲＡ６００の誘電体材料の複数のボリューム６０４は、８ｍｍの楕円の長手方向軸に沿う外側寸法を有し、容器６１６は、１６ｍｍのフットプリント直径を有する。
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、実施形態において、誘電体材料の複数のボリューム６０４が、誘電体材料の複数のボリューム６０４の正反対側に信号フィード６０６から延びる第１方向を有する第１幾何学経路をその中に画定し、第１幾何学経路の第１方向と直交する第２方向を有する第２幾何学経路をその中に画定し、第２幾何学経路が誘電体材料の複数のボリューム６０４の楕円形状のために第１幾何学経路の実効誘電率未満である実効誘電率を有することを言及することは注目に値する。第１幾何学経路に沿う実効誘電率よりも小さくなるよう第２幾何学経路に沿う実効誘電率を調整することにより、電界線についての主要経路は、（楕円の長軸方向にて信号フィードから正反対側に向かう）好ましい第１幾何学経路に沿うことになり、得られたＤＲＡ６００は、第１幾何学経路に沿って好ましいＴＥモード放射を提供し、（楕円の短軸方向にて第１幾何学経路に直交する）好ましくない第２幾何学経路に沿って好ましくないＴＥモード放射の抑制を提供し、電界線についての好ましくない第２幾何学経路は、主要な第１幾何学経路に直交する方向となる。そして、本明細書のすべての開示から、本明細書において上述したように第２幾何学経路に沿う実効誘電率を第１幾何学経路に沿うものよりも小さく調整することが、採用される信号フィードの種類とは無関係であろうことが理解されるであろう。
実際問題として、ＤＲＡ１００、２００、４００および５００に関して本明細書で論じた誘電体材料の積層ボリュームはまた、各容器１１６、２１６、４１６および５１６内に埋め込まれ得、本明細書に開示された目的のために本明細書に開示された方法で、関連する容器に対して中央配置または横シフトのいずれかとすることができる。任意およびすべてのこのような組合せは、本明細書に開示された発明の範囲内であると考えられる。
容器１１６、または、他の図を参照して本明細書に開示される任意の他に列挙された容器は、いくつかの例では、最外ボリュームＶ（Ｎ）であり得ることは上記から理解され、容器という用語および最外ボリュームＶ（Ｎ）という用語は、本明細書に開示された様々な誘電体材料の複数のボリューム間の幾何学関係をより具体的に説明するために使用される。
所望のバランスのとれた利得を達成するための別の方法は、図７Ａおよび図７Ｂに示され、これらは、接地構造体７０２上に配置され１から３の間の誘電率を有する硬化樹脂からなる容器７１６を含むＤＲＡ７００を示し、誘電体材料の複数のボリューム７０４（積層シェル７０４．１、７０４．２、７０４．３）は、第２ボリュームＶ（２）７０４．２内に配置された信号フィード７０６を伴って容器７１６内に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリューム７０４の各ボリュームは、互いに対して中央配置され容器７１６の長手方向軸７１７に対して中央配置された中央長手方向軸７０５を有し、誘電体材料の複数のボリューム７０４の外側ボリュームＶ（３）７０４．３は、傾斜頂部７１８および平坦頂部７２０によって表されるように非対称形状を有しており、これは、所望のバランスのとれた利得を生成するために放出された放射パターンを整形するように機能する。容器７１６の中央長手方向軸７１７は、接地構造体７０２に垂直かつ誘電体材料の複数のボリューム７０４の各ボリュームの中央長手方向軸７０５に平行に配置されている。外側ボリュームＶ（３）７０４．３のみが非対称形状を有するように示されているが、他の層もまた、非対称形状に形成され得ることが理解されるであろう。しかし、出願人は、単に外層Ｖ（Ｎ）における非対称形状の形成が、所望のバランスのとれた利得を達成するために放射パターンを変更するのに十分であることを分析モデリングにより発見した。
図１Ａに示すホイップ型ＤＲＡの変形例が図８Ａに示され、そこではＤＲＡ８００が示され、誘電体材料の複数のボリューム８０４の各ボリューム（積層シェル８０４．１、８０４．２、８０４．３）および埋め込まれた信号フィード８０６がアーチを形成し、誘電体材料の複数のボリューム８０４の各アーチ形ボリュームが、接地構造体８０２上に配置されたその両方の端部８０３、８０５を有し、１から３の間の誘電率を有する容器８１６内に埋め込まれている。アーチを形成するための誘電体材料の複数のボリューム８０４および埋め込まれた信号フィード８０６の曲げにより、例えば８ｍｍと比較して６ｍｍなど、より低い高さがＤＲＡに提供される。このような構成は、磁界に結合するために使用することができ、図８Ｂに示すように、放射パターンにおいて良好な利得と良好な対称性とを提供するが、図８Ｃに示すように、−１０ｄＢにおいて約１４％の狭い帯域幅を有する。
実施形態に係るＤＲＡの他の変形例が、図９Ａおよび図９Ｂに示されている。ここで、ＤＲＡ９００は、半球形状を有する誘電体材料の複数のボリューム９０４の各ボリュームで構成されており、集合的に半球形状を有する容器９１６に埋め込まれ、接地構造体９０２上に配置され、例えば２．１などの１から３の間の誘電率を有する硬化樹脂からなる。ＤＲＡ９００の実施形態では、信号フィード９０６は、誘電体材料９０４．１の第１ボリュームＶ（１）内に配置され、それに電磁的に結合され、誘電体材料９０４．１の第１ボリュームＶ（１）内にアーチ形成され、第１ボリュームＶ（１）の天頂軸９０５から中心ずれして第１ボリュームＶ（１）９０４．１に入る。図９Ａおよび図９Ｂに示すＤＲＡ９００の実施形態では、誘電体材料９０４の３つの積層シェルが存在する。実施形態では、第１ボリュームＶ（１）９０４．１は、誘電率ε１＝２．１を有し、第２ボリュームＶ（２）９０４．２は、誘電率ε２＝９を有し、第３ボリュームＶ（３）９０４．３は、誘電率ε３＝１３を有する。容器９１６の比較的低い誘電率は、ＤＲＡ９００の外層上に上述した相対極小値の誘電率を提供するのに役立つ。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、誘電体材料の複数のボリューム９０４の各ボリュームは、互いに対して中央配置されている天頂軸９０５を有し、誘電体材料の複数のボリュームは、容器９１６の天頂軸９１７に対して横方向に中央でシフトされ、これにより再び、バランスのとれた利得を提供する。図９Ａ、図９Ｂに示す分析的にモデル化された実施形態では、ＤＲＡ９００の誘電体材料の複数のボリューム９０４は、８．５ｍｍのフットプリント直径を有し、容器９１６は、１５ｍｍのフットプリント直径を有する。
図８Ａおよび図９Ａの実施形態のアーチ型信号フィード８０６および９０６のため、アーチ型信号フィードを持たないこれらの実施形態の電界とは対照的に、それぞれの各ＤＲＡ８００、９００は磁界に結合される。
実施形態に係るＤＲＡの別のバージョンを示す、図１０Ａから図１０Ｆをここで参照する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、上述の実施形態と同様に、第２ボリュームＶ（２）１００４．２で配置された信号フィード１００６を有する誘電体材料１００４のボリュームの積層シェルを有するＤＲＡ１０００を示すが、誘電体材料の複数のボリューム１００４の各ボリュームは、例えばボリュームＶ（１）１００４．１に関連付けられた軸１００５．１などの、そのそれぞれの長手方向軸へと長手方向に向けられた細長いドーム形状を有し、さらに誘電体材料の複数のボリューム１００４の周りで円周方向に配置された導電性フェンス１０５０（導電性電磁波反射器とも本明細書において称され、かつ、当技術分野でそうであるように認識され、本明細書中では単に短縮してフェンスまたは反射器とも称され得る）を備え、フェンス１０５０は、接地構造体に電気的に接続されてその一部を形成する。実施形態では、ＤＲＡ１０００は、それぞれの誘電率ε１＝２、ε２＝９、ε３＝１３、ε４＝１５およびε５＝３を有する５層の誘電体材料１００４を有する。ＤＲＡ１０００の実施形態では、第１ボリュームＶ（１）１００４．１は、フェンス１０５０の円周の中心に対して中央配置され、すべての他のボリュームＶ（２）からＶ（５）１００４．２から１００４．５は、（図１０Ａ、図１０Ｂの図中左側へと）同じ方向に横シフトされている。異なる誘電率の誘電体材料の積層シェル、ドーム形状、横シフトおよびフェンスの組合せにより、図１０Ｃに示す所望の放射パターン、図１０Ｄに示す７．３ｄＢの実現利得および図１０Ｅに示す所望のリターンロスを有する、実施形態に係る１０ＧＨｚ共振での高利得多層ＤＲＡが得られる。図１０Ａおよび図１０Ｂに示す分析的にモデル化された実施形態では、フェンス１０５０は、２．５ｃｍの平面図最大直径を有し、最外ボリュームＶ（５）は、８ｍｍの高さを有する。実施形態では、フェンス／反射器１０５０は、誘電体材料の複数のボリューム１００４の全体的な高さの０．２倍以上かつ３倍以下、または、誘電体材料の複数のボリューム１００４の全体的な高さの０．８倍以下の高さを有する。
図１０Ａに示すように、フェンス１０５０は、接地構造体１００２に対して角度αでｚ軸に対して外側に傾斜している側壁を有し、これは、フェンス１０５０の内側境界内の信号共振を抑制するように機能する。実施形態では、角度αは９０度以上、かつ、１３５度以下である。しかし、例えば、上向きで接地構造体１００２から外側に湾曲する放物線状の側壁など、フェンス１０５０の側壁の他の形状が、同一または類似の最終結果のために採用され得ることが、理解されるであろう。さらに、フェンス１０５０は、ソリッドフェンス、有孔フェンス、メッシュフェンス、離間ポストフェンス、ビア、導電性インクフェンス、または、本明細書に開示された目的に適した任意の他の導電性フェンス構造であり得る。図１０Ａに示すように、フェンス１０５０の高さは、信号フィード１００６の約１．５倍の高さであるが、しかし、それは所望の放射パターンに依存して、より高くてもまたはより低くてもよい。実施形態では、フェンス１０５０の高さは、信号フィード１００６の高さ以上であり、信号フィード１００６の１．５倍以下の高さである。単位セルまたは単位／単数ＤＲＡの場合は、採用される材料の誘電率（本明細書においてＤｋとも称される）とともにフェンスの高さおよび角度は、アンテナアスペクト比を定義する。サイズ、帯域幅および利得についての所望の仕様に応じて、異なるアスペクト比を有するアンテナを提供し得る。例えば、フェンスの定義された角度と組合せた比較的高いフェンスは、比較的広い周波数帯域にわたって比較的高い利得を提供するように企図される。フェンス高さおよびフェンス角度の他の組合せは、他の有利なアンテナ性能特性を提供するように企図され、これは、本明細書で提供される開示材料の教示を考慮して容易に解析的にモデル化することができる。
ＤＲＡ１０００の実施形態では、バランスのとれた利得は、例えば図１０Ｃおよび図１０Ｄを参照すると、平面接地構造体１００２上に積層ボリューム１００４のシフトされたシェルを採用することによって達成される。あまりシフトされず、破線１００３で示すように非平面接地構造体に結合された積層ボリューム１００４などの他のジオメトリが、同様の結果を提供することが企図され、これにより、（あまりシフトされていないシェルから）フィールド線が曲げられてｚ軸周りでより対称となるのに役立つであろう。本明細書に示された実施形態に対する任意のおよびすべてのそのような変形は、本明細書に開示される本発明の範囲内であると考えられる。
図１０Ｆは、ＤＲＡ１０００と同様であるが、１７００から２７００ＭＨｚ動作のためにチューニングされたＤＲＡのリターンロス応答を示している。
異なる周波数で動作する異なるＤＲＡの高さに関して、約１０ＧＨｚで動作するよう構成されたＤＲＡは、約５から８ｍｍの高さを有することができる一方、約２ＧＨｚで動作するよう構成されたＤＲＡは、約２５から３５ｍｍの高さを有することができる。実施形態では、図１０Ａに示す解析モデルは、図１０Ｃに示した放射パターンを生成するために約２０ｍｍのフェンスの底部直径を有する。
ここで図１１Ａへの参照が行われ、これは、実施形態に係る、ＤＲＡ６００と同様の４つのＤＲＡ１１００．１、１１００．２、１１００．３、１１００．４（集合的にＤＲＡ１１００と称される）を採用する例示の２×２アレイ１０９９を示し、図１１Ｂに示すように放射パターンのｚ軸に沿った１４．４ｄＢの利得を生成する。実施形態では、図１１Ａに示す解析モデルは、図１１Ｂに示す放射パターンを生成するために約６０ｍｍ×６０ｍｍの全体的なｘおよびｙ寸法を有する。より具体的には、各ＤＲＡ１１００は、例えば１から３の間の誘電率を有する誘電体材料などの容器内に埋め込まれている誘電体材料の複数のボリュームを有し、誘電体材料の複数のボリュームは、互いに対して中央配置され、ＤＲＡ６００への参照における上述と同様に容器に対して横方向に中央でシフトされている。ＤＲＡ１０００に関連して上述したように、各ＤＲＡ１１００は、それぞれのＤＲＡ１１００を取り囲む導電性フェンス１１５０を有している。図１１Ａに示す解析的にモデル化された実施形態は、図１１Ｂに示す放射パターンを生成し、これにより、ｚ＝０でまたはおよそｚ＝０で非対称二次ローブ１１６０を有することがわかる。これらの非対称の二次ローブ１１６０は、（容器の円筒形ジオメトリを介して）各円筒形ＤＲＡ１１００を取り囲む矩形フェンス１１５０を有する解析モデルに起因し、円筒ＤＲＡ１１００に関してより均一な対称性を有するフェンスジオメトリを採用することによって、二次ローブ１１６０の低減および実現利得の改善（図１１Ｂでは１４．４ｄＢ）を達成し得ることが企図される。
以上から、本明細書に記載のいずれかのＤＲＡまたは本明細書に記載の実施形態に一致するその任意の変形例からなる任意の数のｘ×ｙアレイ構成要素を有する他のアレイを構成し得ることが理解されるであろう。例えば、図１１Ａに示す２×２アレイ１０９９は、例えば約１フィート×１フィート（３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ）以上の全体的なｘおよびｙ寸法を有する１２８×１２８以上のアレイ要素を有するアレイに拡張され得る。任意のアレイ１０９９の全体的な高さは、１ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下とすることができる。本明細書に示されるｘ，ｙアレイ１０９９では、ｘとｙが等しい場合を説明したが、ｙに等しくないｘを有するアレイ構造もまた企図され、本明細書に開示される本発明の範囲内と考えられることが理解されるであろう。このように、図１１Ａは、本明細書に開示された目的に一致した、任意の数のｘおよびｙアレイ要素を有する本明細書に開示の任意のＤＲＡ素子のアレイ１０９９を表すために、非限定的な方法で提示されている。さらなる例として、本出願人は、約５０ｄＢの得られる合焦方向利得を伴う、３２ｃｍ×３２ｃｍの全体的なｘおよびｙ寸法を有する本明細書に開示されたＤＲＡの１２８×１２８のアレイを分析的にモデル化した。任意のおよびすべてのこのような組合せは、本明細書に開示された発明の範囲内であると考えられる。
ここで図１２Ａへの参照が行われ、これは、本明細書に開示された誘電体材料のボリュームの他の実施形態と同様に、導電性接地構造体１２０２上に配置された誘電体材料の複数のボリューム１２０４の例示の実施形態の技術的レンダリングを示す。図１２Ａを参照すると、誘電体材料の複数のボリュームの個々の間の共振結合は、互いに直接密接接触で配置されている隣接ボリュームによって説明することができる。例えば、図１２Ａの実施形態は、誘電体材料Ｖ（１）からＶ（４）１２０４．１、１２０４．２、１２０４．３および１２０４．４の４つのボリュームを有している。各ボリューム内の破線は信号経路を表し、共振を定義する。所与の経路の電気長は、「優位に」共振周波数を定義する。各共振周波数は、層の厚さを調整することによって微調整することができる。複数の共振システムは、本明細書に開示されるように、λ／２の基本共振を定義する、比較的閉じた電気長の結合（〜ｄ＊ｓｑｒｔ（ε））によって達成することができる。本明細書で使用されるように、数学的演算子〜は、約を意味する。広帯域応答は、本明細書に開示されるように、相対的に最低の誘電率材料（相対的に大きなシェル厚）から相対的に最高の誘電率材料（相対的に最小のシェル厚）への強く結合された電気経路によって達成することができる。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、減結合共振が結合されるときの帯域幅の変化を示している。本明細書に開示の実施形態は、マイクロ波およびミリ波用途における広帯域性能について関連付けられたＤＲＡにおいて強く結合された電気経路を生成するために、互いに直接密接接触する積層シェルとして誘電体材料の複数のボリュームを採用することにより、結合共振のこの原理上で動作する。
ここで図１３Ａから図１３Ｆへの参照が行われ、これは、実施形態に係るＤＲＡの別のバージョンを示す。図１３Ａから図１３ＣはＤＲＡ１３００を示し、またはその部分を図１３Ｃに示しており、これは、誘電体材料１３０４のボリュームの積層シェルと、接地構造体１３０２の下に配置されたマイクロストリップ信号フィード（マイクロストリップ）１３０６とを、マイクロストリップ１３０６および接地構造体１３０２の間に配置された誘電体基板１３６０とともに有する。図１３Ａから図１３Ｃの実施形態では、誘電体材料の複数のボリューム１３０４の各ボリュームは、半球形状を有しており、誘電体材料の複数のボリューム１３０４の周りに円周方向に配置された導電性フェンス１３５０を伴い、フェンス１３５０は、接地構造体１３０２に電気的に接続されてその一部を形成し、フェンス１０５０に関して上述されたような構成を有する。実施形態において、ＤＲＡ１３００は、それぞれの誘電率ε１＝２、ε２＝９、ε３＝１３、ε４＝１４およびε５＝２を有する５層の誘電体材料１３０４を有する。しかし、本発明の範囲は、５層に限定されず、任意の数の層を含み得る。ＤＲＡ１３００の実施形態では、誘電体材料の複数のボリューム１３０４の５つのボリュームＶ（１）からＶ（５）１３０４．１から１３０４．５の各々は、フェンス１３５０の円周の中心に対して中央配置される。接地構造体１３０２は、その中に形成されたスロット開口部１３６２を有し、マイクロストリップ１３０６およびスロット開口部１３６２の長さ寸法は、図１３Ｂの平面図に示すように互いに直交して配置されている。実施形態では、スロット開口部は、１０ミリメートル（ｍｍ）の長さおよび０．６ｍｍの幅を有するが、所望の性能特性に応じて異なる寸法を有し得る。実施形態では、マイクロストリップ１３０６は、５０オームのインピーダンスを有しており、基板１３６０は、０．１ｍｍの厚さを有している。ＤＲＡ１３００はまた、本明細書では開口部結合マイクロストリップＤＲＡと称される。実施形態では、異なる誘電率の誘電体材料の積層シェル、半球形状、フェンスの組合せは、本明細書において開示されるように、図１３Ｄに示す放射パターン、図１３Ｅに示すような約７．３ｄＢの実現利得、図１３Ｆに示すような３０％超の帯域幅をもたらす。異なる層について異なる誘電率および厚さを選択することによって、帯域幅をはるかに大きくすることができることが企図される。実施形態では、接地構造体１３０２は、複数のスロット開口部１３６２を有しており、これは、マイクロストリップ信号フィード１３０６のために、および、フェンス１３５０を伴う誘電体材料の複数のボリューム１３０４の位置合わせのために使用され得る。いくつかの実施形態では、マイクロストリップは、例えば表面集積導波路などの導波路で置換され得る。
図１４Ａおよび図１５Ａは、それぞれＤＲＡ１３００と同様の構成を有するＤＲＡ１４００および１５００を示し、これらは両方ともマイクロストリップ信号フィードを伴うが、互いに比べておよび図１３Ａのフェンス１３５０に比べて、それぞれ、フェンス１４５０および１５５０について異なる寸法を有する。３つのＤＲＡ１３００、１４００および１５００の間で共通の特徴は、誘電体材料の複数のボリューム１３０４であり、これらはすべて同じである。図１４Ａに示す実施形態では、フェンス１４５０は、２５．４ｍｍの平面視最大直径および４ｍｍの高さを有しており、図１４Ｂに示すような５．５ｄＢの実現利得を有するＤＲＡ１４００をもたらす。図１５Ａに示す実施形態では、フェンス１５５０は、３０ｍｍの平面視最大直径および６ｍｍの高さを有しており、図１５Ｂに示すような９．５ｄＢの実現利得を有するＤＲＡ１５００をもたらす。ＤＲＡ１３００、１４００および１５００について同様の構成を比較することによって理解されるであろうが、各ＤＲＡは同じ誘電体材料の複数のボリュームを有するが、異なるフェンス寸法を有し、所望の性能特性を生成するために、フェンスの寸法を調整することによって実現利得（および放射パターン）を変化させてチューニングすることができる。本明細書に記載されるようにフェンスジオメトリを変化させることにより、利得が増加するにつれて、帯域幅が減少し得ることが企図される。
ここで図１６から図２８への参照が行われ、これは、ＤＲＡにおける横電界（ＴＥ）モード電気経路および横磁界（ＴＭ）モード幾何学経路間の相互作用、および、ＤＲＡ対称性が全体的なアンテナ性能に果たす役割を示すために使用される。
ＤＲＡは、ＴＥモードおよびＴＭモードの観点から理解されて分類される放射モードを有する。あるいは、放射モードは、基本ＴＥ磁気双極子およびＴＭ電気双極子との見地で表されて分類されることができる。非放射モードは、対の双極子で表すことができ、放射モードは不対双極子で表すことができる。様々なモードの中で、基本放射ＴＥ０１およびＴＭ０１モードは、ＤＲＡの全体的な性能に重要な役割を果たしている。アンテナ帯域幅は、−１０ｄＢ整合で定義されるインピーダンス（整合）帯域幅、および、所望モードについて３ｄＢ利得帯域幅を考慮することにより定義される、まったく異なる可能性のある放射帯域幅を含む。通常、放射帯域幅は、整合帯域幅の一部である。ＤＲＡ層の対称性は、基本直交放射ＴＥおよびＴＭモードを考慮するかまたはしないことにより全体的なアンテナ性能において役割を果たす。
