JP7049118B2 - 球面収差の低減を通して実現される球面誘電体レンズのサイドローブの抑制 - Google Patents

球面収差の低減を通して実現される球面誘電体レンズのサイドローブの抑制 Download PDF

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Description

本開示は、高周波（ＲＦ）アンテナの設計に関し、より具体的には、高周波（ＲＦ）アンテナ内の球面レンズによって生じる球面収差の低減を通して実現される球面誘電体レンズのサイドローブの抑制に関する。
以下「ＲＦ」と称する高周波（ＲＦ）アンテナは例えば非限定的に、レーダ（ＲＡＤＡＲ）、通信、及び他の用途等に多様に使用される。ＲＦアンテナには、多数の異なる種類がある。アンテナの一種には、球面レンズの方へＲＦエネルギーを向けるＲＦジェネレータを含み、球面レンズはＲＦエネルギーがＲＦアンテナから出る前に特定の方法で焦点を合わせる。
遠方界アンテナパターンのサイドローブは、球面レンズを有するＲＦアンテナを含む、実質的に全ての指向性ＲＦアンテナに固有の好ましくない特徴である。サイドローブは、好ましい方向から離れる方へ向かうＲＦエネルギーの一部である。これらのサイドローブは、ＲＦアンテナの指向性放射パターンの生成から生じ、アンテナ利得が増加するにしたがってますます問題になっている。これらのサイドローブ内の放射エネルギーは無駄なエネルギーである。過去において、アンテナのサイドローブエネルギーの低減を達成することは、困難で費用のかかることであった。
実施例は、アンテナのマルチパス（レイリーフェージング効果）を軽減する方法を提供するものである。本方法は、構造の上部にアンテナを連結することを含み、構造は高周波（ＲＦ）放射線吸収層によって覆われ、構造は、構造の全ての反射面が着信ＲＦ信号に対して直角になるような形状を有する。本方法はまた、着信ＲＦ信号を構造の方へ方向付けすることも含み、好ましくない直接又は反射ＲＦ信号は、ＲＦ放射線吸収層によって吸収されるか、あるいはＲＦ信号の供給源へ戻るように偏向され、これにより、好ましくないＲＦ信号と、アンテナを目指す好ましいＲＦ信号との干渉が回避される。
実施例は、球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナも提供する。ＲＦアンテナは、球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナも提供する。ＲＦアンテナは、ＲＦ源とＲＦアンテナからの出口点との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギーを伝達させるように構成されたＲＦ源を含む。ＲＦアンテナはまた、光路内のＲＦ源の後にプラグも含み、プラグは、ＲＦエネルギーに対する光学活性材料を含み、異なる誘電率を有する異なる材料の３つの区分を有する。ＲＦアンテナはまた、光路内のプラグの後に球面レンズも含む。
実施例はまた、球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナも提供する。ＲＦアンテナは、ＲＦ源とＲＦアンテナからの出口点との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギーを伝達させるように構成されたＲＦ源を含む。ＲＦアンテナはまた、光路内のＲＦ源の後にプラグも含み、プラグは、ＲＦエネルギーに対する光学活性材料を含み、異なる誘電率を有する異なる材料の３つの区分を有する。ＲＦアンテナはまた、光路内のプラグの後に球面レンズも含む。
これらの特徴及び機能は、本開示の様々な例において個別に実現可能であるか、又は、後述の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解されうる、更に別の例において組み合わされうる。
実施例の特性と考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかし、実施例及び好ましい使用モードと、それらの更なる目的及び特徴は、添付図面と併せて後述の本開示の実施例の詳細説明を参照することにより、最もよく理解されよう。
一実施例に係る、ＲＦアンテナの動作パターンのパラメータを示す図である。 一実施例に係る、サイドローブを狭めるように構成されたＲＦアンテナの構成要素を示す図である。 一実施例に係る、サイドローブと、以下に更に記載されるプラグの効果を狭めるように構成されたＲＦアンテナの構成要素を示す別の図である。 一実施例に係る、界面で反射した入射ＲＦ波からのエネルギーを示す図である。 一実施例に係る、屈折率の大きい材料に進入しているＲＦ波と、屈折率の小さい材料に進入しているＲＦ波とを示す図である。 一実施例に係る、ある材料にぶつかったＲＦ波の全内面反射を示す図である。 一実施例に係る、マイクロストリップ線路の領域内の電場分布を示す図である。 一実施例に係る、２つの異なる材料の円柱形プラグを示す図である。 一実施例に係る、２つの異なる材料及び形状の円柱形プラグを示す図である。 一実施例に係る、図９に示すプラグの断面を示す図である。 一実施例に係る、更に別のプラグに対するＲＦ光線を示す図である。 一実施例に係る、図１１に示すプラグに対する別のＲＦ光線を示す図である。 一実施例に係る、図１１に示すプラグに対する更に別のＲＦ光線を示す図である。 一実施例に係る、上述したプラグを使用しないＲＦアンテナからのＲＦエネルギーを示す図である。 一実施例に係る、上述したプラグを使用したＲＦアンテナからのＲＦエネルギーを示す図である。 一実施例に係る、ＲＦアンテナから放射されているＲＦエネルギーの利得対角度を示すグラフである。 一実施例に係る、アンテナのマルチパス（レイリーフェージング効果）を軽減する方法を示すフロー図である。 一実施例に係る、ＲＦアンテナを示すブロック図である。 一実施例に係る、別のＲＦアンテナのブロック図である。
実施例では、ＲＦアンテナのサイドローブに放射されたエネルギーは通常、無駄なエネルギーとして見なされ、通常好ましくないものと見なされることが認識され、考慮される。実施例では、球面誘電体レンズアンテナのサイドローブを低減させる方法が認識され、考慮される。実施例では、幾何学的形状のプラグ又は多材質プラグ、又はこの両方の屈折特性を使用して、球面レンズによって生じた球面収差を低減させることができ、これによりサイドローブが低減することが認識され、考慮される。実施例では、エネルギーを球面レンズの中心の方へ屈折させることによって、球面誘電体レンズのエッジ近辺のエネルギー量を低減させる。この効果により、ＲＦエネルギーのサイドローブの原因となりうる球面収差を起こすエネルギーが減少する。
