JP2021005864A - 付加製造されたメッシュキャビティアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な形状で高精度な加工が必要なアンテナを３Ｄプリンティングにより低コストで生産する。【解決手段】アンテナ１１０は、フロア部分（カップベース部１１８）及び当該フロア部分に接続された周壁部分（外壁１１６）を有するキャビティ構造体（カップ１１３）を含み、キャビティ構造体内のフロア部分の中央領域からダイポール構造体１１７が上方に延びている。周壁部分及びダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、アンテナ性能に影響を与えないように無線周波数の波長に対して十分に小さい開口部１２７又は１６６を有する。【選択図】図５

Description

本開示は、無線信号通信のためのシステム及び方法に関する。より具体的には、本開示の実施例は、アンテナ及びアンテナ用コンポーネントに関する。

アンテナは、無線信号を送受信するための無線通信技術における重要な要素である。アンテナにおける導電性材料は、通信回路を流れる電流と放射電磁波との間のインターフェースとして機能する。アンテナの形状及び材料により、インピーダンス、指向性、帯域幅などの特性が定まる。好ましい特性は、アンテナの配置位置及び用途によって大きく異なりうる。例えば、民生用周波数変調（ＦＭ）無線では、あらゆる方向からの信号の受信に適したモノポール全方向性アンテナ（monopole omnidirectional antenna）を使用することができるが、全地球測位システム（ＧＰＳ）衛星では、地球指向の送信に高指向性アンテナを使用することができる。多くの用途においては、効果的なアンテナを作製するために、複雑な形状を高精度で実現する必要がある。このようなアンテナは、従来、複数の個別に機械加工された部品を手作業で組み立てることにより製造されているが、このような処理は、時間がかかるうえに高価である。

付加製造（ＡＭ）は、比較的低コストで迅速に生産を行う方法として、様々な産業において急速に人気を集めている。ＡＭは、３Ｄプリンティングとしても知られており、これを用いて付加的にオブジェクトを造形することによって、３Ｄモデルから固体オブジェクトを作製することができる。ＡＭでは、通常、原材料を敷設した後、当該原材料を選択的に一体化又は溶融して所望のオブジェクトを作製する。原材料は、通常、層状に敷設されるが、個々の層の厚みは、採用される特定の技術によって異なりうる。

大抵の場合、原材料は、顆粒又は粉末の形態であって、層状に敷設された後に、熱源によって選択的に溶融される。多くの場合、材料床の上面が溶融され、成長中のワークピースが材料床内へと僅かに下降される。その後、新たな原材料層が材料床上に敷設され、次の層が既設層上に融着される。顆粒状の原材料は、例えば、熱可塑性ポリマー、金属粉末、金属合金粉末、又はセラミック粉末を含み、これらは、走査レーザや走査電子ビームなどのコンピュータ制御熱源を使用して溶融される。例示的な方法としては、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ）、直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザ焼結法（ＳＬＳ）、溶融積層法（ＦＤＭ）、及び電子ビーム溶融法（ＥＢＭ）などが挙げられる。

機械加工や他の除去製造法（subtractive manufacturing）に用いられる従来の部品設計をＡＭに用いることは、非効率的な場合があり、不可能な場合さえある。採用される処理及び材料によっては、補強されていない部分が崩れたり、細かい部分の精度が不十分となったり、反りや亀裂が生じたりする場合がある。したがって、従来の部品の機能を維持しつつＡＭ法を効率的に使用することができる新たな設計が求められている。

本開示は、アンテナ装置及びコンポーネントに関連するシステム、装置、及び方法を提供する。いくつかの実施例において、アンテナ装置は、フロア部分、及び当該フロア部分に接続された周壁部分を有するキャビティ構造体を含みうる。前記キャビティ構造体内の前記フロア部分の中央領域から、ダイポール構造体が上方に延びている。前記壁部分、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、アンテナ性能に影響を与えないように、予測される無線周波数の波長に対して十分に小さい開口部を有しうる。

いくつかの実施例において、アンテナ装置は、付加製造カップ構造体と、付加製造ダイポール構造体とを含みうる。前記カップ構造体は、フロア部分と、当該フロア部分に接続された周壁部分とを有しうる。前記ダイポール構造体は、前記フロア部分から上方に延びていてもよい。前記壁部分、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、付加製造メッシュを含みうる。

いくつかの実施例において、キャビティアンテナを製造するための方法は、フロア部分、及び周壁部分を有するキャビティ構造体をプリントすることを含みうる。上記方法は、前記キャビティ構造体内にダイポール構造体をプリントすることを、さらに含みうる。前記キャビティ構造体、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方はメッシュを含みうる。

特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態において個別に達成可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。その詳細については、以下の説明と図面から明らかになるであろう。

本開示の一態様による、例示的なアンテナ装置を示す概略図である。 図１のアンテナ装置のメッシュ、及び例示的な無線信号を示す概略図である。 本明細書で説明する、従来の方法で製造されたカップダイポールアンテナの例を示す等角図である。 本開示の態様による、例示的な付加製造カップダイポールアンテナを示す等角図である。 図４のアンテナを示す切欠等角図である。 取付用付属品をさらに含む、図４のアンテナの線６−６に沿った断面図である。 本明細書に記載の、図４のアンテナの例示的な付加製造ブランクを示す上面図である。 図４のアンテナを示す上面図である。 本開示の態様による、他の例示的な付加製造カップダイポールアンテナを示す等角図である。 本開示による例示的な付加製造方法の工程を示すフローチャートである。 本明細書に記載の例示的な付加製造装置を示す概略図である。 本開示による例示的なアンテナの付加製造方法の工程を示すフローチャートである。

以下に、カップ構造を有するアンテナコンポーネントの様々な態様及び例、並びに関連する製造方法を説明するとともに、関連図面に示す。別段の記載がない限り、アンテナコンポーネント及び／又はその様々なサブコンポーネントは、必須ではないが、本明細書において説明、図示、及び／又は援用した構造、コンポーネント、機能、及び／又は変形例の少なくとも１つを含みうる。また、特に排除する旨の記載が無い限り、本開示に関連させて本明細書に記載、図示、及び／又は援用がなされた処理ステップ、構造、コンポーネント、機能、及び／又は変形例を、他の同様の装置及び方法に含めることができ、これには本開示の実施例の間で互換可能なものも含まれる。以下の様々な実施例の説明は、単に例示的な性質のものであり、本開示やその適用例又は用途をなんら限定することを意図するものではない。また、実施例によってもたらされる利点を以下に説明しているが、これらは、例示的な性質のものであり、全ての実施例が同じ利点や同じ程度の利点をもたらすとは限らない。

この詳細な説明は、（１）概要、（２）実施例、コンポーネント、及び代替例、（３）例示的な組み合わせ及び追加的な実施例、（４）効果、特徴、及び利点、並びに（５）結語、に続く以下のセクションを含む。実施例、コンポーネント、及び代替例のセクションは、さらにＡ〜Ｄのサブセクションに分かれており、これらの各々には対応する符号を付している。
＜概要＞

概して、アンテナ装置又はアンテナコンポーネントは、付加製造構造体を含みうる。アンテナコンポーネントは、無線信号の送受信を容易にするように構成されており、導電性材料を含みうる。導電性材料は、付加製造構造体の一部又は全てを構成してもよいし、付加製造構造体に利用されてもよい。アンテナコンポーネントは、コマンドホーン（command horn）アンテナ、カップダイポール（cup dipole）アンテナ、又は導波管アンテナなどの従来型アンテナの一部として機能しうる。これに加えて、或いはこれに代えて、アンテナコンポーネントは、追加のコンポーネント無しで、アンテナとして機能しうる。

図１は、符号１０で示すアンテナコンポーネントの概略図であり、当該アンテナコンポーネントは、外周壁１３及びフロア２０を備えたキャビティ部１２を有する。キャビティ部は、例えば、管状、円筒状、及び／又は中空状である。図１において、キャビティ部分１２は、断面が円形のものとして図示しているが、任意の適切な断面形状を有していてもよい。キャビティ部は、無線周波数信号を送信又は受信するためのチャンネル又は共振器を形成するように、及び／又は無線周波数信号が得られる（direct）ように構成することができる。

アンテナコンポーネント１０は、内部構造体１６をさらに含む。内部構造体は、無線周波数電磁波の送受信を容易にするよう構成された任意の形状を有しうる。内部構造体は、フロア２０から上方に延びていてもよいし、アンテナコンポーネント１０の他の部分に形成されていてもよい。例えば、内部構造体は、フロアの中央領域から上方に延びるクロスダイポール（crossed dipole）であってもよい。内部構造体１６は、選択された偏波、共振周波数帯域、放射パターン、及び／又は任意の他の機能アンテナ特性に合わせて構成することができる。壁１３の内部形状も、選択された偏波、共振周波数帯域、放射パターン、及び／又は任意の他の機能アンテナ特性に合わせて構成することができる。