対称性アシスト電気経路に基づく簡易計算は、期待ＤＲＡ性能に洞察を提供することができる。ＴＥおよびＴＭモードは、共振器の形状および対称性によって増強または抑制されている幾何学的に異なる経路によって考慮され、トポロジー的にも非常に異なる放射パターンを有している。幾何学電気経路間の差が大きくなれば、ＴＥおよびＴＭ放射モードは周波数においてさらに離れ、それらの好ましい方向における利得がより異なるものとなる。逆に、幾何学経路の間の近接性は、周波数の近接を意味し、アンテナがより指向性でなくなり、ＴＥおよびＴＭ放射性能の両方を低減させる。
円筒状および矩形状の積層ＤＲＡは、ＴＥおよびＴＭの幾何学電気経路間の近接を考慮し、これは周波数の近接、および、良好な整合帯域幅を有する可能性があるＤＲＡをもたらすが、それはいずれかのモードでは十分には放射しない。半球積層ＤＲＡ設計を使用することにより、幾何学経路は、より異なるものとなり、これは、周波数分離およびＴＥおよびＴＭの相互作用がより少ないことを意味する。放射パターンはまた、トポロジー的により異なるものとなり、関連する利得はより高く、より小さな整合帯域幅を有し得るが、改善された放射帯域幅および利得を有し得るアンテナがもたらされる。
本明細書に開示されるようなＤＲＡ設計の実施形態は、改善されたＴＥモード放射性能を有する一方、（ＴＭモードに関連付けられた）垂直経路は、埋め込まれた低誘電率（Ｄｋ）材料または空気充填楕円体を介して実質的にまたは完全に抑制される。以下でより詳細に説明される簡略化された計算はまた、約６０％でのＴＥ放射帯域幅の上限を提供する。この上限は、ＴＥおよびＴＭの周波数間で達成可能な最大の分離を示唆している。本明細書で提供される簡略化された計算では、最高比誘電εｒ＝９が想定される。しかし、より高いＤｋ材料に進むことにより、放射帯域幅がさらに改善されることが企図される。実施形態では、（対称性の考慮を介して）よりＴＭモードに影響を与えることにより、空洞の存在がＴＥおよびＴＭ周波数距離を低減させる傾向があるであろう。以下でより詳細に説明する半経験的な式が、ＴＥおよびＴＭ利得対周波数分離または経路／対称性因子αを概ね予測する。
放射パターンに関して、不対磁気双極子（ＴＥモード）の放射がエンドファイア放射パターンをもたらす一方、不対電気双極子（ＴＭモード）の放射がブロードサイド放射パターンをもたらす。
ここで図１６への参照が行われ、これは、近接場での幾何学電気基本経路を例示する目的のために導電性接地構造体１６０２上に配置された例示の半球ＤＲＡ１６００のモデルを示す。中央の垂直矢印１６０４は、半球ＤＲＡ１６００の外側領域に近い磁場１６０６と基本フィールド経路１６０４（中央経路）および１６０８とを生成するＴＭ放射モード（電気双極子）を表し、アーチ矢印１６１０は、半球ＤＲＡ１６００の外側領域に近いＴＥ放射モード（磁気双極子）および関連する基本フィールド経路を表す。実施形態の利点は、ＴＭモードを抑制し、ＴＥモードを増幅することによって達成することができ、周波数分離を達成可能にして、したがって、好ましい方向（エンドファイア）への利得を異ならしめ、放射帯域幅を増大させる。
ここで図１７への参照が行われ、これは、高さ「ａ」および直径「２ａ」を有する例示の円筒／矩形ＤＲＡ１７００のモデルを示す。ＴＥモードフィールド線は参照符号１７０２、１７０４および１７０６で示され（経路１）、ＴＭモードフィールド線は参照符号１７０８、１７１０および１７１２で示されている（経路２）。電気経路が、λ／２での共振（半波長共振）を定義することを認識することによって、ＴＥモードの半波長共振（経路１）およびＴＭモードの半波長共振（経路２）についての式を、本明細書に開示された目的のために、以下のように定義（≡）することができる。
ＤＲＡ１７００について（簡略化されかつ合理的な計算のために上述したように）εｒ＝９と仮定すると、数式１および数式２の２つの経路について以下の結果が提供される。
経路１と経路２との比を取れば、以下の結果が得られる。
その結果、円筒型／形矩型ＤＲＡについてのＴＥおよびＴＭモードの電気経路はほぼ同じであり、ＴＥおよびＴＭ共振が互いに近くなり、これによって、ＴＥモード共振が１０ＧＨｚである場合、ＴＭモード共振が１０ＧＨｚに非常に近くなるであろう。最終結果として、このような円筒状／矩形状ＤＲＡが、互いからエネルギーを盗み、低い利得を生み出すＴＥおよびＴＭ共振を有することとなる。
ここで図１８への参照が行われ、これは、全体の高さ「Ｒ」およびベース直径「２Ｒ」を有する例示の半球ＤＲＡ１８００のモデルを示す。ＴＥモードフィールド線は、参照符号１８０２で示され（経路１）、ＴＭモードフィールド線は、参照符号１８０４および１８０６によって示されている（経路２）。上記と同様に、ＴＥモード半波長共振（経路１）およびＴＭモード半波長共振（経路２）についての式は、本明細書に開示された目的のために、以下のように定義することができる。
ここでもＤＲＡ１８００について（簡略化されかつ合理的な計算のために上述したように）εｒ＝９と仮定すると、数式６および数式７の２つの経路について以下の結果が提供される。
経路１と経路２との比を取れば、以下の結果が得られる。
図１８の実施形態において、ＴＥ共振が１０ＧＨｚであれば、ＴＭ共振は約１２．２ＧＨｚとなり、図１７の実施形態よりも良好な分離となるものの、まだ改善の余地がある。
ここで図１９への参照が行われ、これは、図１８の実施形態と同様に全体の高さ「Ｒ」およびベース直径「２Ｒ」を有するが、空気からまたは低Ｄｋ材料から形成された中央領域１９０２を有している例示の半球ＤＲＡ１９００のモデルを示す。ＴＥモードフィールド線は、参照符号１９０４で示され（経路１）、ＴＭモードフィールド線は、参照符号１９０６、１９０８および１９１０によって示されている（経路２）。上記と同様に、ＴＥモード半波長共振（経路１）およびＴＭモード半波長共振（経路２）についての式は、本明細書に開示された目的のために、以下のように定義することができる。
ここでもＤＲＡ１９００について（簡略化されかつ合理的な計算のために上述したように）εｒ＝９と仮定すると、数式１１および数式１２の２つの経路について以下の結果が提供される。
経路１と経路２との比を取れば、以下の結果が得られる。
図１９の実施形態において、ＴＥ共振が１０ＧＨｚであれば、ＴＭ共振は約１４ＧＨｚとなり、図１７および図１８の実施形態よりも良好な分離となるものの、まだ改善の余地がある。
ここで図２０への参照が行われ、これは、図１８および図１９の実施形態と同様に全体の高さ「Ｒ」およびベース直径「２Ｒ」を有するが、空気からまたは低Ｄｋ材料から形成されるだけでなく、垂直配向（軸方向配向）楕円体形状を有するよう形成された中央領域２００２を有している例示の半球ＤＲＡ２０００のモデルを示す。信号フィードは、具体的に図２０において（またはいくつかの他の後続の図において）示されていないが、本明細書に開示された目的のためにＤＲＡ２０００を電磁的に励起するため、信号フィードが、本明細書に開示された方法で図２０の実施形態とともに採用されることが本明細書に開示されているすべてから理解されるであろう。ＴＥモードフィールド線は、参照符号２００４で示され（経路１）、ＴＭモードフィールド線は、参照符号２００６および２００８によって示されている（経路２）。上記と同様に、ＴＥモード半波長共振（経路１）およびＴＭモード半波長共振（経路２）についての式は、本明細書に開示された目的のために、以下のように定義することができる。
ここでもＤＲＡ２０００について（簡略化されかつ合理的な計算のために上述したように）εｒ＝９と仮定すると、数式１６および数式１７の２つの経路について以下の結果が提供される。
経路１と経路２との比を取れば、以下の結果が得られる。
図２０の実施形態において、ＴＥ共振が１０ＧＨｚであれば、ＴＭ共振は約１６．５ＧＨｚとなり、図１７、図１８および図１９の実施形態よりも実質的に良好な分離となる。
図１７から図２０の前述の例示の実施形態から分かるように、空気または低Ｄｋ材料から形成されるのみならず、その領域におけるＴＭモード経路を実効的に抑制するように機能する、垂直配向（軸方向配向）された楕円体形状または本明細書に開示された目的に適した軸対称性を有する任意の他の形状を有するよう形成された中央内部領域を有する半球楕円積層ＤＲＡを利用することによって、ＴＭモードについての中央経路が実質的にまたは完全に抑制される場合、実質的に改善された周波数分離を達成することができる。
図１９および図２０の実施形態は、外側領域とは異なり外側領域よりも低い誘電率を有する内側領域１９０２、２００２を伴う二層ＤＲＡ１９００、２０００（本明細書において参照符号１９００、２０００により示される）のみを示すが、これは、例示目的のみであって、簡略化された計算を提示するためのものであり、本明細書に開示される本発明の範囲は単に二層に向けられるのではなく、開示および本明細書に開示された目的と一致する三層以上の任意の数の層を包含することが理解されるであろう。
ＴＥおよびＴＭモードの周波数近接が、遠方場ゾーンにおけるエネルギー分布のトポロジー特性を定義する。その即時の実用的な含意は、比較的広い角度にわたる「滑らかな」利得である。逆に、「均質でない」アンテナ利得は、データ伝送の質に大きく影響を与えることがある。固有のアンテナ指向特性および利得は、アンテナのエネルギーが分配される空間内に定義された閉曲線によってトポロジー的に特徴付けることができる。ＴＥおよびＴＭ放射モードは、ホモトピー群によって表すことができる非常に異なるトポロジー構造を有する。純粋ＴＥモードは、曲線の１つのタイプで表すことができ、通常は高利得と関連しており、非常に指向的なモードとすることができる。純粋ＴＭモードは、曲線の２つのタイプで表されることができ、通常はＴＥモードほど指向的ではない。遠方場エネルギー分布の混合対称性とは、ＴＥおよびＴＭモード間の相互作用を意味し、３種類以上の曲線で表すことができ、通常は低利得と関連している。
図２１Ａおよび図２１Ｂは、それぞれ、純粋ＴＥ放射モード２１１０および純粋ＴＭ放射モード２１２０についての遠方場三次元利得断面およびホモトピー群の技術的描画を示している。フラット２Ｄ描画として示されているが、遠方場放射パターンは三次元である。したがって、２１１０および２１２０の関連ホモトピー群は、三次元でより正確に閉ループに対応する。より明示的には、２１１０は回転楕円形状の放射パターンおよび関連ホモトピー群を表し、一方、２１２０は、トロイダル形状の放射パターンおよび関連ホモトピー群を表す。図から分かるように、図２１Ａおよび図２１Ｂの２つのトポロジーは、遠く離れた周波数を有するＴＥおよびＴＭモードを示す実質的に異なる放射パターンを有する。図２１Ｃは、２１１０および２１２０の遠方場三次元放射パターンならびにホモトピー群についての断面の組合せの技術的描画を示し、２１３０の放射パターンおよびホモトピー群を生成して、これにより、ＴＥおよびＴＭモードが近い周波数近接となり、アンテナが純粋ＴＥモードまたは純粋ＴＭモードアンテナのいずれよりもより指向的でなくなる。
基本ＴＥおよびＴＭモードについての三次元放射パターンは、ホモトピー群を介して分類することが可能な異なるトポロジー空間からなる。ホモトピー群は、閉ループのファミリーで定義されている。最も単純なホモトピー群は、一点での収縮可能ループのファミリーで構成されるものであり、これは、１つの要素のみを有し、すなわちユニティである。図２２Ａおよび図２２Ｂはそれぞれ、閉ループ２１１０および２１２０のファミリーのホモトピー群の技術的描画を示しているが、各群に関連付けられた曲線のファミリーの付加的な技術的描画を有する。図２２Ａにおいて、閉ループのすべてが１つのファミリーに属している。純粋ＴＥ放射モードでは、曲線２２１０のすべては、アンテナ放射のエネルギー分布内で（内側楕円および中央点で表される）単一点において収縮可能（収斂可能、低減可能）であり、これは、ＴＥ放射モードの典型的な遠方場構造である。トポロジー的にそれらは、単一要素ホモトピー群とも称される唯一の要素を持つホモトピー群、すなわちユニティで表すことができる。実際に、これはアンテナ関連利得および指向性が「操作（改竄）」されて非常に高くなることができることを意味している。図２２Ｂにおいて、曲線の２つのファミリーが示され、曲線２２１０のものと同様の単一点収縮性を有する第１ファミリー２２２０、および、単一点で収縮しない第２ファミリー２２３０であり、一方、図２２Ｂに示す単一点２２３１は、アンテナ放射のエネルギー分布内に含まれていない。曲線の２つのクラスは、２つの要素を伴う関連ホモトピー群を作り、ユニティ（一点に収縮可能な曲線）と、一点で収縮することができない曲線を有する他の重要な要素とである。実際にこれは、我々が望む任意の形状で我々がアンテナ利得および指向性を「操作」することができない固有の問題が存在することを意味する。図２２Ｂで示されるエネルギー分布は、ＴＭ放射モードの遠方場構造の典型である。ここでは、関連利得も高くすることができるが、ＴＥモードほど高くはない。
図２２Ｃは、図２１Ｃに示されたものと同様の２１３０のホモトピー群をもたらす２１１０および２１２０のホモトピー群の組合せの技術的描画を示しているが、曲線２２１０、２２２０、２２３０のファミリーがその上に重ねられている。図２２Ｃに示された曲線２２４０および２２５０の付加的なファミリーは、２１２０のホモトピー群のブロードサイド放射パターンと２１１０のホモトピー群のエンドファイア放射パターンとの間の相互作用の結果である。その結果が、多くの要素（曲線のクラス）を伴うホモトピー群によって表すことができる三次元パターンまたはトポロジー空間である。２１３０のホモトピー群の混合対称性および多くの要素は、ＴＥおよびＴＭモードの近い周波数近接に関連している。遠方場放射パターンは、遠方場のホモトピー群構造を定義する収縮可能曲線のファミリーによってトポロジー的に記述することができ、曲線のファミリーの数（ｎ）は、それぞれのホモトピー群のクラスを定義する。２１１０のホモトピー群で示されるような純粋ＴＥ放射モードについては、ｎは１に等しい。２１２０のホモトピー群で示されるような純粋ＴＭ放射モードについては、ｎは２に等しい。２１３０のホモトピー群で示されるような混合対称性ＴＥ−ＴＭ放射モードについては、ｎは２よりも大きい。互いに２１１０、２１２０および２１３０のホモトピー群を比較することによって分かるように、クラスｎ（曲線のファミリー）の数が増加するにつれてアンテナはより指向的でなくなる（よりフィールドキャンセルが多くなる）。クラスｎの数に関して、アンテナの平均利得を、以下によって近似することができる。
ｎはクラス数を定義し、δ＞２であって、δの実際の値は、アンテナ構造およびサイズに依存する。
本明細書に開示された対称性の考慮に基づいて、ＴＥおよびＴＭモードの利得についての経験式は、以下のように定義することができる。
ｆＴＥはＴＥ放射モードの周波数であり、ｆＴＭはＴＭ放射モードの周波数である。上記式において、αは周波数差の割合であり、これは、ＴＥおよびＴＭ放射モードについてそれぞれ励起された電気経路間の差を表し、放射構造の対称性に依存して、以下の関係を満たす。
変数αはまた、図２０および上記のそれに関連する記述を参照して上述されたように、放射帯域幅についての上限を６０％になるよう定義し、特に、数式２０は６５％近くを示す。
数式２２が経験的に誘導される式であることを認識すると、「６ｄＢ」の値がアンテナの接地構造体のサイズに相関し、それにより決定され、「０．６」の値が本明細書で上述の６０％の最大帯域幅と相関し、「５」の値がα＝０で３ｄＢの利得を強制するのに役立つことに留意すべきである。数式２２で分かるように、α＝０でアンテナ利得がすべての方向において約３ｄＢであり、ＴＥ、ＴＭ周波数が一致し、放射方向のいずれもが優位ではない。α＝０．６で、ＴＥおよびＴＭ周波数は遠く離れており、両方がそれぞれ高い利得を有する。
数式２１および数式２２を利用するＴＥおよびＴＭモード利得についての代替の経験式は、以下のように定義することができる。
上述したように、数式２５において、ｎ＝１は純粋ＴＥ放射モードを表し、ｎ＝２は純粋ＴＭ放射モードを表し、ｎ＞２はＴＥ、ＴＭ混合放射モードを表す。
図１９および関連数式に参照し戻すと、２つの同心半球層の特別な場合についてのより一般的な式を、以下のように展開することができる。
ここで、
Ｒは上記で定義されている。
ε１は、外側層の高Ｄｋ材料を表す。
ε２は、内側層の低Ｄｋ材料を表す。
βはパラメータであり、０≦β≦１である。
β＝０の場合は、図１８のものと同様のソリッド半球を表し、β＝１の場合は、図１９のものと同様の半球状の積層ＤＲＡを表す。
経路１と経路２との比を取れば、以下の結果が得られる。
経路１／経路２＝
数式２９から分かるように、（経路１／経路２）の比は、この特別な場合についてのＤＲＡの半径Ｒとは無関係である。
β＝０の場合には、
β＝１／２の場合には、
β＝１（開示された実施形態のタイプ）の場合には、
誘電体材料の２つの同心半球層のこの特別な場合についてのＴＥおよびＴＭモードの周波数分離に関して、周波数分離の割合はまた、経路の観点から以下のように書くことができる。
Ｂ＝１についての数式４１と数式２０とを比較すると、本明細書に開示された構造を有する実施形態についてのＴＥおよびＴＭモードの６５％周波数分離の一貫性が示される。
ここで図２３Ａおよび図２３Ｂへの参照が行われ、これは、それぞれ図１７および図２０に示された実施形態についてのＴＥおよびＴＭモードフィールド線を比較するが、図１３Ａ、図１４Ａおよび図１５Ａに示したものと同様のフェンス接地構造体を有する。図２３Ａにおいて、ＤＲＡ１７００（例えば図１７参照）は、接地構造体２３１０に電気的に接続されてＤＲＡ１７００を取り囲む導電性のサイドフェンス２３２０を伴って導電性接地構造体２３１０上に着座する。図２３Ａに示されるように、フェンス２３２０の存在および近接により、ＴＥおよびＴＭモードフィールド線の両方が変形され、また、ＤＲＡ１７００の性能に負の影響を与える他の経路および放射モードを導入することがある。ＴＥモードフィールド線１７０２、１７０４および１７０６（例えば図１７参照）に加えて、フェンス２３２０は、ＴＥモードフィールド線２３３０および２３４０を導入する。そして、ＴＭモードフィールド線１７０８、１７１０および１７１２（例えば図１７参照）に加えて、フェンス２３２０は、ＴＭモードフィールド線２３５０および２３６０を導入する。接地構造体２３７０に電気的に接続されてＤＲＡ２０００を取り囲む導電性サイドフェンス２３８０を伴って、ＤＲＡ２０００（例えば図２０参照）が導電性接地構造体２３７０上に着座する図２３Ｂを参照して比較すると分かるように、フェンス２３８０の存在および近接によっては、ＴＥおよびＴＭモードフィールド線２００４、２００６、２００８（例えば図２０参照）を変形せず、他の経路も導入しない。ＤＲＡ２０００が接地構造体２３７０およびフェンス２３８０を伴う場合、ＴＥ放射モードは、ＤＲＡ空洞放射モードになり、空洞２３９０は、フェンス２３８０内の領域であり、空洞２３９０は、放射パターンおよびＤＲＡ利得を高度に改善することができ、特に空洞２３９０の対称性が、ＤＲＡ２０００の対称性に近接して整合する。
ここで図２４Ａおよび図２４Ｂへの参照が行われる。図２４Ａは、オフセットフィード線２４０６を伴う接地構造体２４０４上のスタックされた円筒形ＤＲＡ２４０２のモデル２４００を示す。３つの誘電体層は、２４０８．１、２４０８．２、２４０８．３として示され、図２４Ａに示されるように、各比誘電率ε１、ε２、ε３、各損失正接ｔａｎ（δε１）、ｔａｎ（δε２）、ｔａｎ（δε３）および各高さ寸法Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を有する。スタックされたＤＲＡ２４０２の直径、接地構造体２４０４のサイズ、および、フィード線２４０６の関連寸法も、図２４Ａに示されている。図２４Ｂは、実施形態に係る三層半球ＤＲＡ２４５２のモデル２４５０を示す。図２４Ａと同様に、ＤＲＡ２４５２は、オフセットフィード線２４５６を伴って接地構造体２４５４上に着座している。３つの誘電体層２４５８．１、２４５８．２、２４５８．３は、図１０Ａに示すＤＲＡ１００４と同様に互いに対して軸方向にオフセット（横シフト）されるが、図１０Ａのように５つではなく３つの層のみを有する。誘電体層２４５８．１、２４５８．２、２４５８．３についての他の材料および構造特性、接地構造体２４５４、および、フィード線２４５６は、図２４Ａのモデル２４００に関して提示されたものと同様、または、少なくともモデル的に匹敵する。
両モデル２４００および２４５０について得られたＴＥおよびＴＭ放射モードは、図２５に示されており、両方のモデル２４００および２４５０についての関連する放射パターンは、図２６Ａおよび図２６Ｂに示されている。図２５は、マーカｍ８によって識別され、提示の表に記載されているようにわずか約３．１ｄＢの利得となるＤＲＡ２４０２を伴う混合対称性モデル２４００と比較して、ＤＲＡ２４５２を伴うモデル２４５０が、マーカｍ５によって識別され、提示の表に記載されているようにＴＥおよびＴＭ放射モード間のより良好な周波数分離および約７．２ｄＢの利得を有することを示す。図２６Ａ（ｘ平面分布）および図２６Ｂ（ｙ平面分布）は、マーカｍ１およびｍ２によってそれぞれ識別され、提示の表に記載されているように約６．５から３の係数でＤＲＡ２４０２を伴うモデル２４００よりも、ＤＲＡ２４５２を伴うモデル２４５０がかなり指向的になることを示す。
図２７Ａおよび図２７Ｂは、図２４Ｂに示すようにフェンス生成空洞なしの場合と、図２３Ｂに示すようにフェンス生成空洞２３９０ありの場合とにおける、ＤＲＡ２４５２を伴うモデル２４５０により本明細書に開示された実施形態のＳ（１，１）リターンロスおよび利得を示している。図２７Ａおよび図２７Ｂ（図２７Ａと比較してピークでの解像度がより高い）は、マーカｍ８およびｍ５によってそれぞれ識別され、図２７Ｂに提示の表に記載されているように約１０．１から７．２の係数でフェンス２３８０の存在によりＤＲＡ２４５２を伴うモデル２４５０の利得が改善されることを示す。
比較において、図２８は、図２４Ａに示すＤＲＡ２４０２を伴うモデル２４００のＳ（１，１）リターンロスおよび利得を示しているが、図２３Ａに示すようにフェンス生成空洞２３６５を有する。図２８は、ＤＲＡ２４０２を伴うモデル２４００の得られる利得が、フェンス２３２０の存在により複数の放射モード２９０１、２９０２、２９０３、２９０４を有し（図２３Ａを参照して最良に見られる）、フィールド欠陥の増強をもたらすことを示す。