実施例では、サイドローブを低減させるための現在の解決策は好ましくない場合があることが認識され、考慮される。例えば、ある現在の解決策では、導波管の一部の断面積を拡大して、表層流の分布を変化させる。しかしながら、この技法を使用する不利点は、導波管開口部の断面積を拡大するために物理的空間がもっと必要になるということである。設計要件により、導波管アレイにおけるこのオプションはすぐに除外することができる。別の実施例では、導波管の出口ポートに複雑な幾何学パターンを作製することができる。しかしながら、上記のような幾何学的変化を実行することにより、設計及び製造プロセス全体の複雑性が上がるため、ＲＦアンテナのコストが上がり、信頼性が低下する。更に別の実施例では、複雑な多材質レンズを使用して、エミッタの焦点をレンズにより近づけることができる。しかしながら、この方法によりアンテナの開口面効率が落ちる。実施例により、ほとんどのＲＦアンテナにおける、いや特に球面レンズを使用するＲＦアンテナにおけるＲＦのサイドローブの低減に対するこれらの問題及び他の問題が解決される。
図１に、一実施例による図示したＲＦアンテナの動作パターンのパラメータを示す。したがって、図１は、ＲＦ源１０２から放射されている高周波（ＲＦ）エネルギーのパターン１００を示す。ＲＦエネルギーは、もっと正確に言えば、おおよそ３００ＧＨｚ（ギガヘルツ）から３ｋＨｚ（キロヘルツ）の範囲内の波長を有する多数の光子（光）である。光子は、波動とパケットの両方の特性を有し、電場及び磁場が変化する波動のパケットと見なされうる。
ＲＦ源を、１つの電荷又は複数の電荷をほとんどすべての瞬間に加速するような単純な調和運動で振動させることによって、電磁波を放射するようにさせることができる。この運動は、マクスウェル方程式を使用して波動として表すことができる、時間によって変化する電磁場を生じさせる。電磁エネルギーの流れは、単位面積当たりの電力における電場及び磁場を使用することによって表すことができる。この概念は、エネルギー流量の大きさ及び方向の両方を表すポインティングベクトルと呼ばれる。ＲＦ源を囲む全ての角度に対して生成され、ＲＦ源それぞれの面積全体に集積したポインティングベクトルを使用して、図１に示すようなパターンを生成することができる。
指向性アンテナの重要な特性は、スプリアスエネルギーを好ましくない方向に放射することなく、放射されたＲＦエネルギーの焦点を特定の方向に合わせる能力である。焦点の基本方向はメインローブ、例えばメインローブ１０４と称される。ＲＦエネルギーの大部分が消費される箇所は、ＲＦアンテナの範囲を表すリング１０６にある。半値電力の箇所１０８は、ＲＦエネルギーがＲＦ源１０２における電力の約半分である箇所を表す。第１のヌルビーム幅（ＦＮＢＷ）１１０は、メインローブの終端であり、サイドローブが存在しない空間における位置である。半値電力ビームの幅１１２は、電力がＲＦ源１０２における電力の半分であるメインローブ１０４の幅である。
好ましくない方向に放射されたエネルギーは、サイドローブエネルギー又はバックローブエネルギーと称される。サイドローブエネルギーはサイドローブ、例えばサイドローブ１１４に放射される。サイドローブエネルギーにより、アンテナの性能が劣化し、その結果障害が起こりうる。したがってサイドローブエネルギーは多くの場合、好ましくないと見なされる。バックローブエネルギーも無駄になるため、例えばバックローブ１１６等のバックローブエネルギーもまた多くの場合好ましくない。
図２は、一実施例による図示したサイドローブを狭めるように構成されたＲＦアンテナの構成要素を示す図である。アンテナ２００は、可能な他の構成要素の中でも、エミッタ２０２、プラグ２０４、及び球面レンズ２０６を含む。実線矢印２０８は、異なる材料の境界（固形物と大気（又は真空）との間の境界を含む）における屈折から起こる、エミッタ２０２からプラグ２０４を通り、球面レンズ２０６を通るＲＦエネルギーの光路を示している。点線矢印２１０は、同じ境界における反射から起こるエミッタ２０２からのＲＦエネルギーの別の光路を示している。
一実施例の１つの目的は、球面レンズ２０６の幅２１２にわたるＲＦエネルギーの広がりを最小限に抑えることである。したがって、ＲＦエネルギーがプラグ２０４を通過した後、ＲＦエネルギーは球面レンズ２０６の軸２２０近辺に、プラグ２０４が存在しなかった場合のＲＦエネルギーの広がりよりも狭く焦点が合わさる。ＲＦエネルギーの焦点がより狭く合わさるため、球面レンズ２０６を通過するＲＦエネルギーの球面収差が大幅に減少する。球面収差は、中心の近くに当たった光線に比べて、光線がレンズに当たったときに光線の屈折が増加する、あるいは光線がミラーのエッジ近辺に当たったときに光線が反射するために起こる、光学装置（レンズ、ミラー等）で観測される光学的効果である。上記で説明したように、ＲＦアンテナにおける球面収差は、好ましくないと見なされるサイドローブにつながる。したがって、この実施例のプラグ２０４は、ＲＦエネルギーの球面収差を低減させることによって好ましくないサイドローブを低減させる。
プラグ２０４は幾つかの異なる形態を取りうる。図２に第１の形態のみを示す。この実施例では、プラグ２０４は３つの異なる材料で形成された円柱形プラグである。区分２１４は第１の材料でできており、区分２１６は第２の材料でできており、区分２１８は第３の材料でできている。これらの材料は各々、隣の材料とは異なっている。一実施例では、３つの材料全てが互いに異なっている。選択される特定の材料は変更可能であるが、各区分の材料は光学活性である。「光学活性」という語は、閾値レベルでＲＦエネルギーを反射及び屈折させることができる物質として定義される。一般的な用語では、材料はＲＦエネルギーに対して「透明」であるが、透明度は様々でありうる。プラグの２つの異なる材料間（又はプラグと周囲の大気又は空間との間）の各境界は、異なる屈折率（以下に説明される）間の境界であり、ＲＦエネルギーの屈折及び反射は各境界で起こる。
３つの異なる区分を有するプラグ２０４を示す。しかしながら、区分の数は１と多数（４以上）の間で変更可能である。この特定の実施例は、各区分が連続的に、許容範囲内のＲＦエネルギー損失でＲＦエネルギーを球面レンズ２０６上により狭く焦点を合わせるため、３つの区分を有する。ＲＦエネルギーはプラグ２０４を通って移動するときに失われる可能性があり、ほとんどの損失は各境界における反射の結果起こる。プラグ２０４の材料はＲＦエネルギーの吸収を最小限に抑えるように選択されているが、一部の損失はＲＦエネルギーの吸収の結果起こりうる。したがって、理論上はプラグ２０４の膨大な数の区分によりＲＦエネルギーを球面レンズ２０６上に極めて狭く焦点を合わせることができるはずだが、その結果失われるＲＦエネルギーは、許容閾値を下回る可能性がある。特定の実施例において、特に選択された屈折率を有する３つの材料が区分２１４、区分２１６、及び区分２１８に対して選択されているが、ＲＦエネルギー損失対焦点調節効果の選択は、特定の用途に対する設計上の選択の問題である。