アンテナコンポーネント１０は、レーザ焼結金属などの導電性材料を含む。いくつかの実施例において、当該コンポーネントは、アルミニウム、銅、チタン、及び／又はこれらの合金を含みうる。当該コンポーネントは、複数の材料を含んでいてもよいし、単一の材料で形成してもよい。導電性、弾性、密度、温度感度、並びに他の要素が、アンテナコンポーネント１０の材料又は材料の組み合わせを選択する際に、考慮される。適切或いは望ましい材料は、アンテナコンポーネントの用途及び選択された付加製造法によって異なる。

アンテナコンポーネント１０は、垂直軸１８によって示される製造時配向（manufacturing orientation）を有しており、当該垂直軸は、キャビティ部１２の中心軸に平行であってもよい。垂直軸は、図２に示されている。当該コンポーネントは、複数の層を含み、各層は、概して垂直軸１８に対して垂直である。各層は、厚みが小さく且つ平らであり、隣接する層に対して融着又は他の方法で結合している。

１つの層から隣接する層への変化量は、限られている。すなわち、アンテナコンポーネント１０の寸法は、垂直軸１８に沿って徐々に変化しうる。アンテナコンポーネントは、急激なオーバーハング部（overhangs）を含まない。ここで、急激なオーバーハング部とは、垂直軸１８に対して約４５度を超える角度又は約５０度を超える角度を形成する、任意の下向き面ということができる。したがって、アンテナコンポーネント１０の全ての部分を、二次的な支持体を必要とせずにプリントすることができる。

いくつかの実施例において、アンテナコンポーネント１０は、付加製造されたブランク（blank）に対して後処理が施されたものであってもよい。急激なオーバーハング部や付加製造に適さない他の部分は、機械加工によって設けることができる。このような実施例では、付加製造ブランクは、急激なオーバーハング部を含まず、二次的な支持体を用いずにプリントすることができる。

アンテナコンポーネント１０のどの部分の厚みも、制限を受けうる。すなわち、厚みは、上限及び／又は下限を有しうる。アンテナコンポーネントのどの部分についても、各層の面積が、制限されうる。このような制限は、絶対的なものであったり、相対的なものであったりしうる。例えば、キャビティ部１２の壁１３は、厚みが６０ミル（１ミル＝０．００１インチ）未満に制限される。また、壁１３は、例えばキャビティ部の直径の６％までに制限される。このような制限を設けることによって、製造プロセス及び／又は以降の冷却又はその他の温度変化によって誘発される応力に起因する、プリントされた材料の亀裂又は破断を防止することができる。

別の例として、壁１３の厚みは、２０ミルを超えるように制限してもよい。このような制限は、所望のプリント解像度及び十分な強度を有する部材を作製することに役立ち、付加製造プロセスにおいて幾何学的完全性（geometric integrity）を維持することができる。

図２に概略的に示すように、外周壁１３は、メッシュ１４を含む。このメッシュは、複数の開口部１５を含むということもできる。このメッシュはまた、開口部の規則的なアレイ、格子、及び／又は複数の第２平行線形構造体と交差する複数の第１平行線形構造体ということもできる。図示例においては、開口部１５は、ダイヤモンド形状又は三角形状であり、壁１３の周面にわたって一定間隔で配置されているため、アンテナコンポーネント１０の付加製造においてキャビティ部分１２の円形形状を維持することができる。メッシュ１４は、壁１３の所望形状を維持するように構成されてもよい。メッシュ１４はまた、アンテナコンポーネント１０の安定形状を実現するとともに、製造プロセスにおける反り及び／又は熱変形を抑制するように構成されてもよい。これにより、アンテナコンポーネントを、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）の公称仕様に対して、形状偏差が少ないものとすることができる。

開口部１５の形状は、二次的な支持体を使用せずにメッシュ１４を付加製造することが可能な形状であってもよい。この図示例において、各ダイヤモンド形状又は三角形状の開口部の各辺は、垂直軸１８に対して角度１７をなす。角度１７は、約４５度未満であってもよいし、約５０度未満であってもよい。すなわち、開口部を形成する各線形構造体は、垂直軸１８に対して約４５度未満、又は約５０度未満の角度をなしていてもよい。

各開口部１５は、最大寸法２２を有する。最大寸法は、開口部の最大開口幅ということもできる。図示された対角線方向に拡がる開口部（diagonal openings）において、この寸法は、対向する突端間の寸法である。円形の開口部の場合、最大寸法は、円の直径である。アンテナコンポーネント１０は、波長範囲内の無線信号を送信及び／又は受信するように構成される。このような電波は、図２に概略的に示されているが、縮尺通りではない。各開口部１５の最大寸法２２は、最短の予測波長２４に対して制限される。

最大寸法２２を制限することにより、アンテナコンポーネント１０の電磁特性に及ぼす開口部１５の影響を無視できる程度に抑えることができる。例えば、最大寸法２２は、波長２４の１０パーセント未満であってもよい。最大寸法２２は、開口部１５がアンテナコンポーネントに与える影響が、選択された許容可能な閾値を下回るように設定される。開口部が小さければ、開口部の影響も小さくなるため、開口部１５は、アンテナ性能に影響を与えないように予測波長２４に対して十分に小さい寸法に設定される。いくつかの例において、最大寸法は、予測波長の５パーセント未満であってもよいし、２パーセント未満であってもよい。

複数の開口部１５はまた、アンテナコンポーネント１０の構造要件に従って寸法設定及び／又は離隔される。すなわち、開口部１５は、メッシュ１４が、十分な構造強度、剛性、又は他の所望の構造特性を有するように構成される。いくつかの例においては、フロア２０もまた、メッシュ及び／又は開口部を含みうる。

キャビティ部分１２にメッシュ１４を含めることにより、アンテナコンポーネント１０の付加製造に使用される材料の全体量を減らすことができる。このように材料を減らすことにより、材料費、製造時間、及びコンポーネントの重量を減らすことができる。メッシュ１４はまた、キャビティ部分１２の表面積を減らすことができるため、アンテナコンポーネント１０が、振動及び音響効果の影響を受けにくくなるようにすることができる。

これに加えて、或いはこれに代えて、内部構造体１６は、メッシュ２６を含みうる。メッシュは、１つ以上の開口部２８を含みうる。各開口部は、予測波長２４に対して制限された、最大寸法３０を有しうる。先に詳述した開口部１５と同様に、開口部２８は、予測波長に対して十分に小さいので、当該開口部が、アンテナコンポーネント１０の電気力学特性に及ぼす影響を無視できる程度に抑えることができる。最大寸法３０は、最大寸法２２とは異なりうる。開口部２８の形状やパターンは、開口部１５と同じであってもよいし、異なっていてもよい。開口部２８もまた、内部構造体１６、特に、ダイポールなどの小型或いは繊細な構造体の構造要件によって制限されうる。

いくつかの例において、アンテナコンポーネント１０の１つ以上の部分は、アンテナの信号経路外として説明される場合もある。このような部分は、任意の構造的に適切な構成のメッシュ及び／又は開口部を含みうる。すなわち、このような部分の開口部の寸法は、予測波長ではなく、構造上の考慮事項に従って制限されうる。

キャビティ部分１２のフロア２０、又はアンテナコンポーネント１０の他の部分は、電子回路への接続のために構成することができる。例えば、アンテナコンポーネントは、同軸アダプタの取り付けに適した開口部を含む。また、アンテナコンポーネントは、リフレクタディッシュ（reflector dish）又は保護カバーなどの他のアンテナコンポーネントに接続するように構成することもできる。いくつかの実施例において、アンテナコンポーネント１０は、既存のアンテナ設計と同等の機能を有するように設計することができるとともに、既存のアンテナ設計の場合と略同様の電気システムに接続するように構成することができる。例えば、アンテナコンポーネント１０は、既存の従来型アンテナ設計に対するインピーダンス整合ネットワークを構成するように設計することができる。

アンテナコンポーネント１０は、一部又は全体を、一体化することができる。すなわち、壁１３、メッシュ１４、内部構造体１６、フロア２０、及び／又はアンテナコンポーネントの任意の他の部分を、１つの構造体で構成することができる。アンテナコンポーネントは、個別の部品を組み付けずに、１つのプロセスで付加製造することができる。また、アンテナコンポーネントは、製造後の除去を必要とする二次的な支持体を用いずに、製造することができる。