上記に鑑み、特に他の図および関連説明と組合せた図１６から図２８に関して、本明細書で提供される開示の実施形態は、誘電体材料の複数のボリュームを有する誘電体共振器アンテナを含み、複数のボリュームの各ボリュームは半球またはドーム形である。実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いのボリュームに対して軸方向に中央配置される。別の実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いのボリュームに対して同じ横方向に中央でシフトされる。実施形態では、第１ボリュームＶ（１）は、垂直配向楕円形状を有している。実施形態では、第１ボリュームＶ（１）の垂直配向楕円形状は、複数のボリュームの中央ｚ軸に対して軸方向に配向される。実施形態では、第１ボリュームＶ（１）は、空気の誘電率に等しい誘電率を有する。実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームの周囲における周辺幾何学経路（例えば図２０の２００８参照）は、例えば周辺幾何学経路にてＴＭ放射モードをサポートする誘電率を有し、誘電体材料の複数のボリューム内の中央幾何学経路（例えば図２０の２００６参照）は、中央幾何学経路にてＴＭ放射モードを抑制する誘電率を有している。実施形態では、中央幾何学経路におけるＴＭ放射モードが、完全に抑制される。実施形態では、誘電体材料の複数のボリュームは、ＴＥ半波長共振によって定義される第１経路長を有する第１電気経路を有し、ＴＭ半波長共振によって定義される第２経路長を有する第２幾何学経路を有し、第２経路長に対する第１経路長の比は、１．６以上である。図１６から図２８を特に参照して本明細書で上述した上記実施形態を個別に説明してきたが、他の実施形態が、本明細書の開示と一致する本明細書に記載された特徴の任意のおよびすべての組合せを含むことが理解されるであろう。
ここで図２９への参照が行われ、これは、ドーム状頂部を有する図２０（フェンス／反射器を欠く）および図２３Ｂ（フェンス／反射器付き）に示すＤＲＡ２０００と同様のＤＲＡ２９００を示しているが、信号フィード２９０６が示されている。ＤＲＡ２９００は、第１ボリューム２９０４．１、第２ボリューム２９０４．２および第３ボリューム２９０４．３を含む誘電体材料の複数のボリューム２９０４を有しており、各ボリュームはドーム状頂部を有する。しかし、ＤＲＡ２９００は、本明細書に開示された目的に適した任意の数の誘電体材料のボリュームを有し得ることが理解されるであろう。実施形態では、ＤＲＡ２９００は、接地構造体２９０２に電気的に接続され、接地構造体２９０２の一部を形成する誘電体材料の複数のボリューム２９０４を取り囲む導電性フェンス２９５０を有している。ＤＲＡ２９００はまた、誘電体材料の複数のボリューム２９０４内に配置された材料の付属ボリュームＶ（Ａ）２９６０を含み、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、信号フィード２９０６とは正反対に配置され、信号フィード２９０６がボリュームＶ（Ａ）２９６０内に配置されるかまたはそれと信号通信を行う誘電体材料の複数のボリューム２９０４のうちの同じボリュームＶ（ｉ）２９０４．２内に埋め込まれるか、または少なくとも部分的に埋め込まれ、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、それが中に埋め込まれるボリュームＶ（ｉ）２９０４．２よりも少ないボリュームを有し、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、それが中に埋め込まれるボリュームＶ（ｉ）２９０４．２の誘電率と異なる誘電率を有する。ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、ＤＲＡ２９００の他の特徴と組合せて、遠方場放射パターンに影響を与えるのに役立ち、これにより、得られた遠方場放射パターンおよび関連利得が対称形状となる。図２９に示す実施形態では、ボリュームＶ（ｉ）は、第２ボリュームＶ（２）２９０４．２である。実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、それが中に埋め込まれているボリュームＶ（２）２９０４．２内に１００％完全に埋め込まれている。実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、接地構造体２９０２上に配置されている。実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、誘電体材料の複数のボリューム２９０４の高さの十分の一以上であり、誘電体材料の複数のボリューム２９０４の高さの三分の一以下である高さを有する。実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、円形ポスト、ドームまたは湾曲構造の形状を有しているが、本明細書に開示された目的に適した任意の形状であり得る。実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、金属構造である。別の実施形態では、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は空気である。対称性について遠方場放射パターンに影響を与えるために、ボリュームＶ（Ａ）２９６０は、それが中に埋め込まれているボリュームＶ（ｉ）の誘電率より大きな誘電率を有し、これは図２９においてボリュームＶ（２）である。
ここで図３０Ａおよび図３０Ｂへの参照が行われ、これは、誘電体材料の複数のボリューム３００４と、図１３Ａに示すＤＲＡ１３００と同様の接地構造体３００２に電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンス３０５０とを有するＤＲＡ３０００を示すが、代替的形状および構成のボリューム３００４．１、３００４．２、３００４．３および３００４．４を伴い、２つの位置合わせ機構３０７０．１および３０７０．２を有する図３０Ａおよび図３０Ｂに示す少なくとも１つの位置合わせ機構３０７０を提供する不均一内部形状３０５７を有するフェンス３０５０を伴う。示されるように、誘電体材料の複数のボリューム３００４は、または、実施形態において外側ボリューム３００４．４は、不均一内部形状３０５７およびフェンス３０５０の少なくとも１つの位置合わせ機構３０７０を補足する相補的な外形３００７を有しており、これにより、フェンス３０５０および誘電体材料の複数のボリューム３００４は、少なくとも１つの位置合わせ機構３０７０および相補的形状３００７、３０５７を介して相互に定義されて固定される位置合わせを有する。フェンス３０５０および誘電体材料の複数のボリューム３００４の間の相補的位置合わせ機構を提供することにより、ＤＲＡ３０００のアレイは、より良好に互いに位置合わせされて、遠方場放射パターンの改善された利得および対称性が得られる。実施形態では、ＤＲＡ３０００は、垂直突出（構造的特徴）３０９９．１、３０９９．２、３０９９．３を有し、これらは、接地構造体３００２の一部であり、機械的安定性のために外側層３００４．３、３００４．４の１つ以上へと接地構造体３００２から立ち上がる。
ここで図３１への参照が行われ、これは、図２９に示すＤＲＡ２９００と同様のＤＲＡ３１００を示すが、例えば図２９に示したボリュームＶ（Ａ）２９６０などの誘電体材料の付属ボリュームＶ（Ａ）を欠く。ＤＲＡ３１００は、第１、第２および第３ボリューム３１０４．１、３１０４．２および３１０４．３を含む誘電体材料の複数のボリューム３１０４を有して示されている。示されているように、第１ボリュームＶ（１）３１０４．１は、下側部分３１０９．１および上側部分３１０９．２を有しており、下側部分３１０９．１は、上側部分３１０９．２の断面３１０９．４よりも広い断面３１０９．３を有する。図示および本明細書に記載された他のＤＲＡと同様に、第１ボリュームＶ（１）３１０４．１の上側部分３１０９．２は、垂直配向された少なくとも部分的に楕円の形状を有し、下側部分３１０９．１は、下側部分３１０９．１と上側部分３１０９．２との間の境界線で少なくとも部分的に楕円の形状から接地構造体３１０２に向かって、狭くから広くへと遷移するテーパ形状を有する。実施形態では、テーパ形状または漏斗形状の高さは、ボリュームＶ（１）３１０４．１の高さの十分の一以上であり、かつ、ボリュームＶ（１）３１０４．１の高さの半分以下である。本明細書において、テーパまたは漏斗形状の下側部分３１０９．１への参照が行われたが、下側部分３１０９．１が上側部分３１０９．２より広い断面を有する限り、それは本明細書に開示された目的に適した任意の形状を有し得ることが理解されるであろう。実施形態において、導電フェンス３１５０は、誘電体材料の複数のボリューム３１０４を取り囲み、接地構造体３１０２に電気的に接続されてその一部を形成している。第１ボリュームＶ（１）３１０４．１の下側部分３１０９．１を上側部分３１０９．２よりも広く形成することにより、ＤＲＡ３１００のＴＥモード経路に影響を与えることなく、第１ボリュームＶ（１）３１０４．１がさらに第１ボリュームＶ（１）３１０４．１の中央幾何学経路における放射のスプリアスＴＭモードの源を抑制することが分かった。
ここで図３２から図３４への参照が行われ、これは集合的に、本明細書に開示されたＤＲＡのファミリーの利点を説明するのに役立つ。ＤＲＡの構成要素の寸法をスケールダウンすることによって、関連アンテナが共振する中心周波数は、同じスケーリングファクタでスケールアップする。そのようなスケーリングの例を提供するために、図３０Ａおよび図３０Ｂに示したＤＲＡ３０００と同様のＤＲＡが、分析的にモデル化される。図３２、図３２Ａ、図３３、図３３Ａ、図３４および図３４Ａは、得られた１０ｄＢ帯域幅の割合を示すリターンロスＳ（１，１）のプロットとともに、正面図（上面図）および平面図（底面図）の両方において、それぞれ、ＤＲＡ３２００、３３００および３４００を示している。図から分かるように、各ＤＲＡ３２００、３３００および３４００は、同じ全体的構成を有し、これは、図３２に示すＤＲＡ３２００を参照して説明されるが、異なる寸法を有し、これは、図３２、図３３および図３４を参照して集合的に説明される。
図３２に示すように、ＤＲＡ３２００は、誘電体材料の複数のボリューム３２０４を有し、第１ボリュームＶ（１）３２０４．１は第２ボリュームＶ（２）３２０４．２内に埋め込まれ、第３ボリュームＶ（３）３２０４．３には、ボリュームＶ（１）３２０４．１およびＶ（２）３２０４．２が埋め込まれる。図３２の正面図は、ドーム状頂部を有する誘電体材料の複数のボリューム３２０４の各ボリュームを示す。図３２の平面図は、楕円形状断面を有する各ボリュームＶ（１）３２０４．１およびＶ（２）３２０４．２を示し、ボリュームＶ（２）３２０４．２は、ボリュームＶ（１）３２０４．１に対して横方向にシフトされる。図３２の平面図はまた、円形断面を有するボリュームＶ（３）３２０４．３を示し、ボリュームＶ（１）３２０４．１、Ｖ（２）３２０４．２およびＶ（３）３２０４．３のいずれも、同じ中央ｚ軸を共有しない。誘電体材料の複数のボリューム３２０４は、接地構造体３２０２上に配置され、接地構造体３２０２に電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンス３２５０によって取り囲まれている。立面図は、傾斜した側壁を有するフェンス３２５０を示し、平面図は、ボリュームＶ（３）３２０４．３の円形断面を模倣する円形周囲を有するフェンス３２５０を示す。信号フィード３２０６は、接地構造体３２０２内の電気的に絶縁されたビア３２０８を通過して、第２ボリュームＶ（２）３２０４．２の側縁内に埋め込まれてそれに向かっている。図３２に関して示されてモデル化された実施形態では、ＤＲＡ３２００は、接地構造体３２０２の底部から複数の誘電体材料３２０４の頂部にかけて、１５ｍｍの全体の高さを有し、２０ｍｍ×２０ｍｍのｘおよびｙ寸法を伴う平面フットプリントを有する接地構造体３２０２上に配置され、誘電体材料の複数のボリューム３２０４およびフェンス３２５０は、２０ｍｍ×２０ｍｍのフットプリントの実質的な部分を占有する。図３３および図３４にそれぞれ示されるＤＲＡ３３００および３４００は、図３２に示したＤＲＡ３２００と同一の解析的モデル化構造を有しているが、寸法だけ異なってスケーリングされている。このように、図３３および図３４にそれぞれ示すＤＲＡ３３００および３４００の実施形態の詳細な（反復的）説明は、本明細書で開示される主題の完全な理解のためには必要ではない。
図３３に関して示されてモデル化された実施形態では、ＤＲＡ３３００は、接地構造体の底部から複数の誘電体材料の頂部にかけて、２．５ｍｍの全体的な高さを有し、３．３６ｍｍ×３．３６ｍｍのｘおよびｙ寸法を伴う平面フットプリントを有する接地構造体上に配置され、これは、ＤＲＡ３２００と比較して、ＤＲＡ３３００のサイズにおいて６対１の低減を示す。
図３４に関して示されてモデル化された実施形態では、ＤＲＡ３４００は、接地構造体の底部から複数の誘電体材料の頂部にかけて、１．６７ｍｍの全体的な高さを有し、２．２４ｍｍ×２．２４ｍｍのｘおよびｙ寸法を伴う平面フットプリントを有する接地構造体上に配置され、これは、ＤＲＡ３２００と比較して、ＤＲＡ３４００のサイズにおいて９対１の低減を示す。
３つのスケーリングされたＤＲＡ３２００、３３００および３４００について図３２Ａ、図３３Ａおよび図３４Ａに示すリターンロスＳ（１，１）の３つのプロットを比較することによって分かるように、ＤＲＡ３２００の中心周波数は１０ＧＨｚであり、ＤＲＡ３３００の中心周波数は６０ＧＨｚであり（６対１の全体サイズ減少についてＤＲＡ３２００の中心周波数に対して６対１の増大）、ＤＲＡ３４００の中心周波数は９０ＧＨｚである（９対１の全体サイズ減少についてＤＲＡ３２００の中心周波数に対して９対１の増大）。以上のことから、本明細書に開示されたＤＲＡのサイズにおけるスケールダウンは、スケーリングされたＤＲＡの中心周波数共振の同じスケーリングファクタでスケールアップされた増大、および、その逆との有利な結果をもたらすであろうことが理解されるであろう。
３つのスケーリングされたＤＲＡ３２００、３３００および３４００について図３２Ａ、図３３Ａおよび図３４Ａに示すリターンロスＳ（１，１）の３つのプロットを比較することによって分かるように、無次元１０ｄＢ帯域幅の割合が、２（ｆ１−ｆ２）／（ｆ１＋ｆ２）に従って定義され、ここで、ｆ１は関連１０ｄＢリターンロスの下端周波数を定義し、ｆ２は関連１０ｄＢリターンロスの上端周波数を定義し、すべての３つのＤＲＡ３２００、３３００および３４００について一貫しており、この場合は４４％であり、これは、本明細書に開示されたＤＲＡについての無次元帯域幅の割合がスケール不変量であることを示している。
３つのスケーリングされたＤＲＡ３２００、３３００および３４００について図３２Ａ、図３３Ａおよび図３４Ａに示すリターンロスＳ（１，１）の３つのプロットのさらなる比較により、ＤＲＡリターンロスの全体的プロファイルはまた、実質的にスケール不変であり、これは、初期中心周波数を有する、根拠となるスケーリングアンテナに基づいて、任意のスケーリングアンテナの予測可能なアンテナ性能を提供し、一方で、スケールアップまたはスケールダウンアンテナが根拠となるスケーリングアンテナと同じまたは実質的に同じ電磁的性能を有するであろう。この有利な結果は、本明細書に開示された実質的に無損失のＤＲＡに当てはまり、これが９５％以上の効率を有すると、出願人は企図する。
ここで図３５から図３８への参照が行われ、これは、本明細書で上述したものへの代替のＤＲＡ構造を示す。図３５は、図３０に示すＤＲＡ３０００と同様のＤＲＡ３５００の平面図を示し、図３６は、図２９に示すＤＲＡ２９００と同様のＤＲＡ３６００の平面図を示すが、付属ボリュームＶ（Ａ）２９６０を欠き、後述される違いをＤＲＡ３５００、３６００はさらに有している。
各ＤＲＡ３５００、３６００は、接地構造体３５０２、３６０２上に配置されＮ個のボリュームを有する誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４を有し、Ｎは３以上の整数であり、誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４は、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれている。図３５および図３６に示す実施形態では、Ｎは３に等しく、これはそれぞれ、第１ボリューム３５０４．１、３６０４．１、第２ボリューム３５０４．２、３６０４．２、および、第３ボリューム３５０４．３、３６０４．３を提供し、各ボリュームは、ドーム状頂部を有する（図２９および図３０に示す立面図を参照して最良に見られる）。導電性フェンス３５５０、３６５０は、誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４を取り囲み、接地構造体３５０２、３６０２に電気的に接続されてその一部を形成している。信号フィード３５０６、３６０６は、誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４のうちの１つ以上に電磁的に結合され、この例では特に第２ボリュームＶ（２）３５０４．２、３６０４．２に電磁的に結合されている。信号フィード３５０６、３６０６は、接地構造体３５０２、３６０２と電気的に接触せずに、接地構造体３５０２、３６０２の開口部３５０８、３６０８内に配置され、信号フィード３５０６、３６０６が電磁的に結合される誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４のうちの１つ内に配置され、この例では中に埋め込まれる。
本明細書に開示された他のＤＲＡと同様に、実施形態は、異なる誘電率値を有する、誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４の直接隣接ボリュームの構成を含み、異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１極小値から、ボリュームＶ（２）からＶ（Ｎ−１）の１つにおける極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）における第２極小値に戻る範囲にわたり、Ｎ＞３である（例えば、第３ボリューム３５０４．３を埋め込む第４ボリューム３５０４．４を有するＤＲＡ３５００を参照）。あるいは、誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、この誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１極小値から、Ｖ（（Ｎ＋１）／２）における極大値（Ｎは奇数の整数）に、そして、Ｖ（Ｎ）における第２極小値に戻る範囲にわたる。実施形態では、第１極小値は第２極小値に等しい。例えば、図３６に示すＤＲＡ３６００などのように、Ｎ＝３の例示的な実施形態において、第１ボリュームＶ（１）は、第２ボリュームＶ（２）よりも低い誘電率を有し、第２ボリュームＶ（２）は、第３ボリュームＶ（３）よりも高い誘電率を有する。本明細書に開示された目的に適した例示の誘電率値は、先に本明細書に記載された値のいずれか、または、本明細書に開示された目的に適した任意の他の値を含む。
図３５および図３６の２つの平面図を参照してわかるように、各第３ボリュームＶ（３）３５０４．３、３６０４．３はそれぞれ、円形断面を有し、ＤＲＡ３５００の第１ボリュームＶ（１）３５０４．１および第２ボリュームＶ（２）３５０４．２は、互いに対しておよび第３ボリュームＶ（３）３５０４．３の中心に対して横シフトされる楕円形断面を有し、ＤＲＡ３６００の第１ボリュームＶ（１）３６０４．１は、円形断面を有し、ＤＲＡ３６００の第２ボリュームＶ（２）３６０４．２は、その全長Ｌ３６よりも小さい全幅Ｗ３６を有する切頭円形断面を有する。
ＤＲＡ３０００および２９００と比較して、ＤＲＡ３５００および３６００間の顕著な違いはそれぞれ、内側ボリュームＶ（１）３５０４．１、３６０４．１およびＶ（２）３５０４．２、３６０４．２の誘電体材料内のスロットの存在にある。より具体的には、ｚ軸を封じ込めて配向されて信号フィード３５０６、３６０６に沿って配置された中央平面スロット３５８０、３６８０は、特にボリュームＶ（２）に関して、内側ボリュームの相対的に高い誘電率材料を介して相対的に低い誘電率材料の平面ボリュームを導入する。上述した断面プロファイルおよび上述の顕著な違い以外、ＤＲＡ３５００およびＤＲＡ３６００の他の構造上の特徴は、実質的に同じである。
図３５および図３６の平面図を比較して分かるように、ＤＲＡ３５００、３６００はともに、ボリュームＶ（３）３５０４．３、３６０４．３の誘電体材料の一部によって完全に二股に分けられた内側ボリュームＶ（１）３５０４．１、３６０４．１およびＶ（２）３５０４．２、３６０４．２を有する。示されているように、中央平面スロット３５８０、３６８０は、それぞれの長さＬ３５、Ｌ３６を伴って、それぞれの第１および第２ボリュームＶ（１）３５０４．１、３６０４．１およびＶ（２）３５０４．２、３６０４．２の全断面を通って延びる。二股に分けられた内側ボリュームＶ（１）３５０４．１、３６０４．１およびＶ（２）３５０４．２、３６０４．２は、互いのそれぞれの鏡像である第１サブボリューム３５１４、３６１４および第２サブボリューム３５２４、３６２４をそれぞれ形成する。より一般的な意味では、実施形態は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）の一部が、互いの鏡像であるボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）の第１サブボリュームおよび第２サブボリュームを形成する、ＤＲＡを含む。実施形態では、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）の一部が、信号フィード３５０６、３６０６を通過するように配置され、それぞれの誘電体材料の複数のボリューム３５０４、３６０４の中央垂直ｚ軸を含み、これは、第１および第２サブボリュームの上述の鏡像対称性を提供するように機能する。
