KR102472067B1 - 유전체 공진기 안테나 시스템에 사용하기 위한 전자기 반사판 - Google Patents

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Abstract

전자기 장치는, 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 포함하는 전자기 반사기 구조를 포함하고, 상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고; 및 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성한다.

Description

유전체 공진기 안테나 시스템에 사용하기 위한 전자기 반사판
본 발명은 일반적으로 전자기 장치, 특히 유전체 공진기 안테나(dielectric resonator antenna)(DRA) 시스템에서 사용하기 위한 전자기 반사 구조에 관한 것이고, 보다 상세하게는 DRA 시스템에서 사용하기위한 모놀리식(monolithic) 전자기 반사 구조에 관한 것으로, 이는 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브 애플리케이션에 매우 적합하다.
본 출원은 2018 년 4월 19일자로 출원된 미국 출원 제15/957,078 호의 이익을 주장하며, 이 출원은 2017년 10월 6일자로 출원된 미국 가출원 제 62/569,051 호의 이익을 주장하며, 이는 전체가 본원에 참조로 포함된다. 본 출원은 또한 2018년 4월 19일자로 출원된 미국 출원 제15/957,043 호의 이익을 주장하며, 이 출원은 2017년 5월 2일자로 출원된 미국 가출원 제 62/500,065 호의 이익을 주장하며, 이는 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 일반적으로 전자기 장치, 특히 유전체 공진기 안테나(dielectric resonator antenna)(DRA) 시스템에서 사용하기 위한 전자기 반사 구조에 관한 것이고, 보다 상세하게는 DRA 시스템에서 사용하기위한 모놀리식 전자기 반사 구조에 관한 것으로, 이는 마이크로 웨이브 및 밀리미터 웨이브 애플리케이션에 매우 적합하다.
기존의 DRA 공진기와 어레이는 의도한 목적에 적합할 수 있지만, DRA 기술은 예를 들어 제한된 대역폭, 제한된 효율, 제한된 이득, 제한된 방향성 또는 복잡한 제조 기술과 같은 기존의 단점을 극복할 수 있는 원거리 분야에서 높은 방향성을 가진 고 이득 DRA 시스템을 구축하는데 유용한 전자기 장치로 발전될 것이다.
다음의 간행물은 유용한 배경 기술로 간주될 수 있다: (1) EP 0 587 247 A1 (SECR DEFENSE BRIT [GB]) 1994 년 3 월 16 일 (1994-03-16); (2) JP 2004 112131 A (NEC CORP) 2004 년 4 월 8 일 (2004-04-08); (3) US 2012/256796 A1 (LEIBA YIGAL [IL]) 2012 년 10 월 11 일 (2012-10-11) 및 (4) US 2,624,002 (BOUIX MAURICE G).
일 실시예는 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 전기 전도 구조를 갖는 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 포함하는 전자기 반사 구조; 상기 복수의 반사기는 서로 정렬된 배열로 배치되고; 그리고, 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 일부를 형성하거나 전기 전도 구조와 전기 소통하는 전기 전도베이스를 갖는 리세스를 정의하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(wall)을 형성한다.
본 발명의 상기 특징 및 장점 및 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 다음의 본 발명의 상세한 설명으로부터 쉽게 명백해진다.