言い換えると、提案の装置（プラグ２０４）は、導波管開口部（エミッタ２０２）と球面誘電体レンズ（球面レンズ２０６）との間の界面として機能する。導波管の出口開口部において、電磁波は空間（真空又は大気であってよい）の中へ放射され始め、システムのレンズ部と相互作用する。図２の矢印は、波動伝搬の方向を示す。各材料表面において、光線が反射及び屈折し、波動の経路が変化する。実線（矢印２０８）は屈折した光線であり、点線（矢印２１０）は所定の区分の界面で反射した波動の一部を表している。
図３は、一実施例に係る以下に更に記載されるプラグの効果が図示される、サイドローブを狭めるように構成されたＲＦアンテナの構成要素を示す別の図である。したがって、アンテナ２００とアンテナ３００は同じであり、エミッタ２０２とエミッタ３０２は同じであり、球面レンズ２０６と球面レンズ３０６は同じであるため、幅２１２と幅３１６は同じである。しかしながら、図３は、エミッタ３０２から放射されるＲＦエネルギーに作用するプラグ３０４の焦点調節効果を示す図を提供するものである。図３は更に、球面レンズ３０６の（図２の球面レンズ２０６の焦点距離と同じ）焦点距離３０８も示している。図２、図３のいずれも縮尺どおりに描かれておらず、各図面の縮尺は異なることに留意したい。
図３に示すように、線３１０はプラグ３０４を用いていないＲＦビームパターンを示し、線３１２はプラグ３０４を用いたＲＦビームパターンを示す。図からわかるように、プラグ３０４を用いていない球面レンズ３０６の幅３１６にわたるＲＦエネルギーの広がりは、プラグ３０４を有するアンテナ３００に対して大きくなっている。具体的には、プラグ３０４の存在により、「Ｘ」記号３１４によって示すように、エミッタ３０２からのＲＦエネルギーが通過する焦点が除かれる。エミッタ３０２からのＲＦエネルギーが交差する焦点が少ないため、球面収差が減少する。したがって、好ましくないサイドローブのエネルギーも低減する。
つまり、プラグ３０４の形状だけでなく、伝達、反射及び屈折特性が最適化されて、レンズの球面収差が最小限に抑えられる。球面収差は、この特定の実施例の目的において、球面反射ゾーンによって形成されたＲＦ画像のぼやけである。球面収差は、光軸から離れたところで球面レンズ３０６に当たる平行光線が軸近辺の光線とは異なる箇所で焦点が合わさるために起こる。
球面収差の問題は通常、球面反射ゾーンの中心領域のみを使用することによって最小限に抑えられる。球面誘電体レンズの場合、照明光源により、ＲＦエネルギーの入射波の一部が、照明光源の中心線から離れた誘電体境界と交差しうる。ＲＦの場合にこの現象が起きると、異なる各焦点が原因でアンテナのローブが形成される。メインビームは、照明光源の軸と一致する焦点によって生じる。サイドローブは、レンズ外の異なる箇所から焦点が合わさるエネルギーによって生じる。
図４は、図示する実施例に係る界面で反射する入射ＲＦ波からのエネルギーを示す図である。具体的には、図４は、平面境界における垂直入射平面波の反射及び伝達を示す図である。
提案の装置の機能を理解するために、基本的な物理を説明する簡単な幾何学的形状から始める。プラスのｚ軸に沿って伝搬し、それ自体の電場がｘ方向に配向している平面波を検討してみよう。この波動は２つの媒体を分離する界面に入射し、各媒体は独特の誘電率（ε）、透過性（μ）、及び伝導性（σ）を有する。２つの領域間の境界条件を満たすために、入射波からのエネルギーの一部は、図に示すように界面で反射しなければならない。
伝達され反射した波動の振幅を予測する２つのパラメータがここで展開される。これらは以下の式：
Figure 0007049118000001
によって得られる伝達係数
Figure 0007049118000002
として知られ、
反射係数
Figure 0007049118000003
は以下の式：
Figure 0007049118000004
によって得られ、上記式において
Figure 0007049118000005
は以下の式：
Figure 0007049118000006
によって得られる媒体の特性に基づく波動インピーダンスである。
反射及び伝達係数は、
Figure 0007049118000007
の関係にあり、上記式において
Figure 0007049118000008
及び
Figure 0007049118000009
が成り立つ。界面での全反射に対しては、
Figure 0007049118000010
の結果、
Figure 0007049118000011
となり、反射がない場合は、
Figure 0007049118000012
及び
Figure 0007049118000013
となる。反射量を低く維持するために、平面界面に起因して、領域間の波動インピーダンスの差を小さく保たなければならない。
図５は、一実施例に係る、屈折率の大きい材料に進入しているＲＦ波と屈折率の小さい材料に進入しているＲＦ波を示す図である。図５は特に、斜めの入射平面波の反射及び伝達を示す図である。図５は、図４の代替例を示す図であり、図５の説明は、図４の説明と合わせて考慮されるべきである。
平面波が任意入射角の境界に近づくと、屈折が起こる。反射の法則では、以下の式により波長全体において、またいかなる対の材料においても反射角（θｒ）は入射角（θｉ）とは等しいと言われる。
θｉ＝θｒ
屈折の法則では、入射角（θｉ）と屈折角（θＲ）は、以下の式により界面の両側における材料の屈折率と関係していると言われる。
ｎ１ｓｉｎ（θ１）＝ｎ２ｓｉｎ（θ２）
上記式において、θ１＝θｉ及びθ２＝θＲである。
すでに説明した垂直平面波入射の例を含む、任意入射の一般例は３つある。残りの２つの例は、屈折率の大きい材料に進入する波動と、屈折率の小さい材料に進入する波動を含む。図５に、これら２つの例の結果を示す。
図６は、一実施例に係る材料にぶつかるＲＦ波の全内部反射を示す図である。図６は特に全内部反射を示す。図６は図４及び図５の代替例を示すものであり、図６の説明は、図４及び図５の説明とまとめて扱われるべきである。
１つの領域からの全ての伝達エネルギーを別の領域で反射させる波動伝搬の特例が存在する。この例の基準はｎ１＞ｎ２であり、垂直入射波の角度は、標準の材料界面に基づく臨界角よりも大きくなくてはならない。臨界角は、以下の式によって決定されうる。
Figure 0007049118000014
上記式においても、ｎ１とｎ２は屈折率である。
全てのエネルギーが反射し、この反射が材料内部で起こりうるため、この現象が物質の内部で起きた時、この現象は全内部反射と称されうる。より一般には、この現象は全反射と呼ばれうる。
図７に、一実施例に係るマイクロストリップ線路の領域の電場分布を示す。図７は、誘電率と呼ばれる物理特性を示す。図７は、マイクロストリップ７００と、マイクロストリップ７００の地板７０２を示す図である。誘電体７０４は、マイクロストリップ７００と、地板７０２との間に配置される。電磁場線７０６を、図７の様々な矢印によって示す。