また、開示されたように内側ボリュームを介して、相対的に低い誘電率材料のスロットを導入した（すなわち、ｚ軸を含み、信号フィードを通過する相対的に低い誘電率材料の平面ボリュームで、相対的に高い誘電率材料の内側ボリュームを二股に分けた）結果、Ａ−Ｂ間幾何学経路に沿う実効誘電率に比べてＣ−Ｄ間幾何学経路に沿う実効誘電率の低減が提供されることが企図される。
Ａ−Ｂ間幾何学経路、すなわち好ましいＡ−Ｂ間経路に沿う電界線についての主要経路に沿う実効誘電率よりも小さくなるようにＣ−Ｄ間幾何学経路に沿う実効誘電率を調整することにより、得られたＤＲＡは、Ａ−Ｂ間経路に沿う好ましいＴＥモード放射を提供し、基本ＴＥモードに影響を与えることなく好ましくないＣ−Ｄ間経路に沿う望ましくないスプリアスＴＥモード放射の抑制を提供し、電界線についての望ましくない二次Ｃ−Ｄ間経路が、好ましい主要Ａ−Ｂ間経路と直交する方向になるであろう。
図３６はまたＤＲＡ３６００を示し、これは、幅Ｗ３６および長さＬ３６を有する切頭円形断面を伴うその第２ボリュームＶ（２）３６０４．２を有し、Ｗ３６＜Ｌ３６であり、幅Ｗ３６で接線方向に配置されるものの実質的に第２ボリュームＶ（２）内に埋め込まれている円形断面を有するその第１ボリュームＶ（１）３６０４．１を伴う。その結果、Ｃ−Ｄ間幾何学経路に沿う実効誘電率は、Ａ−Ｂ間経路に対してＣ−Ｄ間経路にて高誘電率材料がより少ない量となることからＡ−Ｂ間幾何学経路に比べてさらに低減され、これにより、好ましいＡ−Ｂ間幾何学経路に沿う基本ＴＥモード放射に影響を与えることなく、好ましくないＣ−Ｄ間経路に沿う望ましくないスプリアスＴＥモード放射の抑圧がさらに強化される。
異なる共振モードがＣ−Ｄ間経路によってサポートされ得るので、我々は２つのグループにそれらを分離することができる：１）「望ましくない」ＴＥモード、および、２）他のスプリアス共振モード。Ａ−Ｂ間経路方向に沿うスロットの導入によりＡ−Ｂ間およびＣ−Ｄ間経路の間に区別されるコントラストを設けることで、我々は、Ａ−Ｂ間経路方向に沿うＴＥモードのエネルギーのすべてまたはかなりの量を「チャネル」することができると企図され、これは、所望のＴＥモードにおける放射の非常に正確な偏光を定義する。スロットは、Ａ−Ｂ間経路方向に沿う任意の電界線を切断することを目的としない。さらに、スロットは、Ｃ−Ｄ間経路によってサポートされる可能性がある任意の他の「真の」スプリアス共振モードを抑制する傾向がある。ここで「真の」スプリアス共振とは、ＴＥとは異なるフィールド構成を持つ任意の他のモードを意味する。スプリアス共振モードの予備的クリーンアップが、前述したドーム状空気の中央配置ボリュームを介して達成され、これが、望ましくないＴＭモードを抑制するように機能することに言及することは注目に値する（例えば、図２０および本明細書の上記の関連説明を参照）。スロットおよび／または他のＣ−Ｄ間経路修正は、ＴＭモードのわずかな（二次）効果のみを有し得るが、スロットは、他の望ましくない共振効果または他の望ましくない共振モードのさらなるクリーンアップを目的とする。
図３５のＤＲＡ３５００に示す別の特徴は、少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０を提供する不均一内部形状３５５７を有するフェンス３５５０、および、フェンス３５５０の不均一内部形状３５５７および少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０を補足する相補的外形３５０７を有する誘電体材料の複数のボリューム３５０４、すなわち実施形態では外側ボリューム３５０４．４であり、これにより、フェンス３５５０および誘電体材料の複数のボリューム３５０４は、少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０および相補的形状３５０７、３５５７を介して互いに対して規定されて固定された位置合わせを有する。フェンス３５５０および誘電体材料の複数のボリューム３５０４間に相補的な位置合わせ機構を有するＤＲＡ３５００を提供することによって、ＤＲＡ３５００のアレイは、より良好に互いに位置合わせされ、遠方場放射パターンの改善された利得と対称性とをもたらす。ＤＲＡ３５００に示す別の特徴は、１つ以上の外側層３５０４．３、３５０４．４へと接地構造体３５０２から立ち上がる、あるいは１つ以上の外側層３５０４．３、３５０４．４の材料から接地構造体内の穴へと下方に延びる、機械的安定性のための垂直突出３５９９．１、３５９９．２、３５９９．３である。このような追加特徴は、図３５のＤＲＡ３５００においてのみ示されているが、本明細書に開示される任意のＤＲＡが、同様のこのような追加特徴を有し得ることが理解されるであろう。任意のおよびすべてのこのような組み合わせは、本明細書で企図され、本明細書に開示される本発明の範囲内であると考えられる。
ここで図３７および図３８への参照が行われ、これは、図３６に示したＤＲＡ３６００に対するスロット形成の変形例をそれぞれ有するＤＲＡ３７００および３８００を示す。図３７および図３８の両方において、ＤＲＡ３７００および３８００は、顕著な差を伴いつつ、図３６に示す誘電体材料の複数のボリューム３６０４のものと同様の誘電体材料の複数のボリューム３７０４、３８０４の同様の構成を有している。図３７に示すＤＲＡ３７００において、ボリュームＶ（３）３７０４．３材料の中央平面スロット３７８０は、信号フィード３７０６に近接するボリュームＶ（２）３７０４．２の残留材料３７９０によって示されるように、下にあるボリュームＶ（２）３７０４．２およびＶ（１）３７０４．１を通って部分的にのみ延びている。そして、図３８に示すＤＲＡ３８００において、中央平面スロット３８８０の側方には、下にあるボリュームＶ（１）３８０４．１およびＶ（２）３８０４．２材料を完全にセグメント化するボリュームＶ（３）材料３８０４．３の平行平面スロット３８８１および３８８２が配置されている。その結果、Ｃ−Ｄ間幾何学経路に沿う実効誘電率が、Ａ−Ｂ間経路に対するＣ−Ｄ間経路における、より高い誘電率材料のより少ない量によってＡ−Ｂ間幾何学経路に比べてさらに低減され、これにより、好ましいＡ−Ｂ間幾何学経路に沿う基本ＴＥモード放射に影響を与えることなく、好ましくないＣ−Ｄ間経路に沿う望ましくないスプリアスＴＥモード放射および他の「真のスプリアス」共振モードの抑圧がさらに強化される。別の偏光度を追加するため、Ｃ−Ｄ間経路に沿うＴＥモード線が時には所望され得ることに言及することは注目に値する。ここではしかし、それらを抑制し、Ｃ−Ｄ間経路に沿うＴＥモード線を「スプリアス」とは対照的に「望ましくない」とより正確に参照することを意図する。
以上より、本明細書に開示された実施形態は、以下のものが含まれることが理解されるであろう：ボリュームＶ（Ｎ）３５０４．３の誘電体材料の一部３５８０は、ボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２の少なくとも一部を二股に分けるＤＲＡ３５００；ボリュームＶ（１）３６０４．１からＶ（Ｎ−１）３６０４．２を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）３６０４．３の誘電体材料の一部３６８０は、ボリュームＶ（１）３６０４．１からＶ（Ｎ−１）３６０４．２のすべてのボリュームの全断面をＬ３６の長さで二股に分けるＤＲＡ３６００；信号フィード３５０６が接地構造体３５０２と電気的に接触せずに接地構造体３５０２の開口部３５０８内に配置され、導電性信号フィード３５０６が電磁的に結合された誘電体材料の複数のボリューム３５０４のうちの１つ内に配置されたＤＲＡ３５００；信号フィード３５０６がボリュームＶ（２）３５０４．２に電磁的に結合されたＤＲＡ３５００；ボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）３５０４．３の一部は、互いの鏡像であるボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２の第１サブボリューム３５１４および第２サブボリューム３５２４を形成するＤＲＡ３５００；ボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）３５０４．３の一部が、信号フィード３５０６を通過して誘電体材料の複数のボリューム３５０４の各々の中央垂直ｚ軸を含むように配置されたＤＲＡ３５００；ボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）３５０４．３の一部が、ボリュームＶ（１）３５０４．１からＶ（Ｎ−１）３５０４．２を誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）３５０４．３によって分けるＤＲＡ３５００；誘電体材料の複数のボリューム３５０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、これは、ボリュームＶ（１）３５０４．１における第１極小値から、ボリュームＶ（２）３５０４．２からＶ（Ｎ−１）３５０４．３の１つにおける極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）３５０４．４における第２極小値に戻る範囲にわたり、Ｎ＞３であるＤＲＡ３５００；誘電体材料の複数のボリューム３５０４の直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、これは、ボリュームＶ（１）３５０４．１における第１極小値から、Ｖ（（Ｎ＋１）／２）３５０４．２における極大値（Ｎは奇数の整数）に、そして、Ｖ（Ｎ）３５０４．３における第２極小値に戻る範囲にわたるＤＲＡ３５００；第１極小値は第２極小値に等しいＤＲＡ３５００；誘電体材料の複数のボリューム３５０４の周りに配置され接地構造体３５０２と電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンス３５５０をさらに有するＤＲＡ３５００；導電性フェンス３５５０が誘電体材料の複数のボリューム３５０４の高さを超えない高さを有するＤＲＡ３５００；フェンス３５５０が少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０を提供する不均一内部形状３５５７を有するＤＲＡ３５００；誘電体材料の複数のボリューム３５０４、すなわち実施形態では外側ボリューム３５０４．４が、フェンス３５５０の不均一内部形状３５５７および少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０を補足する相補的外形３５０７を有し、これにより、フェンス３５５０および誘電体材料の複数のボリューム３５０４は、少なくとも１つの位置合わせ機構３５７０および相補的形状３５０７、３５５７を介して互いに対して規定されて固定された位置合わせを有するＤＲＡ３５００；より良好に互いに位置合わせされ、遠方場放射パターンの改善された利得と対称性とをもたらすＤＲＡ３５００のアレイを提供する、フェンス３５５０および誘電体材料の複数のボリューム３５０４間に相補的な位置合わせ機構を有するＤＲＡ３５００；１つ以上の外側層３５０４．３、３５０４．４へと接地構造体３５０２から立ち上がる、機械的安定性のための垂直突出３５９９．１、３５９９．２、３５９９．３を有するＤＲＡ３５００；導電性接地構造体３５０２は１つ以上の開口部３５０８を備えるＤＲＡ。
誘電体のボリュームまたはシェル（以降は便宜上ボリュームと称される）に使用するための誘電体材料は、所望の電気的および機械的特性を提供するように選択される。誘電体材料は一般に、熱可塑性または熱硬化性ポリマーマトリクスと誘電体フィラーを含有するフィラー組成物とを含む。各誘電体層は、誘電体ボリュームの体積に基づいて、３０から１００体積パーセント（体積％）のポリマーマトリクスおよび０から７０体積％のフィラー組成物、具体的には３０から９９体積％のポリマーマトリクスおよび１から７０体積％のフィラー組成物、より具体的には５０から９５体積％のポリマーマトリクスおよび５から５０体積％のフィラー組成物を含むことができる。ポリマーマトリクスおよびフィラーは、本明細書に開示された目的に一致する誘電率、および、１０ギガヘルツ（ＧＨｚ）で０．００６未満の、具体的には０．００３５以下の誘電正接を有する誘電体ボリュームを提供するように選択される。誘電正接は、ｉＰＣ−ＴＭ−６５０ Ｘバンドストリップライン法によって、または、分割共振器法により測定することができる。
各誘電体ボリュームは、低極性、低誘電率、低損失ポリマーを含む。ポリマーは、１，２−ポリブタジエン（ＰＢＤ）、ポリイソプレン、ポリブタジエン−ポリイソプレンコポリマー、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマー、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミドイミド、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、ポリシクロヘキシレンテレフタレート、ポリフェニレンエーテル、アリル化ポリフェニレンエーテルに基づくもの、または、これらの少なくとも１つを含む組合せを含むことができる。より高い極性ポリマーと低極性ポリマーとの組合せも使用することができ、その非限定的な例としては、エポキシおよびポリ（フェニレンエーテル）、エポキシおよびポリ（エーテルイミド）、シアン酸エステルおよびポリ（フェニレンエーテル）、ならびに、１，２−ポリブタジエンおよびポリエチレンが挙げられる。
フルオロポリマーには、フッ素化ホモポリマー、例えばＰＴＦＥおよびポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ならびに、フッ素化コポリマー、例えばヘキサフルオロプロピレンまたはパーフルオロアルキルビニルエーテルなどのモノマーとテトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレンのコポリマー、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、エチレン、または、これらの少なくとも１つを含む組合せが挙げられる。フルオロポリマーは、異なる少なくとも１つのこれらのフルオロポリマーの組合せを含むことができる。
ポリマーマトリクスは、熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンを含むことができる。本明細書で使用するように、用語「熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレン」は、ブタジエン、イソプレンまたはこれらの組合せから誘導される単位を含むホモポリマーおよびコポリマーを含む。他の共重合可能なモノマーから誘導される単位はまた、例えばグラフトの形で、ポリマー中に存在することができる。例示的な共重合性モノマーとしては、ビニル芳香族モノマー、例えばスチレン、３−メチルスチレン、３，５−ジエチルスチレン、４−ｎ−プロピルスチレン、α−メチルスチレン、α−メチルビニルトルエン、パラヒドロキシスチレン、パラメトキシスチレン、α−クロロスチレン、α−ブロモスチレン、ジクロロスチレン、ジブロモスチレン、テトラクロロスチレンなどの置換および非置換モノビニル芳香族モノマー、ならびに、ジビニルベンゼン、ジビニルトルエンなどの置換および非置換ジビニル芳香族モノマーが挙げられるが、これらに限定されない。上記共重合性モノマーの少なくとも１つを含む組合せも使用することができる。例示的な熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンとしては、ブタジエンホモポリマー、イソプレンホモポリマー、ブタジエン−スチレンなどのブタジエン−ビニル芳香族コポリマー、イソプレン−スチレンコポリマーなどのイソプレン−ビニル芳香族コポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されない。
熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンはまた、修飾することができる。例えば、ポリマーは、水酸基末端、メタクリレート末端、カルボン酸末端、等であってもよい。ブタジエンもしくはイソプレンポリマーの、エポキシ−、無水マレイン酸−、または、ウレタン−修飾ポリマーなどのポスト反応ポリマーを使用することができる。ポリマーはまた、例えばジビニルベンゼンなどのジビニル芳香族化合物によって架橋することができ、例えば、ポリブタジエン−スチレンをジビニルベンゼンで架橋することができる。例えば、日本曹達株式会社（東京、日本）およびクレイバレー・ハイドロカーボン・スペシャルティ・ケミカルズ社（Ｃｒａｙ Ｖａｌｌｅｙ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）（エクストン、ペンシルバニア州）といったメーカーにより、例示的な材料は、広く「ポリブタジエン」として分類されている。組合せ、例えば、ポリブタジエンホモポリマーとポリ（ブタジエン−イソプレン）コポリマーの組合せも使用することができる。シンジオタクチックポリブタジエンを含む組合せも有用であり得る。
熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンは、室温で液体または固体とすることができる。液体ポリマーは、５０００ｇ／ｍｏｌ以上の数平均分子量（Ｍｎ）を有することができる。液体ポリマーは、具体的には１０００から３０００ｇ／ｍｏｌなどの５０００ｇ／ｍｏｌ未満のＭｎを有することができる。少なくとも９０重量％の１，２付加を有する熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンは、架橋に利用可能なペンダントビニル基の数が多いため、硬化時により大きな架橋密度を示すことができる。
ポリブタジエンまたはポリイソプレンは、全ポリマーマトリクス組成物に基づき、全ポリマーマトリクス組成物に対して、１００重量％までの量で、具体的には７５重量％まで、より具体的には１０から７０重量％、さらに具体的には２０から６０または７０重量％の量で、ポリマー組成物中に存在することができる。
熱硬化性ポリブタジエンまたはポリイソプレンと共硬化することができる他のポリマーを、特定の特性または加工修正のために加えることができる。例えば、経時的な誘電体材料の絶縁耐力および機械的特性の安定性を向上させるために、低分子量エチレン−プロピレンエラストマーを、系で使用することができる。本明細書で使用されるエチレン−プロピレンエラストマーは、主としてエチレンおよびプロピレンを含むコポリマー、ターポリマーまたは他のポリマーである。エチレンプロピレンエラストマーは、ＥＰＭコポリマー（すなわち、エチレンおよびプロピレンモノマーのコポリマー）またはＥＰＤＭターポリマー（すなわち、エチレン、プロピレンおよびジエンモノマーのターポリマー）としてさらに分類することができる。エチレン−プロピレン−ジエンターポリマーゴムは、特に、容易な架橋のために主鎖から離れて不飽和が利用可能な、飽和主鎖を有している。ジエンがジシクロペンタジエンである液体エチレン−プロピレン−ジエンターポリマーゴムを使用することができる。
エチレン−プロピレンゴムの分子量は、１００００ｇ／ｍｏｌ未満の粘度平均分子量（Ｍｖ）とすることができる。エチレン−プロピレンゴムは、商品名ＴＲＩＬＥＮＥ（商標）ＣＰ８０としてライオン・コポリマー社（Ｌｉｏｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）（バトンルージュ、ルイジアナ州）から入手可能である７２００ｇ／ｍｏｌのＭｖを有するエチレン−プロピレンゴム、商品名ＴＲＩＬＥＮＥ（商標）６５としてライオン・コポリマー社（Ｌｉｏｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）から入手可能である７０００ｇ／ｍｏｌのＭｖを有する液体エチレン−プロピレン−ジシクロペンタジエンターポリマーゴム、商品名ＴＲＩＬＥＮＥ（商標）６７としてライオン・コポリマー社（Ｌｉｏｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）から入手可能である７５００ｇ／ｍｏｌのＭｖを有する液状エチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネンターポリマーを含むことができる。
エチレン−プロピレンゴムは、経時的に誘電体材料の特性、特に、絶縁耐力および機械的特性の安定性を維持するのに有効な量で存在することができる。典型的には、このような量は、ポリマーマトリクス組成物の全重量に対して２０重量％まで、具体的には４から２０重量％、より具体的には６から１２重量％である。
共硬化性ポリマーの別の種類は、不飽和ポリブタジエンまたはポリイソプレン含有エラストマーである。この要素は、エチレン性不飽和モノマーを伴う主に１，３−付加ブタジエンまたはイソプレンのランダムまたはブロックコポリマーとすることができ、例えば、スチレンもしくはα−メチルスチレンなどのビニル芳香族化合物、アクリレートもしくはメチルメタクリレートなどのメタクリレート、または、アクリロニトリルである。エラストマーは、ポリブタジエンまたはポリイソプレンブロックとスチレンまたはα−メチルスチレンなどのモノビニル芳香族モノマーから誘導することができる熱可塑性ブロックとを有する直鎖状またはグラフト型ブロックコポリマーを含む固体の熱可塑性エラストマーとすることができる。このタイプのブロックコポリマーは、例えば、商品名ＶＥＣＴＯＲ８５０８Ｍ（商標）としてデクスコポリマーズ社（Ｄｅｘｃｏ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）（ヒューストン、テキサス州）から入手可能なもの、商品名ＳＯＬ−Ｔ−６３０２（商標）としてエニケム・エラストマー・アメリカ社（Ｅｎｉｃｈｅｍ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ Ａｍｅｒｉｃａ）（ヒューストン、テキサス州）から入手可能なもの、および、商品名ＣＡＬＰＲＥＮＥ（商標）４０１としてダイナソルエラストマーズ社（Ｄｙｎａｓｏｌ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ）から入手可能なものなどの、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロックコポリマーを含み、例えば、商品名ＫＲＡＴＯＮ Ｄ１１１８としてクレイトン・ポリマーズ社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）（ヒューストン、テキサス州）から入手可能なものなどの、スチレン−ブタジエンジブロックコポリマーおよびスチレンおよびブタジエンを含む混合トリブロックおよびジブロックコポリマーを含む。ＫＲＡＴＯＮ Ｄ１１１８は、３３重量％のスチレンを含有する混合ジブロック／トリブロックスチレンおよびブタジエン含有コポリマーである。