유사한 구성요소(element)는 첨부 도면에서 동일하게 번호가 매겨지는 예시적인 비 제한적 도면을 참조하면:
도 1은 일 실시예에 따른, 예시적인 전자기(EM) 장치의 회전된 등각도를 도시한다;
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 도 2e, 도 2f 및 도 2g는 일 실시예에 따른, 이웃하는 반사기 사이에 정렬된 중심 간 간격을 갖는 어레이로 배열되는 도 1의 EM 장치의 복수의 반사기의 대안적인 개념을 도시한다;
도 3은 일 실시예에 따른, 도 1의 것과 유사하나 일단 형성되면 서로 분리될 수 없는 두 개 이상의 구성으로 형성되는 예시적인 EM 장치의 단면의 입면도를 도시한다;
도 4는 일 실시예에 따른, 도 1의 것과 유사하나 구성의 제1 배열 및 제2 배열로부터 형성되는 예시적인 EM 장치의 단면의 입면도를 도시하고 및 부분적으로 조립된 상태를 도시한다;
도 5는 일 실시예에 따른, 복수의 DRA를 갖는 도 3의 것과 유사한 예시적인 EM 장치를 도시한다;
도 6은 일 실시예에 따른, 복수의 DRA를 갖는 도 4의 것과 유사한 예시적인 EM 장치를 도시하고, 완전히 조립된 상태를 도시한다;
도 7은 일 실시예에 따른, 도 5의 절단 선 7-7을 통한 단면도를 도시한다;
도 8은 일 실시예에 따른, 비 평판면 상의 도 1 내지 도 6의 것과 유사한 예시적인 EM 장치를 도시한다;
도 9는 일 실시예에 따른, 도 4의 EM 장치의 일부의 평면도를 도시한다;
도 10은 일 실시예에 따른, 특히 스트립 라인 공급 구조를 사용하는 도 6에 도시된 것과 다른 예시적인 EM 장치의 단면 입면도를 도시한다;
도 11은 일 실시예에 따른, 어레이로서 배열된 도 10의 예시적인 EM 장치의 평면도를 도시한다;
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른, 도 10의 EM 장치를 제조하는 대안적인 방법을 도시한다;
도 14a 및 14b는 일 실시예에 따른, 특히 전기 전도 접지 비아를 사용하는 도 10 및 11의 예시적인 EM 장치의 단면 입면도 및 단면 평면도를 도시한다;
도 15 및 16은 일 시실시예에 따른, 도 14b의 것과 유사하지만 기판 일체형 도파관 형태의 공급 구조를 갖는 대안적인 예시적인 EM 장치의 평면도를 도시한다;
도 17은 일 실시예에 따른, 도 16의 것과 유사하나 단일 기판 집적 도파관이 공급된 다수의 DRA를 갖는 대안적인 예시적인 EM 장치의 평면도를 도시한다; 및
도 18은 일 실시예에 따른, 본 명세서에 개시된 목적에 유용한 예시적인 DRA의 회전된 등각도를 도시한다.
이하의 상세한 설명은 예시의 목적으로 많은 세부 사항을 포함하지만, 당업자는 다음의 세부 사항에 대한 많은 변형 및 변경이 청구 범위의 범주 내에 있음을 이해할 것이다. 따라서, 다음의 예시적인 실시예들은 청구된 발명에 대한 일반화의 손실 및 제한없이 부과된다.
본 명세서에 개시된 실시예는 원거리 장에서 높은 지향성을 갖는 고이득 DRA 시스템을 구축하는데 유용한 전자기(EM) 장치에 대한 상이한 배열을 포함한다. 본 명세서에 개시된 바와 같은 EM 장치의 실시예는 전기 접지 구조로서 기능할 수 있는 전기 전도 구조를 갖는 하나 이상의 단일 EM 반사 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 전기 전도 구조와 전기 소통되는 하나 이상의 전기 전도 EM 반사기를 포함한다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 EM 장치의 실시예는 고이득 DRA 시스템의 형태로 EM 장치를 제공하기 위해 하나 이상의 전기 전도 EM 반사기 중 각각의 하나 내에 배치된 하나 이상의 DRA를 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, 단위 용어는 서로에 대해 자립-지지하는 하나 이상의 구성의 단일 배열을 의미하고, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 수단에 의해 연결될 수 있으며, 하나 이상의 구성과 함께 또는 손상없이 분리될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 일체형 구조(one-piece structure)의 문구는 서로에 대해 자립-지지(self-supporting)이며, 정상적인 사용 동안 하나 이상의 구성 중 다른 구성과 완전히 분리될 수 있는 구성이 없고, 연관된 구성의 일부를 파괴하거나 손상시키지 않으면서 하나 이상의 구성 중 다른 구성과 완전히 분리될 수 있는 구성이 없는 것이다.
본원에 사용된 바와 같이, 일체로 형성된(integrally formed)의 문구는, 예들 들어 플라스틱 성형(molding) 프로세스, 3D 프린팅 프로세스, 증착 프로세스로 또는 기계 가공 또는 단조 금속 가공 프로세스로부터 생성된 구조와 같은, 구조의 한 영역에서 다른 영역으로의 물질 불연속이 없는 나머지 구조에 공통인 물질로 형성된 구조를 의미한다. 대안적으로, 일체로 형성된 단일 일체형 불가분의 구조를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 모놀리식이라는 용어는 단일 물질 조성물로부터 일체로 형성된 구조를 의미한다.