誘電率とは、同質領域に包含される電磁場に対して、又は異質領域を囲い込む力線に対して通常定義される電磁特性である。場を含む領域の全誘電率は概して実効誘電率と称される（εｅｆｆ）。εｅｆｆを示す例は、自由空間領域及び場が誘電体７０４によって画定される誘電領域にわたるマイクロストリップ線路である。図７に、マイクロストリップ７００近辺の領域内の電場分布を示す。誘電体７０４に包含される電場の一部と、存在する誘電材料の量と種類とを制御することにより、εｅｆｆが制御される。値εｅｆｆは、マイクロストリップ伝達線路のインピーダンスに影響を及ぼす。εｅｆｆの値は、ε１とε２の組み合わせである。
図８及び図９はまとめて扱われるべきである。図８は、一実施例に係る２つの異なる材料の円柱形プラグを示す図である。図９は、一実施例に係る２つの異なる材料及び形状の円柱形プラグを示す図である。
図１０は、一実施例に係る図９に示すプラグの断面を示す図である。図１０は、図９及び図８の両方の代替例を示す。
図８～図１０はともに、断面積の実効誘電率を変化させることによって生じる垂直入射平面波の反射及び伝達を示す。図８～図１０は、図２及び図３に呈示されるプラグの結果と同様の結果を達成する代替的な装置又はプラグを呈示する図である。つまり、ここで示すプラグ８００及びプラグ９００は、図２のプラグ２０４又は図３のプラグ３０４の代替例である。
図８に、第１の区分８０２と第２の区分８０４の異なる光学活性材料から形成された円柱形であるプラグ８００を示す。これらは異なる材料であるため、第１の区分８０２においてη１及び第２の区分８０４においてη２で示す異なる屈折率を有する。
図９及び図１０に、図８に示す構造の変形例を示す。具体的には、プラグ９００はやはり２つの異なる材料、第１の区分９０２の１つの材料及び第２の区分９０４の別の材料から形成される。これらの区分は、図８のプラグ８００に呈示される材料と同じ屈折率を有しうる、あるいはやはり異なる屈折率を有しうる。しかしながら、より重要なプラグ８００とプラグ９００との間の差は、第２の区分９０４の形状である。第２の区分９０４は、第１の端部において直円柱であるが、反対側は直円錐である。第２の区分の材料の角度が変化すると、ＲＦエネルギーがプラグ９００の縦軸に沿って伝搬したときの屈折及び反射の仕方が更に変化する。
図１０に、３つの異なる断面のプラグ９００を示す。断面１０００、断面１００２、断面１００４は、それぞれ線９０６、線９０８、及び線９１０から描かれている。図１０に示しうるように、プラグ９００の縦軸に沿って更に第２の区分９０４の方にいくにつれ、第２の材料が占める面積がより大きくなる。
第１の区分９０２と第２の区分９０４（又は第１の区分８０２と第２の区分８０４）の材料は、異なるインピーダンスを有しうる。図８の２つの領域間の波動インピーダンスの差が大きい状況において、反射係数もまた大きくなる。この状況での反射の軽減の助けとして、図９及び図１０に示すように、
Figure 0007049118000015
から
Figure 0007049118000016
にわたる勾配領域を有する構造が追加される。この構造により、２つの領域間で波動インピーダンスが徐々に変化する。
Figure 0007049118000017
と
Figure 0007049118000018
の領域間に円錐領域を取り込むことにより、勾配効果をもたらす幾何学的形状ができる。
図１１～図１３はまとめて扱われるべきである。図１１は、一実施例に係る更に別のプラグのＲＦ光線を示す図である。図１２は、一実施例に係る図１１に示すプラグの別のＲＦ光線を示す図である。図１３は、一実施例に係る図１１に示すプラグの更に別のＲＦ光線を示す図である。図１１～１３の各図面に対し、同じ参照番号が使われている。
プラグ１１００は、図２のプラグ２０４、図３のプラグ３０４、図８のプラグ８００、又は図９及び図１０のプラグ９００の変形例であってよい。一実施例では、プラグ１１００の幾何学的形状を図９の第２の区分９０４として使用可能である。別の一実施例では、プラグ１１００は、例えば図２のプラグ２０４又は図３のプラグ３０４等の、ＲＦアンテナで使用される単独型プラグであってよい。更に別の異なる実施例では、プラグ１１００は、例えば図２に対して説明したもの等の３つの異なる材料でできていてよい。したがって、プラグ１１００は、複数の材料でできていてよい、及び／又は単一の一体材料でできていてよい、及び／又は大きなプラグ構造の一部であってよい。図１１～図１３の説明において、プラグ１１００は、一体材料からできた単一構造として表される。しかしながら、この説明は上述した変形例を否定するものではない。
一実施例では、プラグ１１００は３つの異なる区分：第１の円錐形区分１１０２、円柱形区分１１０４、及び第２の円錐形区分１１０６を有する。第１の円錐形区分１１０２と第２の円錐形区分１１０６は直円錐であるが、不規則な円錐形を含む異なる円錐形であってよい。これらはまた円錐形とは異なる形であってもよい。この実施例では、第１の円錐形区分１１０２は、第２の円錐形区分１１０６の底面から頂点までの高さを上回る第１の底面から頂点までの高さを有する直円錐である。円柱形区分１１０４は、第１の円錐形区分１１０２と第２の円錐形区分１１０６の底面とおおよそ一致する半径を有する。しかしながら、これらの区分はどれも様々なサイズであってよい。言い換えれば、例えば円柱形区分１１０４は、第１の円錐形区分１１０２の底面よりも大きいが、第２の円錐形区分１１０６の底面よりも小さい半径を有しうる。円柱形区分１１０４の幾何学的形状の変形から円柱形以外のなんらかの形までを含む、その他様々なサイズの例が可能である。
図１１～図１３に、第１の円錐形区分１１０２の直円錐、第１の円錐形区分１１０２の直円錐を下回る高さを有する第２の円錐形区分１１０６の直円錐、及び２つの対向する円錐の底面と一致する半径を有する円柱形区分１１０４の具体例を示す。
一実施例では、ＲＦエミッタ１１０８は、第１の円錐形区分１１０２に向けられている。ＲＦエミッタ１１０８は例えば、図２のエミッタ２０２であってよい。ＲＦエミッタ１１０８は、プラグ１１００の幅１１０９全体に沿ってＲＦエネルギーを方向づけしうる。しかしながら、プラグ１１００全体におけるＲＦエネルギーの伝達可能、屈折的、及び反射的な動きは、ＲＦエネルギーがプラグ１１００のどこにぶつかるかに応じて変わる。この理由は、上述したように、ＲＦエネルギーの光路により、ＲＦエネルギーがプラグ１１００の複雑な形状に起因する角度の違う境界に沿って進むためである。例えば、図１１に示す光路は、図１２又は図１３に示す光路とは異なる。この理由は、３つの異なる光路において、屈折した又は伝達された光が３つの異なる角度のエリア：第１の円錐形区分１１０２（図１１）、円柱形区分１１０４（図１２）、及び第２の円錐形区分１１０６（図１３）のうちの１つに当たるためである。