任意選択のポリブタジエンまたはポリイソプレン含有エラストマーは、ポリブタジエンまたはポリイソプレンブロックが水素化されることを除いて、上記と同様の第２ブロックコポリマーをさらに含むことができ、それにより、（ポリブタジエンの場合は）ポリエチレンブロック、または、（ポリイソプレンの場合は）エチレン−プロピレンコポリマーブロックを形成する。上記コポリマーと組合せて使用される場合、より高い靭性を有する材料を製造することができる。このタイプの例示的な第２ブロックコポリマーは、クレイトン・ポリマーズ社（Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ）から商業的に入手可能なＫＲＡＴＯＮＧＸ １８５５であり、これは、スチレン−高１，２−ブタジエン−スチレンブロックコポリマーと、スチレン−（エチレン−プロピレン）−スチレンブロックコポリマーとの組合せであると考えられている。
不飽和ポリブタジエンまたはポリイソプレン含有エラストマー要素は、ポリマーマトリクス組成物の総重量に対して２から６０重量％、具体的に５から５０重量％、より具体的には１０から４０または５０重量％の量でポリマーマトリクス組成物中に存在することができる。
特定の特性または加工修正のために添加することができるさらに他の共硬化性ポリマーとして、ポリエチレンおよびエチレンオキシドコポリマーなどのエチレンのホモポリマーまたはコポリマー、天然ゴム、ポリジシクロペンタジエンなどのノルボルネンポリマー、水素化スチレン−イソプレン−スチレンコポリマーおよびブタジエン−アクリロニトリルコポリマー、不飽和ポリエステルなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらのコポリマーのレベルは、一般的にポリマーマトリクス組成物中の全ポリマーの５０重量％未満である。
フリーラジカル硬化性モノマーも、例えば硬化後の系の架橋密度を増加させるために、特定の特性または加工修正のために加えることができる。適切な架橋剤とすることができる例示のモノマーには、例えば、ジビニルベンゼン、トリアリルシアヌレート、ジアリルフタレート、および、多官能性アクリレートモノマー（例えば、サルトマーＵＳＡ社（Ｓａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡ）（ニュータウンスクエア、ペンシルバニア州）から入手可能なＳＡＲＴＯＭＥＲ（商標）ポリマー）、またはそれらの組合せなどの、ジ−、トリ−、またはより高次のエチレン性不飽和モノマーが挙げられ、これらのすべてが商業的に入手可能である。架橋剤は、使用される場合、ポリマーマトリクス組成物中の全ポリマーの総重量に基づいて、最大２０重量％、具体的には１から１５重量％の量でポリマーマトリクス組成物中に存在することができる。
硬化剤は、オレフィン反応部位を有するポリエンの硬化反応を促進するためにポリマーマトリクス組成物に添加することができる。硬化剤は、有機過酸化物、例えば、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーベンゾエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、α，α−ジ−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン−３、または、これらの少なくとも１つを含む組合せを含むことができる。炭素−炭素開始剤、例えば、２，３−ジメチル−２，３−ジフェニルブタンを使用することができる。硬化剤または開始剤は、単独でまたは組合せて使用することができる。硬化剤の量は、ポリマーマトリクス組成物中のポリマーの総重量に基づいて１．５から１０重量％とすることができる。
いくつかの実施形態では、ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーは、カルボキシ官能化されている。官能化は、（ｉ）炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合、および（ｉｉ）カルボン酸、無水物、アミド、エステル、または酸ハロゲン化物を含む少なくとも１つのカルボキシ基の両方を分子中に有する多官能性化合物を用いて達成することができる。特定のカルボキシ基は、カルボン酸またはエステルである。カルボン酸官能基を提供することができる多官能性化合物の例としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、およびクエン酸が挙げられる。具体的には、無水マレイン酸付加ポリブタジエンは、熱硬化性組成物に使用することができる。好適なマレイン化ポリブタジエンポリマーは、例えば、商品名ＲＩＣＯＮ １３０ＭＡ８、ＲＩＣＯＮ １３０ＭＡ１３、ＲＩＣＯＮ １３０ＭＡ２０、ＲＩＣＯＮ １３１ＭＡ５、ＲＩＣＯＮ １３１ＭＡ１０、ＲＩＣＯＮ １３１ＭＡ１７、ＲＩＣＯＮ １３１ＭＡ２０およびＲＩＣＯＮ １５６ＭＡ１７としてクレイバレー社（Ｃｒａｙ Ｖａｌｌｅｙ）から商業的に入手可能である。好適なマレイン化ポリブタジエン−スチレンコポリマーは、例えば、商品名ＲＩＣＯＮ １８４ＭＡ６としてサルトマーから商業的に入手可能である。ＲＩＣＯＮ １８４ＭＡ６は、１７から２７重量％のスチレン含有量と９９００ｇ／ｍｏｌのＭｎとを有する無水マレイン酸付加ブタジエン−スチレンコポリマーである。
ポリマーマトリクス組成物中の様々なポリマー、例えば、ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーと他のポリマーとの相対量は、使用される特定の導電性金属接地板層、所望の回路材料の特性、および同様の条件に依存することができる。例えば、ポリ（アリーレンエーテル）の使用は、導電性金属要素、例えば、信号フィード、接地、または反射器構成要素などの銅またはアルミニウム要素に、増加させた結合強度を提供することができる。ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーの使用は、例えば、これらのポリマーがカルボキシ官能化されている場合、複合材料の高温耐性を高めることができる。エラストマーブロックコポリマーの使用は、ポリマーマトリクス材料の要素を相溶化するように機能することができる。各要素の適切量の決定は、過度の実験を行わずに、特定用途についての所望の特性に応じて行うことができる。
少なくとも１つの誘電体ボリュームは、さらに誘電率、誘電正接、熱膨張係数、および、誘電体ボリュームの他の特性を調整するために選択された粒子状誘電体フィラーを含むことができる。誘電体フィラーは、例えば、二酸化チタン（ルチルおよびアナターゼ）、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、シリカ（溶融アモルファスシリカを含む）、コランダム、珪灰石、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、固体ガラス球、合成ガラスまたはセラミック中空球、石英、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、ベリリア、アルミナ、アルミナ三水和物、マグネシア、雲母、タルク、ナノクレイ、水酸化マグネシウム、または、前述の少なくとも１つを含む組合せを含むことができる。単一の二次フィラー、または、二次フィラーの組合せは、特性の所望バランスを提供するために使用することができる。
任意選択的に、フィラーは、シリコン含有コーティング、例えば、有機官能性アルコキシシランカップリング剤で表面処理することができる。ジルコン酸またはチタン酸カップリング剤を使用することができる。そのようなカップリング剤は、ポリマーマトリクス中のフィラーの分散を改善し、完成したＤＲＡの水の吸収を減少させることができる。フィラー要素は、フィラーの重量に基づいて、５から５０体積％のマイクロスフェアと、二次フィラーとして７０から３０体積％の溶融非晶質シリカとを含むことができる。
各誘電体ボリュームはまた、任意選択的に炎に対して耐性のあるボリュームを作製するために有用な難燃剤を含有することができる。これらの難燃剤は、ハロゲン化または非ハロゲン化することができる。難燃剤は、誘電体ボリュームの体積に基づいて、０から３０体積％の量で、誘電体ボリュームの中に存在することができる。
実施形態において、難燃剤は、無機であり、粒子の形態で存在する。例示的な無機系難燃剤は、例えば、１ｎｍから５００ｎｍ、好ましくは１から２００ｎｍ、または５から２００ｎｍ、または１０から２００ｎｍの体積平均粒径を有する金属水和物であり、あるいは、体積平均粒径が、５００ｎｍから１５マイクロメートル、例えば１から５マイクロメートルである。金属水和物は、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｎｉまたはこれらの少なくとも１つを含む組合せなどの金属の水和物である。Ｍｇ、ＡｌまたはＣａの水和物、例えば水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化鉄、水酸化亜鉛、水酸化銅および水酸化ニッケル、ならびに、アルミン酸カルシウム、二水石膏、ホウ酸亜鉛およびメタホウ酸バリウムの水和物が、特に好ましい。これらの水和物の複合物は、例えば、ＭｇならびにＣａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂａ、ＣｕおよびＮｉのうちの１つ以上を含む水和物について、使用することができる。好ましい複合金属水和物は、式ＭｇＭｘ（ＯＨ）ｙを有しており、Ｍは、Ｃａ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｂａ、ＣｕまたはＮｉであり、ｘは０．１から１０であり、ｙは２から３２である。難燃性粒子は、分散および他の特性を改善するために、コーティングまたは別様に処理することができる。
有機難燃剤を、代替的にまたは無機難燃剤に加えて、使用することができる。無機難燃剤の例としては、メラミンシアヌレート、微粒子サイズメラミンポリホスフェート、芳香族ホスフィナート、ジホスフィナート、ホスホン酸塩、およびリン酸塩などの様々なリン含有化合物、特定のポリシルセスキオキサン、シロキサン、ならびに、ヘキサクロロエンドメチレンテトラヒドロフタル酸（ＨＥＴ酸）、テトラブロモフタル酸およびジブロモネオペンチルグリコールなどのハロゲン化化合物が挙げられる。（臭素含有難燃剤などの）難燃剤は、２０重量部（樹脂１００部当たりの部）から６０重量部、具体的には３０から４５重量部の量で存在することができる。臭素系難燃剤の例としては、Ｓａｙｔｅｘ ＢＴ９３Ｗ（エチレンビステトラブロモフタルイミド）、Ｓａｙｔｅｘ １２０（テトラデカブロモジフェノキシベンゼン）およびＳａｙｔｅｘ １０２（デカブロモジフェニルオキシド）が挙げられる。難燃剤は、相乗剤と組合せて使用することができ、例えば、ハロゲン化難燃剤は、三酸化アンチモンなどの相乗剤と組合せて使用することができ、リン含有難燃剤は、メラミンなどの窒素含有化合物と組合せて使用することができる。
誘電体材料の各ボリュームは、ポリマーマトリクス組成物およびフィラー組成物を含む誘電体組成物から形成されている。各ボリュームは、接地構造体層上に直接、誘電体組成物をキャスティングすることによって形成することができ、または、接地構造体層上に堆積することができる誘電体ボリュームを、製造することができる。各誘電体ボリュームを生成する方法は、選択されたポリマーに基づくことができる。例えば、ポリマーがＰＴＦＥなどのフルオロポリマーを含む場合、ポリマーは、第１キャリア液体と混合することができる。その組合せは、第１キャリア液体中のポリマー粒子の分散液、例えば、第１キャリア液体におけるポリマーの、またはポリマーのモノマーまたはオリゴマー前駆体の液滴のエマルジョン、または、第１キャリア液体中のポリマーの溶液を含むことができる。ポリマーが液体である場合、第１キャリア液体は必要でない可能性がある。
第１キャリア液体の選択は、存在する場合、特定のポリマーおよびポリマーが誘電体ボリュームに導入される形態に基づくことができる。溶液としてポリマーを導入することが望まれる場合、特定のポリマーのための溶剤は、キャリア液体として選択され、例えば、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）が、ポリイミドの溶液に適したキャリア液体であろう。分散液としてポリマーを導入することが望まれる場合には、キャリア液体は、溶解されない液体を含むことができ、例えば、水は、ＰＴＦＥ粒子の分散液に適したキャリア液体であり、ポリアミック酸のエマルジョンまたはブタジエンモノマーのエマルションに適したキャリア液体であろう。
誘電体フィラー要素は、任意選択的に第２キャリア液体中に分散され、または、第１キャリア液体（または第１キャリアを使用しない場合は液体ポリマー）と混合されることができる。第２キャリア液体は第１キャリア液体と同じ液体であってもよく、または、第１キャリア液体と混和性がある第１キャリア液体以外の液体であってもよい。例えば、第１キャリア液体が水である場合、第２キャリア液体は水またはアルコールを含むことができる。第２キャリア液体は水を含むことができる。
フィラーの分散液は、第２キャリア液体がホウケイ酸マイクロスフェアを濡らすのを可能にするために、第２キャリア液体の表面張力を改変するのに有効な量の界面活性剤を含むことができる。例示的な界面活性剤化合物として、イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤が挙げられる。ＴＲＩＴＯＮ Ｘ−１００（商標）は、水性フィラー分散液における使用のための例示的な界面活性剤であることが見出されている。フィラー分散液は、１０から７０体積％のフィラーと、０．１から１０体積％の界面活性剤を含むことができ、残りは第２キャリア液体を含む。
ポリマーおよび第１キャリア液体と第２キャリア液体中のフィラー分散液との組合せは、キャスティング混合物を形成するために組合せることができる。実施形態では、キャスティング混合物は、１０から６０体積％の合成されたポリマーおよびフィラーと、４０から９０体積％の合成された第１および第２キャリア液体とを含む。キャスティング混合物中のポリマーおよびフィラー要素の相対量は、以下に説明するように、最終組成物において所望の量を提供するように選択することができる。
キャスティング混合物の粘度は、粘度調整剤を添加することによって調整することができ、これは、特定のキャリア液体またはキャリア液体の組合せにおけるその相溶性に基づいて選択され、これにより、誘電体複合材料からの中空スフェアフィラーの分離、すなわち沈降または浮選を遅らせ、従来の製造装置と互換性のある粘度を有する誘電体複合材料を提供することができる。水性キャスティング混合物で使用するのに適した例示的な粘度調整剤としては、例えば、ポリアクリル酸化合物、植物ガム、および、セルロース系化合物が挙げられる。適切な粘度調整剤の具体例としては、ポリアクリル酸、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、グアーガム、ローカストビーンガム、カルボキシメチルセルロースナトリウム、アルギン酸ナトリウム、および、トラガカントゴムが挙げられる。粘度調整キャスティング混合物の粘度は、選択された製造技術に誘電体複合材料を適合させるために、用途ごとに、さらに増加させる、すなわち最低粘度を超えさせることができる。実施形態では、粘度調整キャスティング混合物は、室温値で測定されたときに、１０から１０００００センチポアズ（ｃｐ）、具体的には、１００ｃｐおよび１００００ｃｐの粘度を示すことができる。
あるいは、キャリア液体の粘度が、関心対象期間中に分離しないキャスティング混合物を提供するのに十分である場合、粘度調整剤を省略することができる。具体的には、非常に小さな粒子、例えば、０．１マイクロメートル未満の球相当直径を有する粒子の場合には、粘度調整剤の使用は必要ではない可能性がある。
粘度調整キャスティング混合物の層は、接地構造体層上にキャスティングすることができ、または、浸漬被覆し、その後、成形することができる。キャスティングは例えば、ディップコーティング、フローコーティング、逆ロールコーティング、ナイフオーバーロール、ナイフオーバープレート、計量ロッドコーティングなどによって達成することができる。
キャリア液体と加工助剤、すなわち、界面活性剤および粘度調整剤を、ポリマーの誘電体ボリュームとマイクロスフェアを含む充填材とを統合するために、キャスティングボリュームから例えば蒸発によりまたは熱分解により除去することができる。
ポリマーマトリクス材料のボリュームとフィラー要素とをさらに加熱して、ボリュームの物理的特性を改変する、例えば、熱可塑物を焼結する、または、熱硬化性組成物を硬化またはポスト硬化させることができる。
別の方法では、ＰＴＦＥ複合誘電体ボリュームは、ペースト押出およびカレンダー処理によって製造することができる。
さらに別の実施形態では、誘電体ボリュームをキャスティングすることができ、次いで、部分的に硬化（「Ｂステージ化」）することができる。そのようなＢステージ化ボリュームは、保存され、続いて使用することができる。
接着層は、導電性接地層と誘電体層との間に配置することができる。接着層は、ポリ（アリーレンエーテル）、ならびに、ブタジエン、イソプレン、または、ブタジエンおよびイソプレン単位、および、０から５０重量％以下の共硬化性モノマー単位を含むカルボキシ官能化ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーを含むことができ、接着剤層の組成は、誘電体ボリュームの組成と同じではない。接着剤層は、平方メートル当たり２から１５グラムの量で存在することができる。ポリ（アリーレンエーテル）は、カルボキシ官能化ポリ（アリーレンエーテル）を含むことができる。ポリ（アリーレンエーテル）は、ポリ（アリーレンエーテル）と環状無水物との反応生成物またはポリ（アリーレンエーテル）と無水マレイン酸との反応生成物とすることができる。カルボキシ官能化ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーは、カルボキシ官能化ブタジエン−スチレンコポリマーとすることができる。カルボキシ官能化ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーは、ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーと環状無水物との反応生成物とすることができる。カルボキシ官能化ポリブタジエンまたはポリイソプレンポリマーは、マレイン化ポリブタジエン−スチレンまたはマレイン化ポリイソプレン−スチレンコポリマーとすることができる。
実施形態において、ポリブタジエンまたはポリイソプレンなどの材料を熱硬化するのに適した多段階プロセスは、１５０から２００℃の温度での過酸化物硬化ステップを含むことができ、部分的に硬化（Ｂステージ化）されたスタックに対して、高エネルギー電子ビーム照射硬化（Ｅビーム硬化）または不活性雰囲気下での高温硬化ステップを次に行うことができる。二段階硬化の使用は、得られる複合材料に異常に高い程度の架橋を付与することができる。第２段階で使用される温度は、２５０から３００℃、またはポリマーの分解温度とすることができる。この高温硬化は、オーブン内で行うことができるだけでなく、プレスで、すなわち、最初の製造および硬化ステップの続きとして行うことができる。特定の製造温度および圧力は、特定の接着組成物および誘電体組成物に依存し、当業者であれば過度の実験を行わずに容易に確認可能である。
接合層は、層を接着するために任意の２つ以上の誘電体層の間に配置することができる。接合層は、所望の特性に基づいて選択され、例えば、２つの誘電体層を接合するための低融点熱可塑性ポリマーまたは他の組成物とすることができる。実施形態において、接合層は、その誘電率を調整するための誘電体フィラーを含む。例えば、接合層の誘電率は、ＤＲＡの帯域幅を改善または別様に修正するように調整することができる。
いくつかの実施形態では、ＤＲＡ、アレイ、またはその構成要素、特に少なくとも１つの誘電体ボリュームは、誘電体組成物を成形して誘電体材料を形成することにより形成される。いくつかの実施形態では、すべてのボリュームが成形される。他の実施形態では、初期ボリュームＶ（ｉ）を除くすべてのボリュームが成形される。さらに他の実施形態では、最外ボリュームＶ（Ｎ）のみが成形される。成形と、他の製造方法、例えば三次元印刷またはインクジェット印刷との組合せを使用することができる。
成形により、埋め込まれた特徴または表面特徴のような別のＤＲＡ構成要素を任意選択的に伴う誘電体ボリュームの迅速かつ効率的な製造が可能となる。例えば、金属、セラミックまたは他のインサートを金型内に配置して、埋め込まれた特徴または表面特徴として、信号フィード、接地構成要素または反射器構成要素などのＤＲＡの構成要素を提供することができる。あるいは、埋め込まれた特徴を、ボリューム上に三次元印刷またはインクジェット印刷し、さらに続けて成形することができ、または、表面特徴を、ＤＲＡの最外面上に三次元印刷またはインクジェット印刷することができる。接地構造体上に直接、または、１から３の間の誘電率を有する材料を含む容器内に、少なくとも１つのボリュームを成形することも可能である。