アンテナコンポーネント１０は、一体構造とすることにより、より高い信頼性を有することができる。また、部品の接続又は相互作用に関連する不良状態を排除することができる。例えば、上記アンテナコンポーネントは、振動によって緩むボルト、負荷がかかると移動してしまうシム、又は輸送中にチューニングが変わってしまう同調ねじを含まない。一般的に、部品数がより少ないアンテナの方が、動作上の問題が生じる可能性が低減する。

アンテナコンポーネント１０の幾何学形状は、再現可能となるように設定することができる。すなわち、アンテナコンポーネントの幾何学形状は、当該コンポーネントの複製が複数個製造された場合に、各複製の寸法が元の設計の望ましい許容差内に収まる形状にすることができる。いくつかの実施例において、望ましい許容差は、１ミル、１０ミル、又は任意の適切な大きさであってよい。製造される複製は、形状も忠実なものとすることができる。例えば、円形となるように設計された開口は、一貫して円形としてプリントされ、楕円にはプリントされない。
＜実施例、コンポーネント、及び代替例＞

以下のセクションでは、例示的なアンテナ装置及びアンテナコンポーネント、並びに関連するシステム及び／又は方法の、選択された態様を説明する。これらのセクションにおける実施例は、説明を目的とするものであり、本開示の全体の範囲を限定するものであると解釈されるべきではない。各セクションは、１つ以上の異なる実施例、及び／又は背景的或いは関連する情報、機能、及び／又は構造を含みうる。
＜Ａ．例示的なＬ帯カップダイポールアンテナ＞

図４〜８に示すように、本セクションは、概括的に符号１１０で示す、付加製造カップダイポールアンテナについて説明する。アンテナ１１０は、上述した付加製造アンテナコンポーネント１０の一例である、アンテナフレーム枠１１２を含む。カップダイポールアンテナは、ターンスタイル（turnstile）アンテナ、又はクロスダイポール（crossed dipole）アンテナと称される場合もある。

図３には、除去製造法により製造された従来型のカップダイポールアンテナを、概括的に符号７０で示している。従来型アンテナ７０は、個別に機械加工された複数の部品を含み、その各々が、ねじ止め、接合、又は他の方法で固定されている。当該アンテナは、中央開口部を有する略円筒形の導電性カップ７２を含む。カップ７２の内側において、ガスケットを介して、ダイポール構造体７４が開口部を覆うように固定されている。ダイポール構造体７４は、互いに垂直に配置された２つのダイポール、すなわち、長ダイポール８０と短ダイポール８２とを含む。これらのダイポールは、スプリットチューブバラン（split-tube balun）８４に装着されており、バランに設置されるべき別個の導電体８６を含む。バランは、接続された同軸ケーブルからの不平衡信号を、適切なインピーダンスの平衡信号に変換するように構成されている。

長ダイポール８０及び短ダイポール８２は、選択された周波数帯域にアンテナ７０を調整するように選択された長さ、及び、２つのダイポール間で位相が直交しあう（phase quadrature）ための適切な相対長さを有する。したがって、アンテナ７０は、円偏波用に構成される。カップ７２は、共振キャビティとして作用して、無線周波数信号が得られるように構成される。従来型アンテナ７０の各部品の寸法及び配置は、偏波、共振周波数、及び、指向性などのアンテナの所望の機能特性が得られるように、計算されている。なお、従来型アンテナ７０の表面及び構造体には、アンテナの電磁特性にとって不可欠なものもあれば、構造的且つ機械的に重要なものもある。

付加製造アンテナ１１０は、従来型アンテナ７０の電磁気学的且つ機能的に不可欠な部分を維持しつつ、構造的且つ機械的に重要な部分を変更して、付加製造を可能にするよう構成されている。アンテナ１１０は、クロスダイポールの長さなどの電磁気学的に不可欠な部分も変更することにより、面積の増大によるダイポールのリアクタンスの変化などの構造的変化の結果に関わらず、同等の機能を維持するようにしてもよい。

図４に示すように、アンテナ１１０のアンテナフレーム枠１１２は、一体構造である。すなわち、アンテナフレーム枠は、単一部材からなり、アンテナ１１０に必要な全体の組み付け工程数が削減されている。単一部材のアンテナフレーム枠１１２によって、さらに、アンテナ１１０の信頼性を高めたり、アンテナの不良状態を抑制したりすることができる。

アンテナは、二次的な支持体無しで製造される。すなわち、アンテナの製造後に支持構造体を取り除く必要が無い。アンテナフレーム枠１１２の図示の実施例は、以下により詳しく説明するように、バラン及び底面などの細かい部分を機械加工するという限られた後処理を必要とするだけである。アンテナは、製造工程によって生じる表面粗さを十分に抑制して、全体的な表面仕上げが不要となるように構成することができる。

アンテナ１１０は、直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）によって製造されるように構成することができる。本実施例において、アンテナは、焼結アルミニウム合金、具体的にはＡｌＳｉ１０ＭｇタイプＩＩを含む。このような合金は、軽量であるとともに、良好な強度、硬度、及び高い負荷耐性をもたらすことができる。これと同様に適切な特性を有する任意の金属又は合金を、任意の効果的な付加製造プロセスにおいて、用いることができる。

アンテナ１１０は、所定の周波数帯域内で無線通信を行うように構成される。すなわち、アンテナは、所定範囲の無線周波数に調整される。図示の実施例では、アンテナ１１０は、約１１．８〜５．９インチ（３０〜１５センチメートル）間の波長を含む、Ｌ帯に調整される。

アンテナ１１０は、アンテナフレーム枠１１２及び導電性コア１１４を含む（図６を参照）。アンテナフレーム枠１１２は、カップ１１３及び内部ダイポール構造体１１７を含み、当該カップは、外壁１１６及び円形ベース部１１８を含む。カップ１１３は、アンテナ１１０の円形放射開口を形成しうる。当該カップは、管状構造体、及び／又は一端が閉じられた中空シリンダということもできる。

カップ１１３は、例えば、直径が、約７インチ、約７．５インチ、又は６インチと８インチとの間であってもよい。当該カップは、例えば、高さが、約４インチ、約４．５インチ、又は３インチと５インチとの間であってもよい。カップ１１３の内部高さは、選択された波長に対応しうる。カップ１１３の寸法も、アンテナ１１０の所望の機能特性に応じて決定することができる。

アンテナフレーム枠１１２は、中心軸１２０を有しており、この軸上にカップ壁１１６が中心揃えされている。中心軸１２０は、アンテナフレーム枠１１２の製造時配向を示すと説明することができる。アンテナフレーム枠を製造する際には、例えば、中心軸１２０は、製造装置の垂直軸、又はｚ軸に平行になる。したがって、アンテナフレーム枠１１２は、中心軸１２０に垂直な複数の平坦層を含みうる。

カップ壁１１６は、主に、複数の開口部１２７を含むメッシュ１２４で形成される。当該メッシュはまた、格子状構造体、フレーム枠、及び／又は壁１１６における複数の開口ということもできる。いくつかの実施例において、カップベース部１１８もまた、部分的或いは全体的にメッシュで形成されてもよい。

開口部１２７の形状は、ダイヤモンド形状、及び半ダイヤモンド形状又は三角形状を含む。いくつかの実施例において、上記開口部は、他の多角形状、又は涙滴形状などの自立型の（self-supporting）非多角形状を有しうる。メッシュ１２４は、上述したメッシュ１４の一例である。開口部１２７は、壁１１６の周面にわたって一定間隔で配置され、開口部の各辺が、中心軸１２０に対して約４５度以下の角度をなすように配向されている。開口部１２７はまた、複数の交差する線形構造体に画成されるものとして説明することもでき、各線形構造体は、中心軸１２０に対して約４５度以下の角度をなしている。カップベース部１１８がメッシュを含む例において、当該メッシュの開口部は、多角形状及び／又は中心軸に対する角度に制約されない場合があるが、これは、カップベース部１１８の配向が、アンテナフレーム枠の製造時配向に対して垂直であることによる。

メッシュ１２４の厚みは、壁１１６の厚みということもでき、例えば、約４５ミル、４０ミルと５０ミルとの間、又は２０ミルと６０ミルとの間である。特定の実施形態において、メッシュの厚みは、２０ミル（０．５０８ｍｍ）から１２０ミル（３．０４８ｍｍ）の間である。開口部１２７がダイヤモンド形状及び規則的なパターンを有することにより、薄い外壁を補強して、構造強度を向上させることができる。上記開口部の形状及びパターンはまた、カップ１１３の円形状を維持し、これにより、アンテナ１１０の開口の真円度を維持するように構成することができる。