ここで更に、各光路に注目する。図１１、図１２、及び図１３の各図面において、線１１１０、線１１１２、及び線１１１４である実線は、プラグ１１００を通って伝達される屈折又は伝達ＲＦエネルギーの光路を表す。線１１１６、線１１１８、線１１２０、線１１２２、線１１２４、線１１２６、及び線１１２８等の点線は、プラグ１１００に対して反射したＲＦエネルギーの光路を表す。
反射ＲＦエネルギーの一部はプラグ１１００へ反射して戻り、反射ＲＦエネルギーの一部はプラグ１１００から離れるように反射することに留意したい。したがって、プラグ１１００から放射されるＲＦエネルギーの実際の幾何学的形状は複雑となるが、以下の図１４及び１５に更に詳細に示す。
しかしながら、プラグ１１００の幅に沿って方向づけされたＲＦエネルギーが進む複雑な光路に関わらず、プラグ１１００全体を通り抜けて伝達されるＲＦエネルギーは、第２の円錐形区分の頂点方向の方へ折れやすい。この効果は、線分１１３０、線分１１３２、及び線分１１３４に示されている。
したがって、プラグ１１００は、ＲＦエミッタ１１０８からのＲＦエネルギーをＲＦエミッタを単独で使用するよりももっと多く、プラグ１１００の縦軸の中心線の方へ焦点を合わせるように機能する。この効果は次に、図１～図３に対して説明したように、球面レンズを有するＲＦアンテナ内の球面収差を低減させる。
言い換えると、提案のプラグ１１００の装置は、導波管開口部（例：図２のエミッタ２０２）と誘電体レンズ（例：図２に示す球面レンズ２０６）との間の界面として機能するように設計される。提案の装置は、誘電体レンズの大部分にわたって広がる波動の焦点をレンズの小さい面積に合わせる。この焦点効果は、材料の誘電特性を注意深く選択すること、及び／又は特定の幾何学的形状によって達成される。
図１１～図１３は、装置内部の相互作用の大部分に寄与する３つの波動特性を表す。これらの特性は、伝達、反射、及び屈折である。装置は、内部反射が最小限に抑えられ、波動が好ましい形で装置から屈折するように設計されうる。装置への、装置を通る、及び装置からの効率的な伝達は、プラグ１１００の形状及び／又は材料（複数可）の選択によっても達成される。
上記のように、本書に記載のいずれかのプラグ用に選択された寸法及び材料は様々でありうる。しかし、以下の具体例のプラグが提供されている。この具体例は、上述した他の実施例を限定するものではなく、必ずしも本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
この実施例では、単一のモノリシックプラグは押し出し可能なＴＰ２０２７５プラスチックでできている。プラグの材料は、約４．４の相対浸透率を有する。この実施例のプラグの形状は、図１１～図１３に示す形状と同じである。第１の円錐形区分において、直円錐は約１３．３９度の角度と、約１０．５４ミリメートルの高さと、約２．５１ミリメートルの底面半径を有する。円柱形区分は、約２．６３５ミリメートルの高さと、約２．５１ミリメートルの半径を有する。第２の円錐形区分において、直円錐は、０．８７８３ミリメートルの高さと約２．５１ミリメートルの底面を有する。
この特定のプラグは、ｆｃｕｔｏｆｆ＝３５ＧＨｚ及びｆｃｅｎｔｅｒ＝４０ＧＨｚのカットオフ周波数を有する導波管用に設計されている。プラグの寸法は、λＧで示す導波管内部の波長に基づいており、λＧにおいて
Figure 0007049118000019
が成り立つ。ｆｃｕｔｏｆｆの各選択に対し、独特の幾何学的形状のプラグができる。
図１４と図１５は、互いに対比すべきものである。図１４は、一実施例により上述したプラグを使用していないＲＦアンテナからのＲＦエネルギーを示す図である。図１５は、一実施例により上述したプラグを使用しているＲＦアンテナからのＲＦエネルギーを示す図である。図１４及び図１５はいずれも、実際のエミッタと、プロトタイプのプラグを使用する実験中に得られたＲＦエネルギー分布を表す。
いずれの図面の波線も、ＲＦエネルギーの分布を表す。図１４及び図１５の両方において、角度シータ１４００及び角度シータ１５００は、例えば図１のメインローブ１０４においても示すように、アンテナからの放射角を表す。図１４のエミッタ１４０２と図１５のエミッタ１５０２は同一である。しかしながらプラグ１５０４は、図１５に示すように、エミッタ１５０１の端部に配置される。
図１４のＲＦエネルギー分布と図１５のＲＦエネルギー分布とを対比させるとわかるように、ＲＦエネルギーのサイドローブ１５０６とＲＦエネルギーのサイドローブ１５０８は、ＲＦエネルギーのサイドローブ１４０４とＲＦエネルギーのサイドローブ１４０６に比べて低減している。更に、図１５のメインローブ１５１０のＲＦエネルギー分布は、図１４のメインローブ１４０８のＲＦエネルギー分布よりも広く、これはプラグ１５０４が存在する時に、もっと多くのＲＦエネルギーがメインローブに集中していることを示す。また更に、図１４のＲＦエネルギー分布が広いため、球面レンズに方向づけされたときのＲＦエネルギーの球面収差が図１５に示すＲＦエネルギー分布に対して大きくなる。
図１６は、一実施例に係るＲＦアンテナから放射されるＲＦエネルギーの利得対角度のグラフである。グラフ１６００は、図１４及び図１５に示すＲＦエネルギーパターンの、エミッタの縦軸に対して得られる全ての所定角度（角度θ）におけるＲＦエネルギーの利得の変化を示す。
線１６０２は、図１４に示すように、プラグを用いないエミッタのＲＦエネルギー分布を表す。線１６０４は、図１５に示し本書に記載したように、プラグを用いたエミッタのＲＦエネルギー分布を表す。図１６は、実際のエミッタと、プロトタイプのプラグを使用する実験中に得られたＲＦエネルギー分布を表す。
図１６の線１６０２と線１６０４を比較することによってわかるように、エミッタの縦軸から遠く離れた大きい角度又は小さい角度において、プラグを有するエミッタは、プラグのないエミッタと比べて低いＲＦエネルギーの値を有する。したがって、実施例のプラグは、ＲＦエネルギーのサイドローブを低減し、ＲＦエネルギーをもっとエミッタの縦軸に近い角度に集中させるのに効果的である。上述したように、プラグは、球面レンズ又はその他何らかの集束レンズを使用するＲＦアンテナでの球面収差を低減させることにおいて効果的である。
したがって、実施例のプラグがＲＦアンテナにおいて使用されると、幾つかの利点が得られる。実施例は、サイドローブを効果的に低減し、アンテナ給電に基づいて導波管の放射効率を高めるために、独特のプラグ構造形状及び物質の組み合わせを提供する。実施例は、付加製造、除去加工、又は射出成形によって大量生産することができる独特の設計を提供する。実施例は、導波管給電のインピーダンス整合及び放射効率の向上を提供する。他にも利点がありうる。
図１７は、一実施例に係るアンテナのマルチパス（レイリーフェージング効果）を軽減する方法のフロー図である。方法１７００は、例えば図２、図８～図１３、及び図１５に示すように、プラグと球面レンズを有するＲＦアンテナを使用して達成されうる。