金型は、パッケージまたは最外シェルＶ（Ｎ）を提供するために成形されたまたは機械加工されたセラミックを含む金型インサートを有することができる。セラミックインサートの使用によって、より高い効率が得られる低損失、成形アルミナについての低い直接材料費に起因する低コスト、ポリマーの製造しやすさおよびその熱膨張制御（制約）のしやすさへとつながり得る。それはまた、バランスのとれた熱膨張率（ＣＴＥ）を提供することができ、これにより、全体的な構造が、銅またはアルミニウムのＣＴＥと一致する。
各ボリュームを、異なる金型で成形して、続いてボリュームを組み立てることができる。例えば、第１ボリュームは第１金型で、そして、第２ボリュームは第２金型で成形して、そして、ボリュームを組み立てることができる。実施形態では、第１ボリュームは、第２ボリュームとは異なる。別個の製造により、形状または組成に関する各ボリュームの即座のカスタマイズが可能となる。例えば、誘電体材料のポリマー、添加剤の種類または添加量を変化させることができる。１つのボリュームの表面を別のボリュームの表面に接合するために、接着剤層を塗布することができる。
他の実施形態では、第２ボリュームを、第１成形ボリューム中にまたはその上に成形することができる。ポストベークまたはラミネーションサイクルを、ボリューム間からいかなる空気をも除去するために使用することができる。各ボリュームはまた、異なるタイプまたは量の添加剤を含むことができる。熱可塑性ポリマーが使用される場合、第１および第２ボリュームは、異なる溶融温度または異なるガラス転移温度を有するポリマーを含むことができる。熱硬化性組成物が使用される場合、第１ボリュームは、第２ボリュームを成形する前に部分的にまたは完全に硬化させることができる。
１つのボリューム（例えば、第１ボリューム）として熱硬化性組成物を、別のボリューム（例えば、第２ボリューム）として熱可塑性組成物を使用することも可能である。これらの実施形態のいずれかにおいて、フィラーを変えて、各ボリュームの誘電率または熱膨張係数（ＣＴＥ）を調節することができる。例えば、各ボリュームのＣＴＥまたは誘電率は、温度が変化しても共振周波数が一定のままであるようにオフセットすることができる。実施形態では、内側ボリュームは、シリカおよびマイクロスフェア（マイクロバルーン）の組合せが充填された低誘電率（＜３．５）材料を含むことができ、これにより、所望の誘電率が、外側ボリュームに一致するＣＴＥ特性を伴って達成される。
いくつかの実施形態では、成形は、誘電体材料の少なくとも１つのボリュームを提供するための、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性組成物および誘電体材料の任意の他の要素を含む射出可能組成物の射出成形である。各ボリュームを、別個に射出成形して、その後に組み立てることができ、または、第２ボリュームを第１ボリューム中にまたはその上に成形することができる。例えば方法は、外型枠および内型枠を有する第１金型において第１ボリュームの反応射出成形を行うこと、内型枠を除去してそれを第２ボリュームの内部寸法を規定する第２内型枠に置換すること、および、第１ボリュームに第２ボリュームを射出成形することを含むことができる。実施形態では、第１ボリュームは、最外シェルＶ（Ｎ）である。あるいは、方法は、外型枠および内型枠を有する第１金型において第１ボリュームの射出成形を行うこと、外型枠を除去してそれを第２ボリュームの外部寸法を規定する第２外型枠に置換すること、および、第１ボリューム上に第２ボリュームを射出成形することを含むことができる。実施形態では、第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である。
射出可能組成物は、まずフィラー組成物を形成するためにセラミックフィラーとシランとを合成し、その後に熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性組成物とフィラー組成物とを混合することによって調製することができる。熱可塑性ポリマーについて、ポリマーは、セラミックフィラーおよびシランのうちの一方または両方との混合の前に、後に、またはその最中に溶融させることができる。射出可能組成物は、その後、金型内で射出成形することができる。使用される溶融温度、射出温度および金型温度は、熱可塑性ポリマーの溶融およびガラス転移温度に依存し、例えば１５０から３５０℃、または、２００から３００℃とすることができる。成形は、６５から３５０キロパスカル（ｋＰａ）の圧力で行うことができる。
いくつかの実施形態では、誘電体ボリュームは、熱硬化性組成物を反応射出成形することにより調製することができる。架橋は第１成形ボリュームの溶融特性をかなり変化させることがあるので、反応射出成形は、第２成形ボリュームを成形するために第１成形ボリュームを使用するのに特に適している。反応射出成形は、熱硬化性組成物を形成するために少なくとも２つのストリームを混合すること、および、金型内に熱硬化性組成物を射出することを含むことができ、第１ストリームは触媒を備え、第２ストリームは任意選択的に活性化剤を備える。第１ストリームおよび第２ストリームまたは第３ストリームのうちの一方または両方が、モノマーまたは硬化性組成物を含むことができる。第１ストリームおよび第２ストリームまたは第３ストリームの一方または両方は、誘電体フィラーおよび添加剤のうちの一方または両方を含むことができる。誘電体フィラーおよび添加剤のうちの一方または両方は、熱硬化性組成物の射出前に金型に添加することができる。
例えば、ボリュームの調製方法は、触媒および第１モノマーまたは硬化性組成物を含む第１ストリームと、任意選択の活性剤および第２モノマーまたは硬化性組成物を含む第２ストリームとを混合することを含むことができる。第１および第２モノマーまたは硬化性組成物は、同一であっても異なっていてもよい。第１ストリームおよび第２ストリームの一方または両方が、誘電体フィラーを含むことができる。誘電体フィラーは、例えば、さらに第３モノマーを含む第３ストリームとして添加することができる。誘電体フィラーは、第１および第２ストリームの射出前に金型内に存在することができる。１つ以上のストリームの導入は、不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンの下で行うことができる。
混合は、射出成形機のヘッドスペース内で、またはインラインミキサー内で、または金型へと注入する間に、行うことができる。混合は、摂氏０以上２００度（℃）、具体的には１５から１３０℃、または０から４５℃、より具体的には２３から４５℃の温度で行うことができる。
金型は、０以上２５０℃、具体的には２３から２００℃または４５から２５０℃、より具体的には３０から１３０℃または５０から７０℃の温度に維持することができる。金型を充填するためには０．２５から０．５分かかり、その間、金型温度が低下することがある。金型が充填された後、熱硬化性組成物の温度を、例えば０°から４５℃の第１温度から、４５から２５０℃の第２温度へと増加させることができる。成形は、６５から３５０キロパスカル（ｋＰａ）の圧力で行うことができる。成形は、５分以下、具体的には２分以下、より具体的には２から３０秒で行うことができる。重合が完了した後、基板を、金型温度または減少した金型温度で除去することができる。例えば、解放温度Ｔｒを、成形温度Ｔｍよりも１０℃以上低くすることができる（Ｔｒ≦Ｔｍ−１０℃）。
ボリュームが金型から除去された後、それをポスト硬化させることができる。ポスト硬化は、５分以上の間、１００から１５０℃、具体的には１４０から２００℃の温度で行うことができる。
別の実施形態では、誘電体ボリュームは、誘電体材料のボリューム、または、組み込まれた特徴または表面特徴を有する誘電体材料のボリュームを形成するために圧縮成形することにより形成することができる。各ボリュームを、別個に圧縮成形して、その後に組み立てることができ、または、第２ボリュームを第１ボリューム中にまたはその上に圧縮成形することができる。例えば方法は、外型枠および内型枠を有する第１金型において第１ボリュームの圧縮成形を行うこと、内型枠を除去してそれを第２ボリュームの内部寸法を規定する第２内型枠に置換すること、および、第１ボリュームに第２ボリュームを圧縮成形することを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１ボリュームは、最外シェルＶ（Ｎ）である。あるいは、方法は、外型枠および内型枠を有する第１金型において第１ボリュームの圧縮成形を行うこと、外型枠を除去してそれを第２ボリュームの外部寸法を規定する第２外型枠に置換すること、および、第１ボリューム上に第２ボリュームを圧縮成形することを含むことができる。この実施形態では、第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）とすることができる。
圧縮成形は、熱可塑性または熱硬化性材料のいずれかとともに使用することができる。金型温度などの、熱可塑性材料を圧縮成形するための条件は、熱可塑性ポリマーの溶融およびガラス転移温度に依存し、例えば１５０から３５０℃、または、２００から３００℃とすることができる。成形は、６５から３５０キロパスカル（ｋＰａ）の圧力で行うことができる。成形は、５分以下、具体的には２分以下、より具体的には２から３０秒で行うことができる。熱硬化性材料は、Ｂステージ化された材料または完全に硬化された材料を生成するためにＢステージ化する前に圧縮成形することができ、または、それがＢステージ化されて金型内で完全に硬化された後、または成形後に、それを圧縮成形することができる。
さらに他の実施形態では、誘電体ボリュームは、予め設定されたパターンで複数の層を形成し、層を溶融させることによって、すなわち三次元印刷によって、形成することができる。本明細書で使用する場合、三次元印刷は、単層（インクジェット印刷）に対して複数の溶融層（三次元印刷）の形成によって、インクジェット印刷とは区別される。層の総数は、例えば１０から１００，０００層、または２０から５０，０００層、または３０から２０，０００層と様々にすることができる。所定のパターンにおける複数の層は、物品を提供するために溶融される。本明細書で使用される「溶融」は、任意の三次元印刷プロセスにより形成されて接合された層を指す。三次元印刷中に複数の層を統合、接合または結合するのに有効な任意の方法を、用いることができる。いくつかの実施形態において、溶融は、各層の形成中に行う。いくつかの実施形態では、溶融は、後続層が形成されている間またはすべての層が形成された後に行う。予め設定されたパターンは、当技術分野で知られているように、所望の物品の三次元デジタル表現から決定することができる。
三次元印刷により、埋め込まれた特徴または表面特徴などの別のＤＲＡ構成要素を任意選択的に伴う、誘電体ボリュームの迅速かつ効率的な製造が可能となる。例えば、金属、セラミックまたは他のインサートを印刷中に配置して、埋め込まれた特徴または表面特徴として、信号フィード、接地構成要素または反射器構成要素などのＤＲＡの構成要素を提供することができる。あるいは、埋め込まれた特徴を、ボリューム上に三次元印刷またはインクジェット印刷し、さらに続けて印刷することができ、または、表面特徴を、ＤＲＡの最外面上に三次元印刷またはインクジェット印刷することができる。接地構造体上に直接、または、１から３の間の誘電率を有する材料を含む容器内に、少なくとも１つのボリュームを三次元印刷することも可能である。
第１ボリュームを第２ボリュームとは別個に形成することができ、任意選択的にそれらの間に接着剤層を配置して第１および第２ボリュームを組み立てることができる。あるいはまたはさらに、第２ボリュームを、第１ボリューム上に印刷することができる。したがって、方法は、第１ボリュームを提供するために第１複数層を形成すること、および、第１ボリューム上に第２ボリュームを提供するために第１ボリュームの外側表面上に第２複数層を形成することを含むことができる。第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である。あるいは、方法は、第１ボリュームを提供するために第１複数層を形成すること、および、第２ボリュームを提供するために第１ボリュームの内側表面上に第２複数層を形成することを含むことができる。実施形態では、第１ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）である。
例えば、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶融（ＥＢＭ）、ビッグエリア付加製造（ＢＡＡＭ）、ＡＲＢＵＲＧプラスチックフリー成形技術、積層物体製造（ＬＯＭ）、ポンピング堆積法（例えばｈｔｔｐ：／／ｎｓｃｒｙｐｔ．ｃｏｍ／ｍｉｃｒｏ−ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇで説明されるように、制御されたペースト押出としても知られている）、または他の三次元印刷方法などの、多様な三次元印刷方法を使用することができる。三次元印刷は、試作品の製造または生産プロセスとして使用することができる。いくつかの実施形態では、ボリュームまたはＤＲＡは、三次元またはインクジェット印刷によってのみ製造され、これにより、誘電体ボリュームまたはＤＲＡを形成する方法は、押出、成形、または積層プロセスを含まない。
材料押出技術は、熱可塑性樹脂に特に有用であり、複雑な特徴を提供するために使用することができる。材料押出技術は、ＦＤＭ、ポンピング堆積、溶融フィラメント製造などの技術、ならびに、ＡＳＴＭ Ｆ２７９２−１２ａに記載されているような他のものを含む。溶融材料押出技術では、物品は、層を形成するために堆積させることができる流動可能状態に熱可塑性材料を加熱することにより製造することができる。層は、ｘ−ｙ軸において所定の形状およびｚ軸において所定の厚みを有することができる。流動性材料は、特定のプロファイルを提供するために、上述のように道として、または、ダイを通して堆積することができる。層が冷えると、固化し、それが堆積される。溶融した熱可塑性材料の後続の層は、先に堆積された層に溶融し、温度低下時に固化する。複数の後続層の押出は、所望の形状を構築する。特に、物品は、層を形成するために、ｘ−ｙ平面における基板上の１つ以上の道として流動性材料を堆積させることによって、物品の三次元デジタル表現から形成することができる。基板に対するディスペンサ（例えばノズル）の位置は、そして（ｘ−ｙ平面に垂直な）ｚ軸に沿ってインクリメントされ、プロセスはその後、デジタル表現から物品を形成するために繰り返される。分注される材料は、したがって「造形材料」ならびに「構築材料」とも称される。
いくつかの実施形態では、層が２つ以上のノズルから押出され、それぞれが異なる組成物を押出す。複数のノズルが使用される場合、方法は、単一ノズルを使用する方法よりも速く製品オブジェクトを生成することができ、異なるポリマーまたはポリマーブレンド、異なる色またはテクスチャ等を用いる点で柔軟性を増加させることができる。したがって、実施形態では、２つのノズルを用いて堆積中に単層の組成または特性を変化させることができ、または、２つの隣接する層の組成または特性を変化させることができる。例えば、１つの層は高い体積パーセントの誘電体フィラーを有することができ、後続の層は、中間体積の誘電体フィラーを有することができ、それに続く層は、低い体積％の誘電体フィラーを有することができる。
材料押出技術はさらに、熱硬化性組成物の堆積に使用することができる。例えば、少なくとも２つのストリームを混合して層を形成するために堆積させることができる。第１ストリームは触媒を含むことができ、第２ストリームは任意選択的に活性化剤を備えることができる。第１ストリームおよび第２ストリームまたは第３ストリームのうちの一方または両方が、モノマーまたは硬化性組成物（例えば樹脂）を含むことができる。第１ストリームおよび第２ストリームまたは第３ストリームの一方または両方は、誘電体フィラーおよび添加剤のうちの一方または両方を含むことができる。誘電体フィラーおよび添加剤のうちの一方または両方は、熱硬化性組成物の射出前に金型に添加することができる。
例えば、ボリュームの調製方法は、触媒および第１モノマーまたは硬化性組成物を含む第１ストリームと、任意選択の活性剤および第２モノマーまたは硬化性組成物を含む第２ストリームとを混合することを含むことができる。第１および第２モノマーまたは硬化性組成物は、同一であっても異なっていてもよい。第１ストリームおよび第２ストリームの一方または両方が、誘電体フィラーを含むことができる。誘電体フィラーは、例えば、さらに第３モノマーを含む第３ストリームとして添加することができる。１つ以上のストリームの堆積は、不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンの下で行うことができる。混合は、堆積前に、インラインミキサー中で、または、層の堆積中に行うことができる。完全または部分的な硬化（重合または架橋）を、堆積前に、層の堆積中、または堆積後に開始することができる。実施形態では、部分硬化を層の堆積前または層の堆積中に開始し、完全な硬化を層の堆積後、またはボリュームを提供する複数層を堆積した後に開始する。
いくつかの実施形態において、当技術分野で知られているような支持材料を、支持構造を形成するために任意選択的に使用することができる。これらの実施形態では、構築材料および支持材料を、物品および支持構造体を提供するために、物品の製造中に選択的に分注することができる。支持材料は、支持構造、例えば、足場の形で存在することができ、これは、積層プロセスが所望の程度まで完了したときに機械的に除去または洗い流すことができる。
予め設定されたパターンで連続層を形成するために、選択的レーザ焼結（ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（ＳＬＭ）、電子ビーム溶解（ＥＢＭ）、および、結合剤または溶剤の粉末ベッド噴射などの、立体造形技術を使用することができる。各層を重合または架橋することによって層毎の堆積を生じさせることができるので、立体造形技術は、熱硬化性組成物で特に有用である。
誘電体共振器アンテナまたはアレイ、またはそれらの構成要素を製造するためのさらに別の方法において、第２ボリュームは、第１ボリュームの表面に誘電体組成物を塗布することにより形成することができる。塗布は、コーティング、キャスティングまたは噴霧によって、例えば、ディップコーティング、スピンキャスティング、噴霧、ブラッシング、ロールコーティング、またはこれらの少なくとも１つを含む組合せによって、行うことができる。いくつかの実施形態では、複数の第１ボリュームが基板上に形成され、マスクが塗布され、第２ボリュームを形成するための誘電体組成物が塗布される。第１ボリュームが最内ボリュームＶ（１）であり、基板がアンテナアレイの製造に直接、使用される接地構造体または他の基板である場合、この技術は有用であり得る。
上述したように、誘電体組成物は、熱可塑性ポリマーまたは熱硬化性組成物を含むことができる。熱可塑性樹脂を溶融させ、または適当な溶媒に溶解させることができる。熱硬化性組成物は、液体熱硬化性組成物とすることができ、または溶媒中に溶解させることができる。溶媒は、熱、空気乾燥、または他の技術によって誘電体組成物を塗布した後に除去することができる。熱硬化性組成物は、第２ボリュームを形成するために塗布した後に、Ｂステージ化、または、完全に重合もしくは硬化させることができる。重合または硬化は、誘電体組成物の塗布中に開始することができる。
誘電体組成物の要素は、所望の特性、例えば誘電率を提供するように選択される。一般に、第１および第２誘電体材料の誘電率は異なる。
いくつかの実施形態では、第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）であり、すべての後続のボリュームを含む１つ以上が、上述のように塗布される。例えば、最内ボリュームＶ（１）に続くすべてのボリュームは、第１ボリュームに誘電体組成物を塗布することから始めて、それぞれのボリュームＶ（ｉ）の下にあるボリュームに順次、誘電体組成物を塗布することにより形成することができる。他の実施形態では、複数のボリュームのうちの１つのみが、この方法で塗布される。例えば、第１ボリュームは、ボリュームＶ（Ｎ−１）とすることができ、第２ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）とすることができる。
本明細書で提供されたいくつかの図は特定の寸法を示しているが、記載の寸法は、関連する解析的にモデル化された実施形態に関してのみ、非限定的な例示の目的のために提供されているのであって、本明細書に開示された目的に適した他の寸法も企図されることが理解されるであろう。
本明細書に開示された例示的な実施形態に対する非限定的な参照へのさらなる例として、本明細書で提供されるいくつかの図は、中央配置された信号フィードまたは軸方向にオフセットされた信号フィードのいずれかを伴う、平坦頂部を有する誘電体材料の複数のボリュームを示し、誘電体材料の複数のボリュームのｚ軸断面は楕円形であるが、他の図は、信号フィードについての特定の位置を持たない半球状またはドーム状頂部を有する誘電体材料の複数のボリュームを示し、誘電体材料の複数のボリュームのｚ軸断面は円形または楕円形であるが、他の図は、ＤＲＡ（本明細書に開示された任意のＤＲＡであると理解される）を取り囲むフェンス／反射器を示し、他の図は、一般的な意味（例えば図２０参照）での誘電体材料の複数のボリュームを示す。上述のすべてから、１つの図または図のセットに示されている実施形態の特定の特徴（例えば、誘電体材料のボリューム／層の数、誘電体材料の複数のボリュームの外側形状、信号フィードの位置、誘電体材料の複数のボリュームの断面形状、または、フェンス／反射器の有無）は、このような特徴を特に示していない他の図または図のセットに示された実施形態において採用され得るが、本明細書で開示される特徴の組合せの数は、包括的であり、代替実施形態の完全なマトリクスにおいてすべてのそのような特徴を特に説明する必要なく、そのような組合せが本明細書に明確かつ簡潔に開示されていることを当業者が理解するための説明を提供することは不要である。任意およびすべてのこのような組合せは、本明細書で企図され、添付の特許請求の範囲に提示された特許請求される本発明の範囲内であると考えられる。