開口部１２７の寸法は、アンテナの電磁特性に及ぼす影響を無視できる程度に抑えることができるように設定されている。すなわち、開口部１２７は、アンテナ性能に影響を与えないように予測波長に対して十分に小さい寸法に設定される。いくつかの例において、開口部の最大寸法は、ゲインなどのアンテナの特性の変化が、選択された許容可能な閾値を下回るように設定される。

複数の開口部１２７はまた、アンテナコンポーネント１０の構造要件に従って寸法設定、形状設定、離隔、及び／又は配置がなされる。すなわち、開口部１２７は、メッシュ１２４が、十分な構造強度、剛性、又は他の所望の構造特性を有するように構成される。

図示例において、カップ壁１１６は、カバー連結リング１３０によって隔てられたメッシュの上領域１２６とメッシュの下領域１２８とに分かれている。カバー連結リング１３０は、開口部の無い平滑面であって、メッシュ１２４と同じ厚み、又はそれよりも大きい厚みを有する。リングの下縁は、例えば、約４５度の角度で面取りされている。カバー連結リング１３０の平滑面は、接着剤を効果的に接着できるよう構成されている。いくつかの実施例において、リングは、アンテナカバーを容易に連結するよう構成された凹部、溝、又はその他の部分を含みうる。

図５により明確に示すように、アンテナフレーム枠１１２のダイポール構造体１１７は、長ダイポール１３８及び短ダイポール１４０を含み、これらの各々が、バラン管１３６に接続されている。バラン管１３６は、円筒形であり、上端に八角フランジ１４２を有する。バラン管は、中空であり、カップベース部１１８の中央円形状開口と位置揃えされた中央円形キャビティを有する。バラン管１３６は、カップベース部１１８の中央領域１３７から上方に延びるとともに、カップベース部に連結されている。バラン管は、アンテナフレーム枠１１２の中心軸１２０を中心とするか、或いはこれと同軸であるということができる。八角フランジ１４２は、面取り又は隅肉付けがなされ（filleted）ており、当該フランジがバラン管１３６の外面から垂直方向に延出しないように構成されている。図示例においては、八角フランジ１４２とバラン管１３６の外面との連結部分は、約４５度の角度で面取りされている。

長ダイポール１３８は、第１ポール１３８Ａ及び第２ポール１３８Ｂを含み、これらはいずれも、平面状又はシート状であり、バラン管１３６から延びている。短ダイポール１４０は、第１ポール１４０Ａ及び第２ポール１４０Ｂを含み、これらはいずれも、平面状又はシート状であり、バラン管１３６から延びている。第１ポール１３８Ａと第２ポール１３８Ｂとは、平行であり、同一平面内にあり、同一の広がり範囲を持ち、等しい寸法を有する。同様に、第１ポール１４０Ａと第２ポール１４０Ｂとは、平行であり、同一平面内にあり、同一の広がり範囲を持つが、その寸法は異なる。図示例においては、４つのポールはすべて等しい厚みを有する。長ダイポール１３８の各ポールは、短ダイポール１４０の各ポールに対して垂直である。

各ポール１３８Ａ、１３８Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂは、略三角形状であり、方形状の外側突端部を有する。これらのポールの長さは、長ダイポール１３８と短ダイポール１４０の信号間に所望の位相差を実現するように選択することができる。具体的には、これらの長さは、直交位相を実現し、これによりアンテナ１１０の円偏波を実現するように、選択することができる。

各ポール１３８Ａ、１３８Ｂ、１４０Ａ、１４０Ｂはメッシュ１６４を含む。これらのポールのメッシュは、複数の開口部１６６を含む。上述したメッシュ１２４の開口部１２７と同様に、開口部１６６もまた、無線周波数のＬ帯でアンテナ１１０を動作させるために寸法決めされる。

しかしながら、図５に示すように、開口部１６６は、メッシュ１２４の開口部１２７とは異なる寸法及び形状を有する。より具体的には、開口部１６６は、方形状であり、対角線上で約１０分の１インチの長さを有する。開口部１６６は、ダイポール１３８、１４０の構造要件に従って寸法決めされる。ダイポールは、カップ壁１１６よりも小さい構造体であるので、メッシュ１６４は、ポールの構造強度を維持するために、より微細である。すなわち、メッシュ１６４の開口部１６６は、内部ダイポール構造体１１７が十分な構造強度及び剛性を有するように構成される。

バラン管１３６は、アンテナの導電性コアと協働して、スプリットシースバラン（split sheath balun）として機能するとともに、接続された同軸ケーブルからの不平衡信号を、適切なインピーダンスの平衡信号に変換するように構成されている。図８に示すように、２つのスロット１４８が、八角フランジ１４２から下方のカップベース部１１８まで、バラン管１３６を垂直方向に貫通している。スロット１４８の長さは、バラン管１３６の高さよりも短くてもよく、バラン管の上部は、スロットによって分割されていてもよい。スロット１４８の長さは、ダイポール１３８、１４０のリアクタンスに適合するように選択してもよい。スロット長さも、選択された波長に比例又は対応するものとしてもよい。いくつかの実施例においては、スロット１４８は、バラン管１３６の全高に亘って延びていてもよく、バラン管は、各々がカップベース部１１８に接合された２つの別個の構造体によって構成されていてもよい。

八角フランジ１４２は、非接続部１４２Ａ及び接続部１４２Ｂに分割されている。ポール１３８Ａ及び１４０Ａは、非接続部１４２Ａに接合されており、ポール１３８Ｂ及び１４０Ｂは、接続部１４２Ｂに接合されている。導電性コア１１４がアンテナフレーム枠１１２内に設置された状態において、非接続部１４２Ａは、導電性コアに接触しておらず、当該コアは、タブ１５０によって接続部１４２Ｂに固定されている。

コアタブ１５０は、図４に示す八角フランジの接続部１４２Ｂに設けられた凹部１５１内に配置されており、当該凹部は、タブを隙間なく受容できる形状を有する。コアタブの開口は、ファスナを受容するように構成された凹部１５１のねじ穴と整合している。これにより、導電性コアを、ファスナによって、アンテナフレーム枠１１２に機械的に固定することができる。いくつかの実施例において、コアタブを、接合又は他の方法でアンテナフレーム枠１１２に取り付けてもよい。

図６に示すように、導電性コア１１４は、コアタブ１５０から下方に、バラン管１３６に接触することなく当該バラン管の中空内部を通って延びる。導電性コア１１４は、任意の電気的に等価となるよう、且つ効果的な態様で、アンテナフレーム枠１１２にも接続されうる。導電性コアは、アンテナフレーム枠１１２とは別個に製造することができ、また、従来の方法又は付加製造法によって製造することができる。導電性コア１１４は、アンテナフレーム枠１１２と同じ材料で構成してもよいし、同じアルミニウム合金で構成してもよいし、任意の適切な導電性材料で構成してもよい。

図６には、アンテナ１１０が、取付ブラケット１５２及びサンシェード１５４を含めて取り付けられた構成で示されている。サンシェード１５４は、カップ１１３の開口端部上に延びており、アンテナ１１０を太陽放射から保護するように構成されている。サンシェードは、カバー連結リング１３０に接合されている。サンシェード１５４は、断熱性及び／又は反射性の材料によって構成することができ、アンテナ１１０とは別個に製造することができる。

取付ブラケット１５２は、アンテナ１１０が取り付けられる構造体の一部であってもよいし、当該構造体に固定してもよい。例えば、取付ブラケット１５２は、通信衛星の外側ハウジングの一部を形成するものであってもよい。カップベース部１１８は、取付ブラケット１５２への取り付け用に形成されたファスナ穴を含む。本実施例において、カップベース部１１８は、図５により明確に示すように、４個のファスナ穴１５６を含む。ファスナ穴１５６は、取付ブラケット１５２の対応する開口と整合し、図示しないファスナが挿入されるようになっている。アンテナ１１０のカップベース部１１８又は他のコンポーネントは、取付ブラケット１５２及び／又はその他の構造体にアンテナ１１０を取り付けるように構成された任意の部材を含みうる。

図６は、さらに、同軸コネクタ１５８も示しており、当該コネクタは、カップベース部１１８の中央開口を通ってバラン管１３６内に延びている。コネクタは、その第１端部が導電性コア１１４に連結され、第２端部が同軸ケーブルに連結されるように構成されている。コネクタは、任意の効果的なものを使用することができる。本実施例においては、コネクタのピンが、導電性コア１１４の凹部に螺入されている。同軸コネクタ１５８は、カップベース部１１８及びバラン管１３６との連結によっても、支持されている。本実施例において、バラン管１３６及びカップベース部１１８の内面は、ねじ切りされており、コネクタ１５８と螺合している。いくつかの実施例において、コネクタ１５８は、カップベース部１１８に接合してもよいし、他の任意の効果的な方法で固定してもよい。