方法１７００は、アンテナを構造の上面に連結することによって開始され、構造は高周波（ＲＦ）放射線吸収層によって覆われ、構造は、構造の全ての反射面が着信ＲＦ信号に対して直角になるような形状を有する（工程１７０２）。方法１７００はまた、着信ＲＦ信号を構造の方へ方向づけすることも含み、好ましくない直接又は反射ＲＦ信号は、ＲＦ放射線吸収層によって吸収されるか、あるいはＲＦ信号の供給源へ戻るように偏向され、これにより、好ましくないＲＦ信号と、アンテナを目指す好ましいＲＦ信号との干渉が回避される（工程１７０４）。一実施例では、方法１７００はその後に終了しうる。
方法１７００は変更可能である。例えば、形状は球又は半球であってよい。アンテナは、構造の凸状外面に連結されうる。別の変形例では、ＲＦ放射線吸収層は、炭素材料；カーボンブラック混合発泡材；金属、及び固形アルミニウム金属粒子、酸化鉄、及び粉末状の鉄を含む金属粒子；プラスチックと、ラテックス、ポリマーブレンド、又は繊維を含む別の物質との組み合わせ；ポリアニリンを含む伝導ポリマー；及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料であってよい。方法１７００の他の変形例もまた可能である。例えば、方法１７００には、上記プラグのいずれかを製造すること、又は上述したようにプラグを使用してＲＦエネルギーを方向づけすることも考えられる。したがって、方法１７００は必ずしも、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
図１８は、一実施例に係るＲＦアンテナのブロック図である。ＲＦアンテナ１８００は、図２のアンテナ２００、図３のアンテナ３００、又は図１５に示すアンテナの変形例でありうる。ＲＦアンテナ１８００は、球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナとして特徴付けられうる。
ＲＦアンテナ１８００は、ＲＦ源１８０２とＲＦアンテナ１８００からの出口点１８０６との間に画定される光路内にＲＦエネルギー１８０４を伝達させるように構成されたＲＦ源１８０２を含む。ＲＦアンテナ１８００はまた、光路内のＲＦ源１８０２の後にプラグ１８０８も含む。プラグ１８０８は、ＲＦエネルギー１８０４に対する光学活性材料である。光学活性は、閾値レベルでＲＦエネルギーを反射及び屈折させることができる物質として定義される。プラグ１８０８は、第１の区分１８１０、第２の区分１８１２、及び第３の区分１８１４を含む異なる形状の３つの区分を有する。ＲＦアンテナ１８００はまた、光路内のプラグ１８０８の後に球面レンズ１８１６も含む。
ＲＦアンテナ１８００は様々なものであってよい。例えば、第１の区分１８１０は、第１の区分の第１の頂点と第１の底面との間の第１の高さを有する円錐形であってよく、第１の底面は第１の半径を有する。続けてこの実施例では、第２の区分１８１２は、第１の端部と第２の端部とを有する円柱形であってよい。第２の区分の第２の半径は、第１の半径とおおよそ等しくてよい。第１の端部は第１の底面と直接接触している場合がある。更に続けてこの実施例では、第３の区分１８１４は、第３の区分の第２の頂点と第３の底面との間の第２の高さを有する円錐形であってよい。第３の底面の第３の半径は第１の半径とおおよそ等しくてよい。第２の高さは第１の高さを下回る場合がある。第２の区分の第２の端部は、第３の区分の第３の底面と直接接触していてよい。
ＲＦアンテナ１８００は更に、さまざまなものであってよい。例えば、第１の頂点の方へ方向づけされたＲＦエネルギーに対し、第１の高さは、プラグの第１の区分の角度が、ＲＦエネルギーを第１の区分の外面から離れるように反射させるが、第１の区分の中へ屈折するＲＦエネルギーの第１の部分の内部反射も起こすような角度になるように選択される。この場合、ＲＦエネルギーの第１の部分の内部反射は第２の区分内で起こるが、第２の区分を通って屈折するＲＦエネルギーの第２の部分は第２の区分から離れるように方向づけられる。またこの場合、第２の高さは、第３の区分を通って球面レンズ上に伝達されるＲＦエネルギーの第３の部分の焦点が合うように選択される。
一実施例では、第２の区分の第１の端部と球面レンズの中心との間の距離は、球面レンズの焦点距離である。別の実施例では、第１の高さは約０．０１０５４メートルであり、第２の区分の長さは約０．００２６３５メートルであり、第２の高さは約０．０００８７８３メートルであり、第１の半径は約０．００２５１メートルであり、ＲＦエネルギーの中心周波数は約４０ギガヘルツであり、ＲＦエネルギーのカットオフ周波数は約３５ギガヘルツである。
ＲＦアンテナ１８００のその他の変形例も可能である。例えば、ＲＦアンテナ１８００はまた、光路内のＲＦ源１８０２の後であるがプラグ１８０８の前にあるＲＦ導波管１８１８も含みうる。
別の変形例では、プラグ１８０８は、３つの異なる区分のいずれかを有する、あるいは有さない単一の一体材料であってよい。プラグ１８０８は、押し出し可能なプラスチックでできていてよい。押し出し可能なプラスチックは、約４．４の比誘電率を有する。
更に別の変形例では、第１の区分１８１０は第１の直円錐であってよく、第２の区分１８１２は直円柱であってよく、第３の区分１８１４は第２の直円錐であってよい。更に別の変形例では、プラグ１８０８は、円柱形であり、プラグ１８０８の第１の半径よりも大きい第２の半径を有する第２の材料内部に配置されうる。
その他多くの変形例が可能である。したがって、図１８に対して説明した実施例は必ずしも本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
図１９は、一実施例に係る別のＲＦアンテナのブロック図である。ＲＦアンテナ１９００は、図２のアンテナ２００、図３のアンテナ３００、図１５に示すアンテナ、又は図１８のアンテナ１８００の別の変形例であってよい。ＲＦアンテナ１９００は、球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナとして特徴づけられうる。
ＲＦアンテナ１９００は、ＲＦ源１９０２とＲＦアンテナ１９００からの出口点１９０６との間に画定された光路内でＲＦエネルギー１９０４を伝達させるように構成されたＲＦ源１９０２を含みうる。ＲＦアンテナ１９００はまた、光路内のＲＦ源１９０２の後にプラグ１９０８も含む。プラグ１９０８は、ＲＦエネルギー１９０４に対する光学活性材料であってよい。プラグ１９０８は、第１の区分１９１０、第２の区分１９１２、及び第３の区分１９１４を含む、異なる誘電率を有する異なる材料の３つの区分を有しうる。ＲＦアンテナ１９００はまた、光路内のプラグ１９０８の後に球面レンズ１９１６も含みうる。
ＲＦアンテナ１９００は様々なものであってよい。例えば、一実施例では、第１の区分１９１０はＲＦエネルギー１９０４に対して第１の屈折率を有する第１の材料であってよい。この場合、第２の区分１９１２は、ＲＦエネルギー１９０４に対して第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する第２の材料であってよい。また、この場合、第３の区分１９１４は、ＲＦエネルギーに対して第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の材料であってよい。