ＤＲＡまたはＤＲＡのアレイに関連する特徴の特定の組合せが、本明細書に開示されているが、これらの特定の組合せは、例示目的のみであって、これらの特徴のいずれかまたは一部のみの任意の組合せを、明示的または均等に、個別にまたは本明細書に開示された特徴の任意の他のものと組合せて、任意の組合せで、および、実施形態に係るすべてにおいて、採用し得ることは理解されるであろう。任意およびすべてのこのような組合せは、本明細書で企図され、本明細書に開示された発明の範囲内であると考えられる。例えば、本明細書に開示されているような、接地構造体、信号フィードおよび／またはフェンスを欠く、本明細書に開示された誘電体材料の複数のボリュームは、電子フィルタまたは共振器として有用であり得る。このようなフィルタまたは共振器構造、または本明細書に開示された誘電体材料の複数のボリュームに有用な任意の他のデバイスは、本明細書に開示される本発明の範囲内にあると企図され、考慮される。
上記に鑑み、本明細書で開示されるいくつかの実施形態は、以下の利点のうちの１つの以上を含み得る：マイクロ波およびミリ波用途において、広帯域、高利得のアレイに適した多層誘電体設計、三次元印刷製造プロセスを利用するのに適した多層誘電体設計、９５％よりも高くすることができる効率の超高効率多層設計、完全なマイクロ波ミリ波周波数範囲にわたって従来のパッチアンテナを交換することができる多層設計、８ｄＢおよびそれ以上に高くすることができる単一セル（単一ＤＲＡ）の利得、５０％以上の帯域幅を達成し得るＤＲＡ、多層にて用いられる材料の誘電率に応じて最適化された共振器形状を設計する能力、および、異なる技術を使用して、接地変形例を含む単一セルの利得のバランスを取る能力。
特定の寸法値および誘電率値を、特定のＤＲＡに関して本明細書で議論してきたが、これらの値は例示目的のみであり、本明細書に開示された目的に適した任意のこのような値を、本明細書に開示された発明の範囲を損なうことなく採用し得ることが理解されるであろう。
本明細書に開示されたすべての範囲はエンドポイントを含むものであり、エンドポイントは、互いに独立して組合せ可能である。「組合せ」は、ブレンド、混合物、合金、反応生成物などを含む。「第１」、「第２」などの用語は、いかなる順序、数量、または重要性も示すものではなく、むしろ、ある要素を別の要素から区別するために使用される。用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、量の限定を意味せず、別様に本明細書に示されるか、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を含むように解釈されるべきである。明確に特に断りのない限り、「ｏｒ」は「または」を意味する。
アンテナに関連する特徴の特定の組合せを、本明細書に説明してきたが、これらの特定の組合せは、例示目的のみであって、いずれかのこれらの機能の任意の組合せを、明示的または均等に、個別にまたは本明細書に開示された特徴の任意の他のものと組合せて、任意の組合せで、および、実施形態に係るすべてにおいて、採用し得ることは理解されるであろう。任意およびすべてのこのような組合せは、本明細書で企図され、本開示の範囲内であると考えられる。
上記のすべての観点において、本発明の実施形態は以下の実施形態を含むことが理解されるであろう。
（実施形態１）
導電性接地構造体と、接地構造体上に配置されＮ個のボリュームを有する誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれる、誘電体材料の複数のボリュームと、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合されるように配置および構成された信号フィードとを備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）。
（実施形態２）
各後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され１００％完全にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成する、実施形態１に記載のＤＲＡ。
（実施形態３）
ボリュームＶ（Ｎ）には、１００％完全にボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが埋め込まれる、実施形態１または２に記載のＤＲＡ。
（実施形態４）
信号フィードは、接地構造体と電気的に接触せずに、接地構造体の開口部内に配置され、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つのボリューム内に配置される、実施形態１〜３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５）
信号フィード上の電気信号により励起されたときのＤＲＡは、三次元放射パターン内の単一点においてそれぞれ収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって定義された単一要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める遠方場三次元放射パターンを生成するように構成されている、実施形態１〜４のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態６）
信号フィード上の電気信号により励起されたときのＤＲＡは、単一点において収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって、および、単一点において収縮可能でない閉ループ経路ファミリーによって定義された二要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める遠方場三次元放射パターンを生成するように構成されている、実施形態１〜５のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態７）
誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ＋１）＊Ｖ（ｉ＋１）≒ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）（ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている、実施形態１〜６のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態８）
誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）≒Ｃ（ｆ）（Ｃ（ｆ）は所与周波数における定数であり、ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている、実施形態１〜７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態９）
Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれる、誘電体材料の複数のボリュームを備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）であって、電気信号を介して励起されたときのＤＲＡは、遠方場三次元放射パターン内の単一点においてそれぞれ収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって定義された単一要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める三次元放射パターンを生成するように構成されている、ＤＲＡ。
（実施形態１０）
Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれる、誘電体材料の複数のボリュームを備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）であって、電気信号を介して励起されたときのＤＲＡは、単一点において収縮可能な閉ループ経路ファミリーによって、および、単一点において収縮可能でない閉ループ経路ファミリーによって定義された二要素ホモトピー群に対応するトポロジー空間を占める遠方場三次元放射パターンを生成するように構成されている、ＤＲＡ。
（実施形態１１）
Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれる、誘電体材料の複数のボリュームを備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）であって、誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ＋１）＊Ｖ（ｉ＋１）≒ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）（ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている、ＤＲＡ。
（実施形態１２）
Ｎ個のボリュームを備える誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的に埋め込まれる、誘電体材料の複数のボリュームを備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）であって、誘電体材料の複数のボリュームの各積層ボリュームは、誘電率ε（ｉ）を有し、各層の誘電率およびボリュームは、ε（ｉ）＊Ｖ（ｉ）≒Ｃ（ｆ）（Ｃ（ｆ）は所与周波数における定数であり、ε（１）＊Ｖ（１）を除く、なおε（１）≒空気の誘電率）の関係に従っている、ＤＲＡ。
（実施形態１３）
導電性接地構造体と、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合されるように配置および構成された信号フィードとをさらに含み、誘電体材料の複数のボリュームは、接地構造体上に配置されている、実施形態９〜１２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態１４）
信号フィードは、接地構造体と電気的に接触せずに、接地構造体の開口部内に配置され、誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つのボリューム内に配置される、実施形態１３に記載のＤＲＡ。
（実施形態１５）
第１ボリュームＶ（１）は、垂直配向された少なくとも部分的に楕円の形状を有している、実施形態１〜１４のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態１６）
第１ボリュームＶ（１）の垂直配向された少なくとも部分的に楕円の形状は、複数のボリュームの中央ｚ軸に対して軸方向に位置合わせされる、実施形態１５に記載のＤＲＡ。
（実施形態１７）
第１ボリュームＶ（１）は、空気の誘電率に等しい誘電率を有する、実施形態１〜１６のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態１８）
誘電体材料の複数のボリュームの周囲における周辺幾何学経路は、周辺幾何学経路にてＴＭ放射モードをサポートする誘電率を有し、誘電体材料の複数のボリューム内の中央幾何学経路は、中央幾何学経路にてＴＭ放射モードを抑制する誘電率を有する、実施形態１〜１７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態１９）
中央幾何学経路におけるＴＭ放射モードが、完全に抑制される、実施形態１８に記載のＤＲＡ。
（実施形態２０）
誘電体材料の複数のボリュームは、ＴＥ半波長共振によって定義される第１経路長を有する第１電気経路を有し、ＴＭ半波長共振によって定義される第２経路長を有する第２幾何学経路を有し、第２経路長に対する第１経路長の比は、１．６以上である、実施形態１〜１９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２１）
ＴＥ半波長共振は、πＲ√εｒによって定義され、Ｒは、ＤＲＡの全体の高さであり、εｒは、誘電体材料の複数のボリュームの外周における比誘電率であり、ＴＭ半波長共振は、Ｒ√εＡｉｒ＋πＲ／２√εｒにより定義され、εＡｉｒは、空気の誘電率である、実施形態２０に記載のＤＲＡ。
（実施形態２２）
信号フィードは、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）内に配置され、かつ、電磁的に結合され、誘電体材料の複数のボリュームのうちの各ボリュームは、信号フィードの長手方向軸に対して平行に、かつ、それに対して中央配置される中央長手方向軸を有しており、信号フィードの長手方向軸は、接地構造体に垂直である、実施形態１〜８および１３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２３）
信号フィードは、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）以外の誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つのボリューム内に配置され、かつ、電磁的に結合される、実施形態１〜８および１３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２４）
誘電体材料の複数のボリュームのうちの各ボリュームは、互いに対して平行であり、かつ、中央配置される中央長手方向軸を有しており、各中央長手方向軸は、接地構造体に垂直である、実施形態１〜８、１３および２３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２５）
誘電体材料の複数のボリュームのうちの各ボリュームは、互いに対して平行であり、かつ、互いに対して同じ横方向に横シフトされる中央長手方向軸を有しており、各中央長手方向軸は、接地構造体に垂直である、実施形態１〜８、１３および２３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２６）
接地構造体上に配置され１から３の間の誘電率を有する材料を備える容器をさらに備え、誘電体材料の複数のボリュームは、容器内に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いに対して平行であり、かつ、中央配置される中央長手方向軸を有しており、誘電体材料の複数のボリュームは、容器の中央長手方向軸に対して横方向に中央でシフトされ、各中央長手方向軸は、接地構造体に垂直である、実施形態１〜８、１３および２３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２７）
接地構造体上に配置され１から３の間の誘電率を有する材料を備える容器をさらに備え、誘電体材料の複数のボリュームは、容器内に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いに対して、および容器の長手方向軸に対して中央配置された中央長手方向軸を有し、各中央長手方向軸は、接地構造体に垂直であり、誘電体材料の複数のボリュームの外側ボリュームＶ（Ｎ）は、非対称形状を有している、実施形態１〜８、１３および２３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２８）
誘電体材料の複数のボリュームの直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、その異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１相対極小値から、ボリュームＶ（２）からＶ（Ｎ−１）の１つにおける相対極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）における第２相対極小値に戻る範囲にわたる、実施形態１〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態２９）
誘電体材料の複数のボリュームの直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、異なる誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１相対極小値から、ボリュームＶ（（Ｎ＋１）／２）における相対極大値に、そして、Ｖ（Ｎ）における第２相対極小値に戻る範囲にわたり、Ｎは奇数の整数である、実施形態１〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３０）
第１相対極小値は、第２相対極小値に等しい、実施形態２８または２９に記載のＤＲＡ。
（実施形態３１）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いに対して軸方向に中央配置され、信号フィードに対して軸方向に中央配置される円筒形断面を有する、実施形態１〜８、１３および２２〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３２）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いに対して軸方向に中央配置され、信号フィードに対して軸方向に中央配置される楕円形断面を有する、実施形態１〜８、１３および２２〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３３）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、円筒形を有している、実施形態１〜８、１３および２２〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３４）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、楕円形を有している、実施形態１〜８、１３および２２〜２７のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３５）
信号フィードは、誘電体材料の第２ボリュームＶ（２）内に配置され、そこに電磁的に結合されている、実施形態１〜８、１３および２３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３６）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームおよび埋め込まれた信号フィードがアーチを形成し、誘電体材料の複数のボリュームの各アーチ形ボリュームが、接地平面上に配置された各アーチ形ボリュームの両方の端部を有する、実施形態１〜８および１３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３７）
信号フィードは、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）内に配置され、そこに電磁的に結合されており、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、半球形状を有しており、接地構造体上に配置され１から３の間の誘電率を有する材料を備える容器をさらに備え、容器は半球形状を有しており、誘電体材料の複数のボリュームは、容器内に埋め込まれ、誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、互いに対して中央配置された天頂軸を有し、誘電体材料の複数のボリュームは、容器の天頂軸に対して横方向に中央でシフトされ、信号フィードは、誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）内にアーチ形成され、第１ボリュームＶ（１）の天頂軸から中心ずれして第１ボリュームＶ（１）に入る、実施形態１〜８および１３のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態３８）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、そのそれぞれの中央長手方向軸へと長手方向に向けられた細長いドーム形状を有しており、誘電体材料の複数のボリュームの周りで円周方向に配置され、かつ、接地構造体に電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンスをさらに備える、実施形態２５に記載のＤＲＡ。
（実施形態３９）
誘電体材料の第１ボリュームＶ（１）は、導電性フェンスの円周の中心に対して中央配置される、実施形態３８に記載のＤＲＡ。
（実施形態４０）
誘電体材料の複数のボリュームの各ボリュームは、誘電体材料の複数のボリュームのうちの隣接するものと直接密接接触する、実施形態１〜３９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態４１）
信号フィードは、銅線、同軸ケーブル、マイクロストリップ、導波路、表面集積導波路または導電性インクを含む、実施形態１〜８、１３、２２〜２７および３１〜３９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態４２）
誘電体材料の複数のボリュームの周りで円周方向に配置され、接地構造体に電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンスをさらに備える、実施形態１から８、１３、２２〜２７、３１〜３９および４１のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態４３）