図７は、アンテナフレーム枠１１２の付加製造ブランク１６０の一例を示している。当該ブランクは、機械加工、ドリル加工、又は他の後処理が施されることにより、図８に示したアンテナフレーム枠１１２となる。ブランクに含まれているアンテナフレーム枠１１２の部材は、プリント部材と称することができ、後処理中に作製される部材は、仕上げ加工部材と称することができる。

図７に示すブランク１６０は、中実の中央コア１６２を示している。ダイポール１３８、１４０及び面取りされた八角フランジ１４２は、プリント部材であるが、バラン管１３６の部材は、仕上げ加工部材である。すなわち、中実コア１６２を機械加工することにより、上述すると共に図８に示したバラン管１３６となる。中実コア１６２は、内部がくりぬかれ、スロット１４８が切られる。カップベース部１１８に隣接するバラン管１３６の底部には、雌ねじが形成されうる。凹部１５１が、八角フランジ１４２に機械加工形成されて、当該凹部内に、ねじ穴がドリル加工により切られる。

カップベース部１１８は、平坦面を有する中実の構造体としてプリントされる。カップベース部１１８の中央開口及びファスナ穴１５６は、カップベース部を貫通してドリル加工される。これらの中央開口及びファスナ穴のいずれか又は両方に、雌ねじを形成してもよい。カップベース部は、例えば、アンテナフレーム枠１１２の所望厚さよりも、約５０ミル厚くプリントされる。この厚み分の材料が、プリント品を、プリンタベース又は支持プレートから機械的に取り外すことを可能にする。ワゴンホイール形状などの凹部のパターンも、カップベース部１１８の底面に機械加工される。このような凹部によれば、剛性及び強度などのカップベース部１１８の構造的特性を維持及び／又は改善しつつ、アンテナフレーム枠１１２の軽量化を図ることができる。

カップ壁１１６のメッシュ１２４、及びダイポール１３８、１４０のメッシュ１６４は、ブランク１６０のプリント部材である。すなわち、ブランク１６０は、開口部１２７、１６６を含む。これらの開口部は、カップ壁やダイポールに機械加工される必要がなく、メッシュ１２４、１６４は、機械加工や他の後処理を行うことなくプリントされたままの状態で維持される。

図４及び５に示すカップ壁１１６のカバー連結リング１３０は、接着に適した滑らかな面となるように機械加工される。プリントされたリングは、機械加工で除去される５０ミルの余剰材料を含みうる。プリントされた状態のカバー連結リングは、メッシュ１２４に対して７０ミル突出していてもよい。機械加工後は、リングがメッシュに対して１０ミル突出した状態となりうる。この突出距離は、機械加工プロセス中にメッシュ１２４を保護するとともに、メッシュの好ましくない変形を防止することに役立つ。また、カバー連結リング１３０を機械加工することによって、滑らかな面となり、上述したようなサンシェードの接合が容易になる。
＜Ｂ．例示的なＳ帯カップダイポールアンテナ＞

図９に示すように、本セクションは、包括的に符号２１０で示す、付加製造カップダイポールアンテナについて説明する。アンテナ２１０は、上述した付加製造アンテナコンポーネント１０の一例である、アンテナフレーム枠２１２を含む。カップダイポールアンテナは、ターンスタイルアンテナ、又はクロスダイポールアンテナと称される場合もある。

アンテナ２１０は、所定の周波数帯域内で無線通信を行うように構成される。すなわち、アンテナは、所定範囲の無線周波数に調整される。本実施例においては、アンテナ２１０は、約５．９〜２．９５インチ（１５〜７．５センチメートル）間の波長を含む、Ｓ帯に調整される。

アンテナフレーム枠２１２は、カップ２１３及び内部ダイポール構造体２１７を含み、当該カップは、外壁２１６及びベース部２１８を含む。外壁２１６は、ベース部２１８の円形領域を囲んでおり、カップ２１３は、アンテナ２１０の円形放射開口を形成しうる。カップは、管状構造体、及び／又は一端が閉じられた中空シリンダということもできる。ベース部２１８は、取付構造体にアンテナ２１０を容易に接続可能な形状を有しうる。

カップ２１３は、例えば、直径が、約４インチ、約４．５インチ、又は３インチと５インチとの間であってもよい。カップは、例えば、高さが、約２インチ、約２．５インチ、又は１インチと３インチとの間であってもよい。カップ２１３の内部高さ（internal height）は、選択された波長に対応しうる。カップ２１３の寸法も、アンテナ２１０の所望の機能特性に応じて決定することができる。

アンテナフレーム枠２１２は、中心軸２２０を有しており、この軸上にカップ壁２１６、及びベース部２１８の外周部分に囲まれた円形部分が、中心揃えされている。中心軸２２０は、アンテナフレーム枠２１２の製造時配向を示していると説明することができる。アンテナフレーム枠を製造する際には、例えば、中心軸２２０が、製造装置の垂直軸又はｚ軸に平行になる。したがって、アンテナフレーム枠２１２は、中心軸２２０に垂直な複数の平坦層を含みうる。

カップ壁２１６は、その全体が、複数の開口部２２７を含むメッシュ２２４で形成される。当該メッシュはまた、格子状構造体、フレーム枠、及び／又は壁２１６における複数の開口ということもできる。開口部２２７は、ダイヤモンド形状、及び半ダイヤモンド形状又は三角形状を有する。メッシュ２２４は、上述したメッシュ１４の一例である。開口部２２７は、壁２１６の周囲に一定間隔で配置され、開口部の各辺が、中心軸２２０に対して約４５度以下の角度をなすように配向されている。開口部２２７はまた、複数の交差する線形構造体に画成されるものとして説明することもでき、各線形構造体は、中心軸２２０に対して約４５度以下の角度をなしている。

メッシュ２２４の厚みは、壁２１６の厚みということもでき、例えば、約４５ミル、４０ミルと５０ミルとの間、又は２０ミルと６０ミルとの間である。開口部２２７がダイヤモンド形状及び規則的なパターンを有することにより、薄い外壁を補強して、構造強度を向上させることができる。上記開口部の形状及びパターンはまた、カップ２１３の円形状を維持し、これにより、アンテナ２１０の開口の真円度を維持するように構成することができる。

開口部２２７の寸法は、アンテナの電気力学特性に及ぼす影響を無視できる程度に抑えることができるように設定されている。すなわち、開口部２２７は、アンテナ性能に影響を与えないように予測波長に対して十分に小さい寸法に設定される。いくつかの例において、開口部の最大寸法は、ゲインなどのアンテナの特性の変化が、選択された許容可能な閾値を下回るように設定される。

複数の開口部２２７はまた、アンテナコンポーネント２１０の構造要件に従って寸法設定、形状設定、離隔、及び／又は配置がなされる。すなわち、開口部２２７は、メッシュ２２４が、十分な構造強度、剛性、又は他の所望の構造特性を有するように構成される。

ダイポール構造体２１７は、円筒支持体２３８から延びる４つのポール２３６を含む。この円筒支持体は、アンテナに給電線を機能接続するための、図示されていない接続部材を含みうる。各ポール２３６は、中心軸２２０から遠ざかる方向に延びる三角形状の突出部２４０を有する個別の垂直支持体を含む。各突出部２４０の下面、すなわちオーバーハング面は、中心軸２２０に対して約４５度以下の角度をなす。したがって、ダイポール構造体２１７は、二次的な支持体を使用せずにプリントすることができる。

４つのポール２３６は、２つのポール対を含み、各ポール対は、互いに逆向きの平行方向に延びる突出部２４０を有し、各対の突出部は、他の対のそれに対して垂直に伸びている。各ポール対は、ダイポールとして機能するように構成され、これによって、ダイポール構造体２１７がクロスダイポールアンテナ、又はターンスタイルアンテナとして機能する。

三角形状の突出部２４０の各々は、三角形状の開口部２４２を含む。突出部２４０と同様に、開口部２４２は、開口部のいずれの辺も、中心軸２２０に対して約４５度を超える角度を形成しないように配向されている。複数の開口部２４２は、まとめて、メッシュとして説明することができる。開口部２４２は、ポール２３６の電気力学的特性に大きな影響を与えることなく、ダイポール構造体２１７の材料の量及び／又は重量を低減することができる。