別の実施例では、第１の材料、第２の材料、及び第３の材料のうちの少なくとも２つが異なる誘電率を有する。第１の材料、第２の材料、及び第３の材料のうちの少なくとも２つの間に誘電率の勾配が配置されうる。勾配は円錐形でありうる、あるいは別の形状を有しうる。
その他多数の変形例が可能である。例えば、ＲＦアンテナ１９００は、ＲＦ導波管も含みうる。したがって、図１９に対して説明した実施例は必ずしも、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
更に、本開示は以下の条項による例を含む。
条項１．アンテナのマルチパス（レイリーフェージング効果）を軽減する方法であって、
構造の上部にアンテナを連結することであって、構造は高周波（ＲＦ）放射線吸収層によって覆われ、構造は、構造の全ての反射面が着信ＲＦ信号に対して直角になるような形状を有する、連結することと、
着信ＲＦ信号を構造の方へ方向付けすることであって、好ましくない直接又は反射ＲＦ信号は、ＲＦ放射線吸収層によって吸収されるか、あるいはＲＦ信号の供給源へ戻るように偏向され、これにより、好ましくないＲＦ信号と、アンテナ向けの好ましいＲＦ信号との干渉が回避される、方向付けすることと
を含む方法。
条項２．形状は球又は半球を含み、アンテナは構造の凸状外面に連結される、条項１に記載の方法。
条項３．ＲＦ放射線吸収層は、炭素材料；カーボンブラック混合獣毛コーティングマット；金属、及び固形アルミニウム金属粒子、酸化鉄、及び粉末状の鉄を含む金属粒子；ラテックス、ポリマーブレンド、又は繊維を含む別の物質とポリピロールとの組み合わせ；ポリアニリンを含む伝導ポリマー；及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料である、条項１に記載の方法。
条項４．球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナであって、
ＲＦ源とＲＦアンテナからの出口点との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギーを伝達させるように構成されたＲＦ源と、
光路内のＲＦ源の後にあるプラグであって、ＲＦエネルギーに対する光学活性材料を含み、異なる形状の３つの区分を有するプラグと、
光路内のプラグの後にある球面レンズと
を含むＲＦアンテナ。
条項５．プラグが更に、
第１の区分の第１の頂点と第１の底面との間の第１の高さを有する円錐形であり、第１の底面は第１の半径を有する、第１の区分と、
第１の端部と第２の端部とを有する円柱形であり、第２の区分の第２の半径は第１の半径とおおよそ等しく、第１の端部は第１の底面と直接接触している、第２の区分と、
第３の区分の第２の頂点と第３の底面との間の第２の高さを有する円錐形であり、第３の底面の第３の半径は第１の半径とおおよそ等しく、第２の高さは第１の高さを下回り、第２の区分の第２の端部は第３の区分の第３の底面と直接接触している、第３の区分と
を備える、条項４に記載のＲＦアンテナ。
条項６．第１の頂点の方へ方向づけされたＲＦエネルギーに対し、
第１の高さは、プラグの第１の区分の角度が、ＲＦエネルギーを第１の区分の外面から離れるように反射させるが、第１の区分の中へ屈折するＲＦエネルギーの第１の部分の内部反射も起こすような角度となるように選択され、
ＲＦエネルギーの第１の部分の内部反射は第２の区分内で起こるが、第２の区分を通って屈折するＲＦエネルギーの第２の部分は第２の区分から離れるように方向づけされ、
第２の高さは、第３の区分を通って球面レンズ上に伝達されるＲＦエネルギーの第３の部分の焦点が合うように選択される、条項５に記載のＲＦアンテナ。
条項７．第２の区分の第１の端部と球面レンズの中心との間の距離は球面レンズの焦点距離である、条項６に記載のＲＦアンテナ。
条項８．第１の高さは約０．０１０５４メートルであり、
第２の区分の長さは約０．００２６３５メートルであり、
第２の高さは約０．０００８７８３メートルであり、
第１の半径は約０．００２５１メートルであり、
ＲＦエネルギーの中心周波数は約４０ギガヘルツであり、
ＲＦエネルギーのカットオフ周波数は約３５ギガヘルツである、
条項６に記載のＲＦアンテナ。
条項９．光路内のＲＦ源の後にあるがプラグの前にあるＲＦ導波管
を更に備える、条項４に記載のＲＦアンテナ。
条項１０．プラグは単一の一体材料を含む、条項４に記載のＲＦアンテナ。
条項１１．プラグは押し出し可能なプラスチックを含む、条項１０に記載のＲＦアンテナ。
条項１２．押し出し可能なプラスチックは約４．４の比誘電率を有する、条項１１に記載のＲＦアンテナ。
条項１３．光学活性は、閾値レベルでＲＦエネルギーを反射及び屈折させることができる物質として定義される、条項４に記載のＲＦアンテナ。
条項１４．第１の区分は第１の直円錐を含み、第２の区分は直円柱を含み、第３の区分は第２の直円錐を含む、条項５に記載のＲＦアンテナ。
条項１５．プラグは、円柱形であり且つプラグの第１の半径よりも大きい第２の半径を有する第２の材料内部に配置される、条項４に記載のＲＦアンテナ。
条項１６．球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナであって、
ＲＦ源とＲＦアンテナからの出口点との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギーを伝達させるように構成されたＲＦ源と、
光路内のＲＦ源の後にあるプラグであって、ＲＦエネルギーに対する光学活性材料を含み、異なる誘電率を有する異なる材料の３つの区分を有するプラグと、
光路内のプラグの後にある球面レンズと
を含むＲＦアンテナ。
条項１７．プラグが更に、
ＲＦエネルギーに対して第１の屈折率を有する第１の材料を含む第１の区分と、
ＲＦエネルギーに対して第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する第２の材料を含む第２の区分と、
ＲＦエネルギーに対して第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の材料を含む第３の区分と
を備える、条項１６に記載のＲＦアンテナ。
条項１８．第１の材料、第２の材料、及び第３の材料のうちの少なくとも２つは異なる誘電率を有する、条項１７に記載のＲＦアンテナ。
条項１９．第１の材料、第２の材料、及び第３の材料のうちの少なくとも２つの間に誘電率の勾配が配置される、条項１８に記載のＲＦアンテナ。
条項２０．勾配は円錐形である、条項１９に記載のＲＦアンテナ。