Ｎは５に等しい、実施形態１〜４２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態４４）
ｘおよびｙが整数であるｘ×ｙアレイパターンに配置された、実施形態１〜４３のいずれかに記載の複数のＤＲＡを備えるＤＲＡアレイ。
（実施形態４５）
ｘがｙに等しい、実施形態４４に記載のＤＲＡアレイ。
（実施形態４６）
誘電体材料の複数のボリューム内に配置された誘電体材料のボリュームＶ（Ａ）をさらに備え、ボリュームＶ（Ａ）は、信号フィードとは正反対に配置され、信号フィードがボリュームＶ（Ａ）内に配置されるかまたはそれと信号通信を行う誘電体材料の複数のボリュームのうちの同じボリュームＶ（ｉ）内に少なくとも部分的に埋め込まれ、ボリュームＶ（Ａ）は、それが中に少なくとも部分的に埋め込まれるボリュームＶ（ｉ）よりも少ないボリュームを有し、ボリュームＶ（Ａ）は、それが中に少なくとも部分的に埋め込まれるボリュームＶ（ｉ）の誘電率と異なる誘電率を有する、実施形態１〜８、１３、２２〜２７、３１〜３９、４１および４２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態４７）
ボリュームＶ（Ａ）は、それが中に埋め込まれるボリュームＶ（ｉ）に１００％完全に埋め込まれる、実施形態４６に記載のＤＲＡ。
（実施形態４８）
ボリュームＶ（Ａ）は、接地構造体上に配置される、実施形態４６または４７に記載のＤＲＡ。
（実施形態４９）
ボリュームＶ（Ａ）は、誘電体材料の複数のボリュームの高さの十分の一以上であり、誘電体材料の複数のボリュームの高さの三分の一以下である高さを有する、実施形態４６〜４８のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５０）
ボリュームＶ（Ａ）は、それが中に埋め込まれているボリュームＶ（ｉ）の誘電率より大きな誘電率を有する、実施形態４６〜４９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５１）
ボリュームＶ（Ａ）は、金属ポストである、実施形態４６〜４９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５２）
ボリュームＶ（Ａ）は、空気である、実施形態４６〜４９のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５３）
ボリュームＶ（Ａ）は、ボリュームＶ（２）に埋め込まれる、実施形態４６〜５２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５４）
導電性フェンスは、誘電体材料の複数のボリュームの全体的な高さの０．２倍以上かつ誘電体材料の複数のボリュームの全体的な高さの３倍以下の高さを有する、実施形態３８、３９および４２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５５）
導電性フェンスは、誘電体材料の複数のボリュームの全体的な高さの０．２倍以上かつ誘電体材料の複数のボリュームの全体的な高さの０．８倍以下の高さを有する、実施形態３８、３９および４２のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５６）
導電性フェンスは、少なくとも１つの位置合わせ機構を提供する不均一内部形状を有し、誘電体材料の複数のボリュームは、不均一内部形状およびフェンスの少なくとも１つの位置合わせ機構を補足する相補的な外形を有しており、これにより、フェンスおよび誘電体材料の複数のボリュームは、少なくとも１つの位置合わせ機構を介して相互に定義されて固定される位置合わせを有する、実施形態３８、３９、４２、５４および５５のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５７）
第１ボリュームＶ（１）は、上側部分および下側部分を有しており、下側部分は、上側部分よりも広い、実施形態１〜８、１３、２２〜２７、３１〜３９、４１、４２および４６〜５６のいずれかに記載のＤＲＡ。
（実施形態５８）
上側部分は、垂直配向された少なくとも部分的に楕円の形状を有し、下側部分は、少なくとも部分的に楕円の形状から接地構造体に向かって、狭くから広くへと遷移するテーパ形状を有する、請求５７に記載のＤＲＡ。
（実施形態５９）
テーパ形状の高さは、ボリュームＶ（１）の高さの十分の一以上であり、かつ、ボリュームＶ（１）の高さの半分以下である、実施形態５８に記載のＤＲＡ。
（実施形態６０）
実施形態１〜８、１３、２２〜２７、３１〜３９、４１、４２および４６〜５９のいずれかに記載のＤＲＡまたはＤＲＡのアレイを製造する方法であって、誘電体材料の複数のボリュームの少なくとも１つのボリューム、または、誘電体材料の複数のボリュームのすべてのボリュームを成形する工程を備える方法。
（実施形態６１）
少なくとも１つのボリュームを導電性金属インサート上に成形して、信号フィードまたは接地構造体を提供する、実施形態６０に記載の方法。
（実施形態６２）
最外ボリュームＶ（Ｎ）の外側金型部分に金属層を挿入し、金属層上に最外ボリュームＶ（Ｎ）を成形して、信号フィードまたは接地構造体を最外ボリュームＶ（Ｎ）上に提供する工程を備える、実施形態６０または６１に記載の方法。
（実施形態６３）
誘電体材料の複数のボリュームのボリューム上に特徴を三次元印刷またはインクジェット印刷する工程をさらに含む、実施形態６０〜６２のいずれかに記載の方法。
（実施形態６４）
複数のボリュームのうちの少なくとも１つのボリュームは、セラミックを含む金型インサート内に成形される、実施形態６０〜６３のいずれかに記載の方法。
（実施形態６５）
複数のボリュームのうちの少なくとも１つのボリュームを、接地構造体上にまたは１と３の間の誘電率を有する材料を含む容器内に成形する、実施形態６０〜６４のいずれかに記載の方法。
（実施形態６６）
成形する工程は、第１金型において誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームと、第１金型と異なる第２金型において複数の誘電体材料の第２ボリュームとの成形を行う工程を含む、実施形態６０〜６５のいずれか一項に記載の方法。
（実施形態６７）
第２ボリュームの表面に第１ボリュームの表面を接着する工程をさらに含む、実施形態６６に記載の方法。
（実施形態６８）
成形する工程は、誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームの成形を行う工程と、第１ボリューム内にまたはその上に誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームを成形する工程とを含む、実施形態６０〜６５のいずれかに記載の方法。
（実施形態６９）
成形する工程は、誘電体材料の複数のボリュームの少なくとも１つのボリュームを射出成形する工程を含む、実施形態６０〜６８のいずれかに記載の方法。
（実施形態７０）
外型枠および内型枠を有する第１金型において誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームの射出成形を行う工程と、内型枠を除去してそれを誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームの内部寸法を規定する第２内型枠に置換する工程と、第１ボリュームに第２ボリュームを射出成形する工程とをさらに備える、実施形態６９に記載の方法。
（実施形態７１）
第１ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）である、実施形態７０に記載の方法。
（実施形態７２）
外型枠および内型枠を有する第１金型において誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームの射出成形を行う工程と、外型枠を除去してそれを誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームの外部寸法を規定する第２外型枠に置換することと、第１ボリュームに第２ボリュームを射出成形する工程とをさらに備える、実施形態６９に記載の方法。
（実施形態７３）
第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である、実施形態７２に記載の方法。
（実施形態７４）
射出成形を行う工程は、硬化性組成物、および組成物を硬化させるのに有効な触媒系を含む熱硬化性組成物を射出成形する工程と、少なくとも１つのボリュームを形成するために硬化性組成物を硬化させる工程とを備える、実施形態６９〜７３のいずれかに記載の方法。
（実施形態７５）
成形する工程は、誘電体材料の複数のボリュームの少なくとも１つのボリュームを圧縮成形する工程を含む、実施形態６０〜６８のいずれかに記載の方法。
（実施形態７６）
圧縮成形する工程は、外型枠および内型枠を有する第１金型において誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームの圧縮成形を行う工程と、内型枠を除去してそれを誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームの内部寸法を規定する第２内型枠に置換する工程と、第１ボリュームに第２ボリュームを圧縮成形する工程とを備える、実施形態７５に記載の方法。
（実施形態７７）
第１ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）である、実施形態７６に記載の方法。
（実施形態７８）
圧縮成形する工程は、外型枠および内型枠を有する第１金型において誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームの圧縮成形を行う工程と、外型枠を除去してそれを誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームの外部寸法を規定する第２外型枠に置換する工程と、第１ボリューム上に第２ボリュームを圧縮成形する工程とを備える、実施形態７６に記載の方法。
（実施形態７９）
第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である、実施形態７７に記載の方法。
（実施形態８０）
実施形態１〜８、１３、２２〜２７、３１〜３９、４１〜４２および４６〜５９のいずれかに記載のＤＲＡまたはＤＲＡのアレイを製造する方法であって、誘電体材料の複数のボリュームを提供するために予め設定されたパターンで誘電体組成物を含む複数の溶融層を形成する工程を備える方法。
（実施形態８１）
複数の溶融層は、信号フィードまたは接地構造体を提供するために導電性金属要素上に形成される、実施形態８０に記載の方法。
（実施形態８２）
複数の溶融層のうちの層上に金属要素を印刷する工程をさらに含む、実施形態８０または８１に記載の方法。
（実施形態８３）
最外ボリュームＶ（Ｎ）上に信号フィードまたは接地構造体を提供するために、最外ボリュームＶ（Ｎ）上に印刷が行われる、実施形態８２に記載の方法。
（実施形態８４）
誘電体材料の複数のボリュームのうちの少なくとも１つのボリュームは、接地構造体上に、または、１から３の間の誘電率を有する材料を含む容器内に形成される、実施形態８０〜８３のいずれかに記載の方法。
（実施形態８５）
複数の誘電体材料の第１ボリュームを、複数の誘電体材料の第２ボリュームとは別個に形成する工程をさらに備える、実施形態８０〜８４のいずれかに記載の方法。
（実施形態８６）
第２ボリュームの表面に第１ボリュームの表面を接着する工程をさらに備える、実施形態８５に記載の方法。
（実施形態８７）
誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームを提供するために第１複数溶融層を形成する工程と、誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームを第１ボリューム上に提供するために第１ボリュームの外側表面に第２複数溶融層を形成する工程とをさらに備える、実施形態８０〜８６のいずれかに記載の方法。
（実施形態８８）
第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である、実施形態８７に記載の方法。
（実施形態８９）
誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームを提供するために第１複数溶融層を形成する工程と、誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームを提供するために第１ボリュームの内側表面に第２複数溶融層を形成する工程とをさらに備える、実施形態８０〜８６のいずれかに記載の方法。
（実施形態９０）
第１ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）である、実施形態８９に記載の方法。
（実施形態９１）
複数溶融層のうちの少なくとも１つの層の形成中、または、複数溶融層のうちの２つの隣接層の形成中に、誘電体組成物を変化させる工程をさらに備える、実施形態８０〜９０のいずれかに記載の方法。
（実施形態９２）
誘電体組成物は熱可塑性ポリマーを含む、実施形態８０〜９１のいずれかに記載の方法。
（実施形態９３）
誘電体組成物は熱硬化性組成物を含む、実施形態８０〜９１のいずれかに記載の方法。
（実施形態９４）
複数溶融層を形成する前またはその間に熱硬化性組成物の重合または架橋を開始することをさらに含む、実施形態９３に記載の方法。
（実施形態９５）
複数溶融層を形成した後に熱硬化性組成物の重合または架橋を開始する工程をさらに含む、実施形態９３に記載の方法。
（実施形態９６）
実施形態１〜５９のいずれかに記載のＤＲＡまたはＤＲＡのアレイを製造する方法であって、第１誘電率を有する第１誘電体材料から誘電体材料の複数のボリュームの第１ボリュームを形成する工程と、第２誘電率を有する第２誘電体材料で誘電体材料の複数のボリュームの第２ボリュームを提供するために第１ボリュームの表面に誘電体組成物を塗布する工程とを備える方法。
（実施形態９７）
塗布する工程は、ディップコーティング、噴霧、ブラッシング、ロールコーティング、またはこれらの少なくとも１つを含む組合せによって行う、実施形態９６に記載の方法。
（実施形態９８）
誘電体組成物は、熱可塑性ポリマー、または、溶媒に溶解された熱可塑性ポリマーを含む、実施形態９６または９７に記載の方法。
（実施形態９９）
誘電体組成物は、溶媒中の熱硬化性組成物、または、液体熱硬化性組成物を含む、実施形態９６または９７に記載の方法。
（実施形態１００）
塗布中またはその後に熱硬化性組成物を重合または硬化させる工程をさらに備える、実施形態９９に記載の方法。
（実施形態１０１）
第１および第２誘電率が異なっている、実施形態９６〜１００のいずれかに記載の方法。
（実施形態１０２）
第１ボリュームは、最内ボリュームＶ（１）である、実施形態９６〜１０１のいずれかに記載の方法。
（実施形態１０３）
第２ボリュームは、最外ボリュームＶ（Ｎ）である、実施形態９６〜１０２のいずれかに記載の方法。
（実施形態１０４）
最内ボリュームＶ（１）に後続する誘電体材料の複数のボリュームのすべてのボリュームは、それぞれのボリュームの下にあるボリュームに誘電体組成物を順次塗布する工程により形成される、実施形態９６〜１０３のいずれかに記載の方法。
本発明を、例示的な実施形態を参照して説明してきたが、様々な変更を行い得、均等物が本開示の範囲から逸脱することなくその要素に対して置換され得ることは当業者によって理解されるであろう。加えて、多くの変形例が、その本質的な範囲から逸脱することなく、教示に対して特定の状況または材料を適合させられ得る。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良または唯一の形態として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲内に入るすべての実施形態を包含することが意図される。また、図面および説明において、例示的な実施形態が開示されており、特定の用語および／または寸法が採用されている可能性があるが、それらは、特に明記しない限り、一般的な、例示的なおよび／または説明の意味でのみ使用されているものであり、制限目的ではない。

Claims (14)

  1. 導電性接地構造体と、
    前記接地構造体上に配置されＮ個のボリュームを有する誘電体材料の複数のボリュームであって、Ｎは３以上の整数であり、連続および順次積層ボリュームＶ（ｉ）を形成するように配置され、ｉは１からＮの整数であり、ボリュームＶ（１）は最内第１ボリュームを形成し、後続のボリュームＶ（ｉ＋１）は、ボリュームＶ（ｉ）上に配置され少なくとも部分的にボリュームＶ（ｉ）を埋め込む積層シェルを形成し、ボリュームＶ（Ｎ）には、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームが少なくとも部分的にを埋め込まれ、
    前記誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）の一部は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）の少なくとも一部を二股に分ける、誘電体材料の複数のボリュームと、
    前記誘電体材料の複数のボリュームのうちの１つ以上に電磁的に結合された信号フィードと
    を備える、誘電体共振器アンテナ（ＤＲＡ）。
  2. ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分ける前記誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）の一部は、ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）のすべてのボリュームの全断面を二股に分ける、請求項１に記載のＤＲＡ。
  3. 前記信号フィードは、前記接地構造体と電気的に接触せずに、前記接地構造体の開口部内に配置され、前記信号フィードが電磁的に結合された前記誘電体材料の複数のボリュームのうちの前記１つ内に配置される、請求項１または２に記載のＤＲＡ。
  4. 前記信号フィードがボリュームＶ（２）に電磁的に結合される、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  5. ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）の前記一部は、互いの鏡像であるボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）の第１サブボリュームおよび第２サブボリュームを形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  6. ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）の前記一部が、前記信号フィードを通過して前記誘電体材料の複数のボリュームの各々の中央垂直ｚ軸を含む平面内に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  7. ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を二股に分けるボリュームＶ（Ｎ）の前記一部が、前記ボリュームＶ（１）からＶ（Ｎ−１）を前記誘電体材料のボリュームＶ（Ｎ）によって分ける、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  8. 前記誘電体材料の複数のボリュームの直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、前記誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１極小値から、ボリュームＶ（２）からＶ（Ｎ−１）の１つにおける極大値に、そしてボリュームＶ（Ｎ）における第２極小値に戻る範囲にわたる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  9. 前記誘電体材料の複数のボリュームの直接隣接ボリュームは、異なる誘電率値を有し、前記誘電率値は、ボリュームＶ（１）における第１極小値から、Ｎは奇数の整数においてＶ（（Ｎ＋１）／２）における極大値に、そして、Ｖ（Ｎ）における第２極小値に戻る範囲にわたる、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  10. 前記第１極小値は前記第２極小値に等しい、請求項８または９に記載のＤＲＡ。
  11. 前記誘電体材料の複数のボリュームの周りに配置され前記接地構造体と電気的に接続されてその一部を形成する導電性フェンスをさらに有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
  12. 前記導電性フェンスは、前記誘電体材料の複数のボリュームの高さを超えない高さを有する、請求項１１に記載のＤＲＡ。
  13. 前記フェンスは、少なくとも１つの位置合わせ機構を提供する不均一形状を有し、
    前記誘電体材料の複数のボリュームは、前記フェンスおよび前記誘電体材料の複数のボリュームが前記少なくとも１つの位置合わせ機構を介して互いに対して規定された位置合わせを有するように、前記フェンスの前記不均一形状および前記少なくとも１つの位置合わせ機構を補足する相補的外形を有する、請求項１１または１２に記載のＤＲＡ。
  14. 前記導電性接地構造体は、１つ以上の開口部を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のＤＲＡ。
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