本実施例において、開口部２４２は、アンテナ２１０の信号経路、又は無線周波数経路から外れて配置されている。したがって、開口部の寸法及び形状は、ポール２３６の構造特性による制約を受けるが、予測される無線信号の波長による制約は受けない。例えばアンテナ１１０などのいくつかの実施例においては、ダイポール構造体の開口は、信号経路上に配置されるため、予測波長に従って寸法が制限される。

アンテナ２１０のアンテナフレーム枠２１２は、一体構造である。すなわち、アンテナフレーム枠は、単一部材として付加製造され、アンテナ２１０に必要な全体の組み付け工程数が削減されている。単一部材のアンテナフレーム枠２１２によって、さらに、アンテナ２１０の信頼性を高めたり、アンテナの不良状態を抑制したりすることができる。

アンテナフレーム枠は、二次的な支持体無しで製造される。すなわち、アンテナの製造後に支持構造体を取り除く必要が無い。特に、メッシュ２２４も包含するアンテナのオーバーハング部材は、自立できるように傾斜した角度で設計されている。アンテナフレーム枠２１２の図示例は、ファスナ穴などの細かい部分を機械加工するという限られた後処理を必要とするだけである。アンテナは、製造工程によって生じる表面粗さを十分に抑制して、全体的な表面仕上げが不要となるように構成することができる。

アンテナフレーム枠２１２は、直接金属レーザ焼結法（ＤＭＬＳ）によって製造されるように構成することができる。本実施例において、アンテナは、焼結アルミニウム合金、具体的にはＡｌＳｉ１０ＭｇタイプＩＩを含む。このような合金は、軽量であるとともに、良好な強度、硬度、及び高い負荷耐性をもたらすことができる。これと同様に適切な特性を有する任意の金属又は合金を、任意の効果的な付加製造プロセスにおいて、用いることができる。
＜Ｃ．例示的な付加製造方法＞

本セクションは、ワークピースの例示的な付加製造方法の工程を説明する。図１０を参照されたい。以下に説明する方法の工程では、図１１に示した例示的な付加製造装置の態様を用いることができる。必要な場合には、各工程を行う際に使用可能なコンポーネント及びシステムについて言及する。ただし、このような言及は、例示のためのものであり、当該方法の特定の工程を実行可能な方法を限定することを意図したものではない。

図１０は、例示的な方法で行われる工程を例示したフローチャートであり、方法の完全なプロセス又は全ての工程を必ずしも示すものではない。方法３００の様々な工程を以下に説明し、また、図１０に示しているが、これらの工程の必ずしも全てを行う必要はなく、また、場合によっては、これらの工程を同時に行ったり、ここに示した順序とは異なる順序で行ったりしてもよい。

工程３１０において、順序付けされた複数の層を示すデジタル情報が受信される。デジタル情報は、例えば、図１１に示す付加製造装置４１０のコンピュータ制御装置４１２によって受信される。付加製造装置は、プリンタ又はファブリケータ（fabricator）と称される場合もある。コンピュータ制御装置４１２は、デジタルデザイン情報を受信するとともにプリンタ４１０の機能を制御するように構成された任意のデータ処理システムを含みうる。図１１に示した例示的なコンピュータ制御装置は、プリンタ機能を制御するためのプロセッサ４１４、及び受信データを保存するためのメモリ４１６を含む。

受信情報は、例えば、三次元オブジェクトの層を構成する複数の二次元パターンに関する幾何学的データ、及び／又は設計の詳細を含み、三次元オブジェクトは、製造されるワークピース４２８である。例えば、ワークピース４２８は、上述したカップダイポールアンテナである。層は、断面又はスライスと称される場合もある。複数の層は、番号付け又は整理がなされて、第１層から最終層まで、順序付けられる。

方法３００の工程３１２は、プリンタ４１０の造形環境４２０内に位置する造形プラットフォーム４１８上に原材料を堆積させることを含む。造形プラットフォームは、製造軸４２２に沿って、コンピュータ制御装置４１２によって移動可能な支持台を含みうる。造形プラットフォームは、製造軸４２２に垂直な平坦面を有しうる。

原材料は、付加製造に適した任意の材料であってよく、典型的には液体又は粉末であり、限定するものではないが、フォトポリマー樹脂、熱可塑性樹脂、プラスター、セラミック、及び金属を含みうる。前述したアンテナの場合、原材料は、例えばアルミニウム合金粉末である。当該材料は、ホッパー、タンク、又は粉末床などの原材料源４２４から供給することができる。例えば、コンピュータ制御装置４１２によって駆動されるブラシアームによって、アルミニウム合金粉末を、粉末床から造形プラットフォーム４１８上に供給することができる。

原材料は、造形プラットフォーム４１８上に均等に広げてもよいし、選択されたパターンに堆積させてもよい。堆積は、コンピュータ制御装置４１２による制御下で行うことができる。いくつかの実施例において、造形プラットフォーム４１８は、原材料内に沈められており、材料の堆積は、重力又は流体圧によって実現される。いくつかの実施例においては、原材料源４２４に接続されたプリントヘッド４２６によって、順序付けされた複数層のうちの第１層に対応するパターンに原材料を堆積させる。

工程３１４において、原材料を変化させて第１層を作製する。すなわち、順序付けされた複数層のうちの第１層を示す設計情報に従って、且つ、コンピュータ制御装置４１２によって指示されたように、堆積材料に物理的変化が引き起こされ、造形プラットフォーム上に物理的オブジェクトとしての第１層が形成される。

材料は、コンピュータ制御装置４１２による制御下で、プリンタ４１０のプリントヘッド４２６による作用を受けることができる。例えば、プリントヘッドは、露光によってフォトポリマーを硬化させるレーザを含みうる。上述したアンテナの場合、プリントヘッド４２６は、熱に曝露することによって金属合金粉末を焼結させるレーザを含みうる。プリントヘッドは、コンピュータ制御装置４１２によって誘導されて、第１層用の受信デジタル情報に記述された経路、及び／又は、受信デジタル情報に基づいてプロセッサ４１４が計算した経路をたどることができる。

工程３１６は、造形プラットフォームを位置変更することを含む。いくつかの実施例において、造形プラットフォーム４１８は、プリントヘッド４２６から所定距離離れた位置で開始しうる。当該所定距離は、プリントヘッドによって実行される処理に応じて決定することができる。１つの層を作製した後、コンピュータ制御装置４１２によって、製造軸４２２に沿ってその層の厚み分だけプリントヘッド４２６から離れるように、造形プラットフォームを位置変更することができる。すなわち、作製された層の上面がプリントヘッド４２６から所定距離に位置するように、造形プラットフォームを移動させることができる。

いくつかの実施例において、造形プラットフォーム４１８は、原材料分配コンポーネントなどのプリンタ４１０の他の要素と整合した位置で、開始してもよい。１つの層を作製した後、作製された層の上面がプリンタ４１０の当該他の要素と整合するように、コンピュータ制御装置４１２によって、製造軸４２２に沿って造形プラットフォームを位置変更することができる。いくつかの実施例において、工程３１６において、造形プラットフォーム４１８に代えて又は加えて、プリントヘッド４２６を位置変更してもよい。いくつかの実施例において、工程３１６をとばしてもよい。

工程３１８において、方法３００における、前の工程で作製された層上に、原材料が堆積される。工程３１２について述べたように、原材料は、任意の適切な材料であってよく、任意の適切な方法で堆積させることができる。工程３２０において、工程３１４について前述したように、原材料を変更して次の層を作製する。

最終層が作製されるまで、工程３１６から３２０を繰り返すことにより、受信デジタル情報の複数層における各層が作製される。結果として、作製された第１層から最終層が、受信デジタル情報に示されたとおりのワークピース４２８を形成する。ワークピースは、プリンタから外されて、所望の後処理が施される。例えば、上述したアンテナが、機械加工されるか、造形プラットフォームの造形プレートからワイヤカットされた（wire cut from a build plate）後、アンテナの細部又は滑らかな表面が、さらに機械加工又はその他の方法で仕上げられる。
＜Ｄ．例示的な方法＞

本セクションは、アンテナの例示的な製造方法の工程を説明する。図１２を参照されたい。以下に説明する方法の工程では、前述したアンテナコンポーネント、付加製造方法、又は付加製造装置の態様を用いることができる。必要な場合には、各工程を行う際に使用することができるコンポーネント及びシステムについて言及する。ただし、このような言及は、例示のためのものであり、当該方法の特定の工程を実行可能な方法を限定することを意図したものではない。

図１２は、例示的な方法で行われる工程を例示したフローチャートであり、方法の完全なプロセス又は全ての工程を必ずしも示すものではない。方法５００の様々な工程を以下に説明し、また、図１２に示しているが、これらの工程の必ずしも全てを行う必要はなく、また、場合によっては、これらの工程を同時に行ったり、ここに示した順序とは異なる順序で行ったりしてもよい。