種々の実施例の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、完全である又は開示された形態の実施例に限定するものではない。当業者には、多くの修正例及び変形例が自明となろう。さらに、種々の実施例は、他の実施例と比べて異なる特徴を提供し得る。選択された一または複数の実施例は、実施例の原理、実際の用途をわかりやすく説明するため、及び他の当業者が、考慮される特定の用途に適した様々な変更を伴う様々な実施例の開示内容を理解できるように選択及び記述されている。

Claims (10)

  1. 球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナ（１８００）であって、
    ＲＦ源（１８０２）と前記ＲＦアンテナ（１８００）からの出口点（１８０６）との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギー（１８０４）を伝達させるように構成されたＲＦ源（１８０２）と、
    前記光路内の前記ＲＦ源（１８０２）の後にあるプラグ（１８０８）であって、ＲＦエネルギー（１８０４）に対する光学活性材料を含み、第１の区分（１８１０）、第２の区分（１８１２）及び第３の区分（１８１４）を有し、前記３つの区分（１８１０、１８１２、１８１４）の各々は異なる形状を有する、プラグ（１８０８）と、
    前記光路内の前記プラグ（１８０８）の後にある球面レンズ（１８１６）と
    を含み、
    前記第１の区分（１８１０）は、前記第１の区分（１８１０）の第１の頂点と第１の底面との間の第１の高さを有する円錐形であり、前記第１の底面は第１の半径を有し、
    前記第２の区分（１８１２）は、第１の端部と第２の端部とを有する円柱形であり、前記第２の区分（１８１２）の第２の半径は前記第１の半径とおおよそ等しく、前記第１の端部は前記第１の底面と直接接触しており、
    前記第３の区分（１８１４）は、第２の頂点と前記第３の区分（１８１４）の第３の底面との間の第２の高さを有する円錐形であり、前記第３の底面の第３の半径は前記第１の半径とおおよそ等しく、前記第２の高さは前記第１の高さを下回り、前記第２の区分（１８１２）の前記第２の端部は前記第３の区分（１８１４）の前記第３の底面と直接接触している、
    ＲＦアンテナ（１８００）。
  2. 前記第１の頂点の方へ方向づけされたＲＦエネルギー（１８０４）に対し、
    前記第１の高さは、前記プラグ（１８０８）の前記第１の区分（１８１０）の角度が、前記ＲＦエネルギー（１８０４）を前記第１の区分（１８１０）の外面から離れるように反射させるが、前記第１の区分（１８１０）の中へ屈折する前記ＲＦエネルギー（１８０４）の第１の部分の内部反射も起こすような角度となるように選択され、
    前記ＲＦエネルギー（１８０４）の前記第１の部分の内部反射は前記第２の区分（１８１２）内で起こるが、前記第２の区分（１８１２）を通って屈折する前記ＲＦエネルギー（１８０４）の第２の部分は前記第２の区分（１８１２）から離れるように方向づけされ、
    前記第２の高さは、前記第３の区分（１８１４）を通って前記球面レンズ（１８１６）上に伝達される前記ＲＦエネルギー（１８０４）の第３の部分の焦点が合うように選択される、請求項１に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  3. 前記第２の区分（１８１２）の前記第１の端部と前記球面レンズ（１８１６）の中心との間の距離は前記球面レンズ（１８１６）の焦点距離である、請求項１又は２に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  4. 前記第１の高さは約０．０１０５４メートルであり、
    前記第２の区分（１８１２）の長さは約０．００２６３５メートルであり、
    前記第２の高さは約０．０００８７８３メートルであり、
    前記第１の半径は約０．００２５１メートルであり、
    前記ＲＦエネルギー（１８０４）の中心周波数は約４０ギガヘルツであり、
    前記ＲＦエネルギー（１８０４）のカットオフ周波数は約３５ギガヘルツである、
    請求項１から３のいずれか一項に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  5. 前記光路内の前記ＲＦ源（１８０２）の後にあるが前記プラグ（１８０８）の前にあるＲＦ導波管
    を更に備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  6. 前記プラグ（１８０８）は、約４．４の比誘電率を有する押し出し可能なプラスチックを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  7. 光学活性は、閾値レベルで前記ＲＦエネルギー（１８０４）を反射及び屈折させることができる物質として定義される、請求項１から６のいずれか一項に記載のＲＦアンテナ（１８００）。
  8. 球面収差によって生じるＲＦのサイドローブを低減させるように構成された高周波（ＲＦ）アンテナ（１９００）であって、
    ＲＦ源（１９０２）と前記ＲＦアンテナ（１９００）からの出口点（１９０６）との間に画定された光路内で、ＲＦエネルギー（１９０４）を伝達させるように構成されたＲＦ源（１９０２）と、
    前記光路内の前記ＲＦ源（１９０２）の後にあるプラグ（１９０８）であって、前記ＲＦエネルギー（１９０４）に対する光学活性材料を含み、第１の区分（１９１０）、第２の区分（１９１２）及び第３の区分（１９１４）を有し、前記３つの区分（１９１０、１９１２、１９１４）は異なる誘電率を有する異なる材料でできている、プラグ（１９０８）と、
    前記光路内の前記プラグ（１９０８）の後にある球面レンズ（１９１６）と
    を備え、
    前記第１の区分（１９１０）は、前記ＲＦエネルギー（１９０４）に対して第１の屈折率を有する第１の材料を含み、
    前記第２の区分（１９１２）は、前記ＲＦエネルギー（１９０４）に対して前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する第２の材料を含み、
    前記第３の区分（１９１４）は、前記ＲＦエネルギー（１９０４）に対して前記第２の屈折率よりも大きい第３の屈折率を有する第３の材料を含む、
    ＲＦアンテナ（１９００）。
  9. 前記第１の材料、前記第２の材料、及び前記第３の材料のうちの少なくとも２つは異なる誘電率を有する、請求項８に記載のＲＦアンテナ（１９００）。
  10. 前記第１の材料、前記第２の材料、及び前記第３の材料のうちの少なくとも２つの間に誘電率の勾配が配置される、請求項９に記載のＲＦアンテナ（１９００）。
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