上記方法は、工程５１０において、カップ構造体をプリントすることを含む。このプリントは、限定するものではないが、上述した例示的な方法３００を含む任意の適切な方法による付加製造を含みうる。工程５１０のサブ工程５１２は、ベース又はリフレクタとも説明することができる、カップ構造体のフロア部分をプリントすることを含む。フロア部分は、円形であってもよいし、完成したアンテナの取り付け用に構成されてもよい。プリント処理の造形軸又は配向は、フロア部分の平面範囲に垂直であってもよい。いくつかの実施例において、フロア部分は、付加製造装置の造形プレート又は支持プラットフォームに直接プリントされる。

工程５１０のサブ工程５１４は、カップ構造体の周壁をプリントすることを含む。この壁は、フロア部分から上方に延びて、フロア部分の領域を囲んでいてもよい。また、この壁は、フロア部分の周縁に沿って設けられていてもよいし、フロア部分は、当該壁を越えて延びていてもよい。また、この壁は、フロア部分に垂直な軸を中心とした円形状又は円筒形状であってもよい。プリント処理の造形軸又は配向は、壁の中心軸と平行であってもよく、壁は、フロア部分との一体構造体としてプリントされてもよい。

工程５１０の任意のサブ工程５１６は、メッシュをプリントすることを含む。メッシュは、カップ構造体の周壁の一部又は全てを構成しうる。いくつかの例において、メッシュはまた、フロア部分の一部又は全てを構成しうる。メッシュは、複数の開口部ということもできるし、複数の開口部を有する壁構造体ということもできる。メッシュの開口部は、規則的な繰り返しパターンで配置することができる。開口部は、ダイヤモンド形状及び／又は三角形状であってもよく、開口のいずれの辺も、プリント処理の造形軸に対して約４５度又は５０度を超える角度を形成しないように配向される。

メッシュの開口部は、予測される無線周波数の範囲に応じた寸法に設定することができる。すなわち、開口部は、予測される無線周波数による送信又は受信の最短波長の選択部分よりも小さくてもよい。開口部は、アンテナの送受信に大きな影響を与えない程度に小さくてもよい。

方法５００の工程５１８は、ダイポール構造体をプリントすることを含む。ダイポール構造体は、例えば、周壁の中心軸に近接したフロア部分の領域、及び／又はフロア部分の中央領域から延びている。ダイポール構造体は、ボウタイアンテナ（bow-tie antenna）、クロスダイポール、又はヘイローアンテナ（halo antenna）などのダイポールアンテナとして機能するように構成されてもよい。ダイポール構造体は、任意の効果的な形状又は構成を有する１つ以上のダイポールを含んでもよく、また、バランなどの給電構造体を含みうる。

工程５２０の任意のサブ工程５２０は、メッシュをプリントすることを含む。メッシュは、ダイポール構造体の一部又は全てを構成しうる。例えば、メッシュは、ダイポール構造体の各ポールの一部を構成しうる。メッシュは、複数の開口部ということもできるし、複数の開口部を有する平らな構造体ということもできる。メッシュの開口部は、規則的な繰り返しパターンで配置することができる。いくつかの例において、メッシュは、ダイポール構造体の各ポールにおける単一の開口部を構成しうる。

開口部は、ダイヤモンド形状及び／又は三角形状であってもよく、開口のいずれの辺も、プリント処理の造形軸に対して約４５度又は５０度を超える角度を形成しないように配向することができる。メッシュの開口部は、予測される無線周波数の範囲に応じた寸法に設定することができる。すなわち、開口部は、予測される無線周波数による送信又は受信の最短波長の選択部分よりも小さくてもよい。開口部は、アンテナの送受信に大きな影響を与えない程度に小さくてもよい。

方法５００は、任意のサブ工程５１６、又は任意のサブ工程５２０のいずれか、又は両方を含みうるが、少なくとも１つのメッシュを印刷することを含みうる。いくつかの実施例においては、方法は、プリントされたカップ構造体、及び／又はダイポール構造体の後処理を行うことをさらに含みうる。
＜例示的な組み合わせ及び追加的な実施例＞

このセクションでは、アンテナ装置及びコンポーネントの追加的な態様及び特徴を、限定を意図することなく、一連の付記として提示する。これらの付記の一部又は全てには、明確化及び効率化のために、英数字を付している。これらの付記の各々は、１つ以上の他の付記、及び／又は本出願の開示の任意の部分と、任意の適切なやり方で組み合わせることができる。以下の付記のいくつかは、他の付記に明示的に言及してさらなる限定を加えているが、これは適切な組み合わせのいくつかの例を提示しているにすぎず、限定するものではない。

Ａ０．フロア部分、及び当該フロア部分に接続された周壁部分を有するキャビティ構造体と、前記キャビティ構造体内の前記フロア部分の中央領域から上方に延びるダイポール構造体と、を含み、前記壁部分、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、アンテナ性能に影響を与えないように、予測される無線周波数の波長に対して十分に小さい開口部を有する、アンテナ装置。

Ａ１．前記キャビティ構造体、及び前記ダイポール構造体は、付加製造により作製される、Ａ０に記載のアンテナ装置。

Ａ２．前記壁部分は円形状である、付記Ａ０又はＡ１に記載のアンテナ装置。

Ａ３．前記開口部は、ダイヤモンド形状を有する、付記Ａ０〜Ａ２のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ４．前記壁部分、又は前記ダイポール構造体は、メッシュを含む、Ａ０〜Ａ３のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ５．前記メッシュは、ダイヤモンド形状開口を有する、付記Ａ４に記載のアンテナ装置。

Ａ６．実質的に前記壁部分の全体が、プリントされたメッシュで形成されている、付記Ａ０〜Ａ５のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ７．前記ダイポール構造体は、三角形状開口を有する、Ａ０〜Ａ６のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ８．前記開口部は、予測波長の１０パーセント未満の最大寸法を有する、Ａ０〜Ａ７のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ９．前記キャビティ構造体は、レーザ焼結金属合金で構成されている、Ａ０〜Ａ８のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ１０．前記アンテナ装置は、無線周波数のＬ帯で動作するように構成されており、前記開口部は、約半インチ（１．２７センチメートル（ｃｍ））の最大寸法を有する、Ａ０〜Ａ９のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ１１．前記アンテナ装置は、無線周波数のＬ帯で動作するように構成されており、前記開口部は、約４分の１インチ（６．３５ミリメートル（ｍｍ））の最大寸法を有する、Ａ０〜Ａ９のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ１２．前記アンテナ装置は、無線周波数のＳ帯で動作するように構成されており、前記開口部は、約４分の１インチ（６．３５ｍｍ）の最大寸法を有する、Ａ０〜Ａ９のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ１３．前記アンテナ装置は、無線周波数のＳ帯で動作するように構成されており、前記開口部は、約８分の１インチ（３．１７５ｍｍ）未満の最大寸法を有する、Ａ０〜Ａ９のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ａ１４．前記メッシュは、２０ミル（０．５０８ｍｍ）から１２０ミル（３．０４８ｍｍ）の間の厚みを有する、Ａ４〜Ａ１３のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ０．フロア部分、及び当該フロア部分に接続された周壁部分を有する付加製造カップ構造体と、前記フロア部分から上方に延びる付加製造ダイポール構造体と、を含み、前記壁部分、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、付加製造メッシュを含む、アンテナ装置。

Ｂ１．前記メッシュは開口部を含み、当該開口部の各々は、予測波長の１０パーセント未満の最大寸法を有する、Ｂ０に記載のアンテナ装置。

Ｂ２．前記カップ構造体は、レーザ焼結金属合金で構成されている、Ｂ０又はＢ１に記載のアンテナ装置。

Ｂ３．前記メッシュは、ダイヤモンド形状開口のアレイを含む、付記Ｂ０〜Ｂ２のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ４．前記メッシュは、２０ミル（０．５０８ｍｍ）から１２０ミル（３．０４８ｍｍ）の間の厚みを有する、Ｂ０〜Ｂ３のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ５．前記メッシュは、ダイヤモンド形状開口を有する、付記Ｂ０〜Ｂ４のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ６．前記メッシュは開口部を含み、当該開口部の各々の最大寸法は、アンテナ性能に影響を与えないように、予測された無線周波数の波長に対して十分に小さく設定されている、Ｂ０〜Ｂ５のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ７．前記最大寸法は、約８分の１インチ（３．１７５ｍｍ）と半インチ（１．２７ｃｍ）との間である、Ｂ６に記載のアンテナ装置。

Ｂ８．前記アンテナは、無線周波数のＬ帯で動作するように構成されている、Ｂ０〜Ｂ７のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｂ９．前記アンテナは、無線周波数のＳ帯で動作するように構成されている、Ｂ０〜Ｂ８のいずれかに記載のアンテナ装置。

Ｃ０．キャビティアンテナを製造するための方法であって、フロア部分、及び周壁部分を有するキャビティ構造体をプリントすることと、当該キャビティ構造体内にダイポール構造体をプリントすることと、を含み、前記キャビティ構造体、及び前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方はメッシュを含む、方法。

Ｃ１．前記メッシュは、無線周波数での送信又は受信に大きな影響を与えない程度に小さい開口部を有する、Ｃ０に記載の方法。

Ｃ２．実質的に前記周壁部分の全体が、メッシュで形成されている、Ｃ０又はＣ１に記載の方法。

Ｃ３．前記メッシュは、ダイヤモンド形状開口を有する、Ｃ０〜Ｃ２のいずれかに記載の方法。

Ｃ４．前記周壁部分、及び前記ダイポール構造体の各々はメッシュを含む、Ｃ０〜Ｃ３のいずれかに記載の方法。

Ｃ５．プリントを実行することは、無線周波数での送信又は受信に大きな影響を与えない程度に小さい開口部を有するように前記メッシュをプリントすることを含む、Ｃ０に記載の方法。

Ｃ６．前記キャビティ構造体をプリントすることは、実質的に前記周壁部分の全体が前記メッシュを含むようにプリントを実行することを含む、Ｃ０又はＣ５に記載の方法。

Ｃ７．前記周壁部分をプリントすることは、ダイヤモンド形状開口を有するように前記メッシュをプリントすることを含む、Ｃ０、Ｃ５、又はＣ６のいずれか１つに記載の方法。

Ｃ８．プリントを実行することは、前記メッシュを含むように前記周壁部分及び前記ダイポール構造体の各々をプリントすることを含む、Ｃ０又はＣ５〜Ｃ７のいずれか１つに記載の方法。

Ｃ９．前記キャビティ構造体をプリントすることは、前記キャビティ構造体の前記フロア部分をプリントすることと、前記キャビティ構造体の前記周壁をプリントし、その際、当該周壁が前記フロア部分から上方に延びて前記フロア部分の領域を囲むようにプリントを実行することと、を含む、Ｃ０〜Ｃ８のいずれかに記載の方法。

Ｃ１０．前記キャビティ構造体をプリントすることは、前記周壁及び／又は前記フロア部分の少なくとも一部を構成するようにメッシュをプリントすることを含む、Ｃ０〜Ｃ９のいずれかに記載の方法。

Ｃ１１．前記メッシュをプリントすることは、開口を含むようにメッシュをプリントすることを含み、前記開口は、ダイヤモンド形状又は三角形状であり、且つ、当該開口のいずれの辺も、前記プリントの造形軸に対して約４５度又は５０度を超える角度を形成しないように配向される、Ｃ１０に記載の方法。

Ｃ１２．前記ダイポール構造体をプリントすることは、前記ダイポール構造体の一部又は全てを構成するように、好ましくは、前記ダイポール構造体の各ポールの一部又は全てを構成するようにメッシュをプリントすることを含む、Ｃ０〜Ｃ１１のいずれか１つに記載の方法。

Ｃ１３．前記ダイポール構造体をプリントすることは、当該ダイポール構造体の各ポールが単一の開口部を構成するようにメッシュをプリントすることを含む、Ｃ０〜Ｃ１２のいずれか１つに記載の方法。

Ｄ０．レーザ焼結金属合金で形成されるとともに、無線周波数信号が得られるように構成された中空の本体部を含み、前記本体部は、メッシュを含み、当該メッシュは、二次的なプリント支持体の必要性を排除するように構成されるとともに、無線周波数での送信又は受信に影響を与えない程度に小さい開口を含む、アンテナコンポーネント。

Ｄ１．前記本体部は、コマンドホーンアンテナの一部を形成する、Ｄ０に記載のアンテナコンポーネント。

Ｄ２．前記本体部は、キャビティアンテナの一部を形成する、Ｄ０に記載のアンテナコンポーネント。

Ｄ３．前記本体部は、カップダイポールアンテナの一部を形成する、Ｄ２に記載のアンテナコンポーネント。
＜効果、特徴、及び利点＞

本明細書に記載した付加製造アンテナコンポーネントの様々な実施例は、アンテナ設計の既知の方策と比較して利点を有する。例えば、本明細書に記載の例示的な実施例は、手作業による組み付けが減少したアンテナの製造を可能にする。

また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例によれば、重量、材料要件、及びプリント時間を減らすことができる。

また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例によれば、正確な円形状の開口を付加製造することが可能である。

また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例によれば、幾何学的に高精度のアンテナを繰り返し付加製造することができる。

また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例によれば、音響効果の影響を受けにくくすることができる。

また、特に、本明細書に記載の例示的な実施例によれば、動作信頼性を改善することができる。

既知のシステム及び装置には、特に付加製造プロセスにおいて二次的な支持体を必要とせずに、上述した機能を実現できるものは無い。なお、本明細書に記載した全ての実施例が、同じ利点又は同程度の利点をもたらすとは限らない。
＜結語＞

上述の開示は、独自の有用性を有する複数の個別の実施例を包含しうる。これらの各々を、その好ましい形態で開示しているが、多くの変形例が可能であり、したがって、本明細書に開示及び図示した特定の実施形態を、限定的な意味で考慮すべきではない。本開示においてセクションごとの見出しが用いられている場合、そのような見出しは、単に体系化のみを目的としたものである。本開示の要旨は、本明細書に開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、全ての新規且つ非自明の組み合わせ及びサブコンビネーションを含む。以下の特許請求の範囲は、新規且つ非自明とみなされる、いくつかの組み合わせ及びサブコンビネーションを特に示している。特徴、機能、要素、及び／又は特性の、その他の組み合わせ及びサブコンビネーションは、本願又は関連出願に基づく優先権を主張する出願の特許請求の範囲に記載されうる。そのような特許請求の範囲は、元の特許請求の範囲よりも広いもの、狭いもの、均等のもの、又は異なるもの、のいずれであろうとも、本開示の構成要件に含まれるものとみなされる。

Claims (13)

1. フロア部分、及び当該フロア部分に接続された周壁部分を有するキャビティ構造体と、
   前記キャビティ構造体内の前記フロア部分の中央領域から上方に延びるダイポール構造体と、を含み、前記壁部分、又は前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、アンテナ性能に影響を与えないように、予測される無線周波数の波長に対して十分に小さい開口部を有する、アンテナ装置。
2. 前記キャビティ構造体、及び前記ダイポール構造体は、付加製造により作製される、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記壁部分、又は前記ダイポール構造体は、メッシュを含み、前記壁部分の全体が、プリントされたメッシュで形成されている、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. フロア部分、及び当該フロア部分に接続された周壁部分を有する付加製造キャビティ構造体と、
   前記フロア部分から上方に延びる付加製造ダイポール構造体と、を含み、前記壁部分、又は前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方は、付加製造メッシュを含む、アンテナ装置。
5. 前記壁部分は円形状である、請求項１〜４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
6. 前記メッシュは、ダイヤモンド形状開口を有する、請求項３〜５のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
7. 前記ダイポール構造体は、三角形状開口を有する、請求項１〜６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
8. 前記キャビティ構造体は、レーザ焼結金属合金で構成されている、請求項１〜７のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
9. 前記メッシュは、０．５０８ミリメートル（ｍｍ）（２０ミル）から３．０４８ｍｍ（１２０ミル）の間の厚みを有する、請求項３〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. キャビティアンテナを製造するための方法であって、
    フロア部分、及び周壁部分を有するキャビティ構造体をプリントすることと、
    当該キャビティ構造体内にダイポール構造体をプリントすることと、を含み、前記キャビティ構造体、又は前記ダイポール構造体のうちの少なくとも一方はメッシュを含む、方法。
11. 前記キャビティ構造体をプリントすることは、
    前記キャビティ構造体の前記フロア部分をプリントすることと、
    前記キャビティ構造体の前記周壁をプリントし、その際、当該周壁が前記フロア部分から上方に延びて前記フロア部分の領域を囲むようにプリントを実行することと、を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記キャビティ構造体をプリントすることは、前記周壁及び／又は前記フロア部分の少なくとも一部を構成するようにメッシュをプリントすることを含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
13. 前記ダイポール構造体をプリントすることは、前記ダイポール構造体の一部又は全てを構成するようにメッシュをプリントすることを含む、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の方法。

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