이제 도 1을 참조하면, EM 장치(EM device)(100)의 실시예는 전기 전도 구조(104)를 갖는 단일 전자기 반사 구조(unitary electromagnetically reflective structure)(102) 및 전기 전도 구조(electrically conductive structure)(104)와 일체로 형성되거나 전기 통신하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기(reflector)(106)를 포함한다. 복수의 반사기(106)는 순서 배열로 서로에 대해 배치되고, 여기서 복수의 반사기(106)의 각각의 반사기는 전기 전도 구조(104)의 일부를 형성하거나 전기 전도 구조(104)과 전기 통신하는 전기 전도베이스(electrically conductive base)(112)를 갖는 리세스(recess)(110)를 형성하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(wall)(108)을 형성하고, 전기 전도베이스(112)는 전자기 신호를 수신하도록 구성된 공급 구조(feed structure)(113)를 포함한다. 일 실시예에서, 전기 전도 구조(104)은 EM 장치(100)의 전기 접지 기준 전압(electrical ground reference voltage)을 제공하도록 구성된다. 도 1은 절두 원추형 형상(truncated conical shape)(z 축에 대한 각진 벽)을 갖는 벽(wall)(108)을 도시하지만, 본 발명의 범위는 그렇게 제한되지 않으며, 반사기(106)의 벽(108)이 z 축에 대해 수직일 수 있다(도 3-6을 참조하여 가장 잘 볼 수 있음).
일 실시예에서, 단일 전자기 반사 구조(electromagnetically reflective structure)(102)는 거시적 이음새 또는 조인트가 없는 단일 물질 조성물로 형성된 모놀리식(monolithic) 구조이다. 그러나, 이하에 더 설명될 바와 같이, 본 발명의 실시예는 이러한 모놀리식 구조로 제한되지 않는다.
도 1은 2x2 반사기 어레이(106)를 도시하지만, 이것은 단지 설명을 위한 것이며 본 발명의 범위는 2x2 어레이로만 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 도 1은 임의의 수의 그리고 임의의 어레이 배열의 다수의 반사기, 또는 단일 반사기를 포함하여 본원의 개시 내용과 일치하는 단일 전자기 반사 구조의 임의의 수의 반사기를 나타내는 것으로 이해될 것이다.
실시예에서, 그리고 도 1 및 도 2a-g를 참조하면, 복수의 반사기(106)는 다음 배열 중 임의의 것에 따라 이웃하는 반사기 사이에 중심 간 간격을 갖는 어레이로 배열될 수 있다: x = y 그리드 형태에서 서로 동일하게 이격되는, 여기서 A = B(예를 들어, 도 1 및 2a 참조); 다이아몬드 형태의 다이아몬드 형상이 대향하는 내각 α<90도 및 대향하는 내각 β> 90도를 갖는 다이아몬드 형태에서 이격되는(예를 들어, 도 2b 참조); 균일한 주기적 패턴으로 서로에 대해 이격되어 있고(예를 들어, 도 2a, 2b, 2c, 2d 참조); 비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2e, 2f, 2g 참조); 균일한 주기적인 패턴으로 비스듬한 그리드상에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2c 참조); 균일한 주기적인 패턴으로 방사상 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2d 참조); 비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2e 참조); 비 주기적 패턴을 증가 또는 감소시키는 경사 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2f 참조); 비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 방사상 그리드에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2g 참조); 균일한 주기적 패턴으로 비 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는(예를 들어, 도 2b, 2c, 2d 참조); 비 주기적 패턴을 증가 또는 감소시키는 비 x-y 그리드상에서 서로에 대해 이격되어 있다(예를 들어, 도 2f, 2g 참조). 복수의 반사기의 다양한 배열이 본 명세서에 도시되어 있지만, 예를 들어 도 1 및 도 2a-2g를 통해 설명되고, 이러한 도시된 배열은 본 명세서에 개시된 목적에 따라 구성될 수 있는 많은 배열을 전부 포함하지는 않는 다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 목적을 위해 본 명세서에 개시된 복수의 반사기의 임의의 및 모든 배열이 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 예상되고 고려된다.
실시예에서 그리고 이제 도 3을 참조하면, EM 장치(100)의 단일 전자기 반사 구조(102)는 일단 형성되면 서로 분리될 수 없는 두 개 이상의 구성 - 상기 두 개 이상의 구성을 영구적으로 손상시키거나 파괴하지 않으면서 - 으로 형성된 복합 구조일 수 있다. 예를 들어, 단일 전자기 반사 구조(102)는 비금속 부분(non-metallic portion)(300)(예를 들어, 하나 이상의 비금속 부분을 포함할 수 있음) 및 비금속 부분(300)의 적어도 일부 위에 배치된 금속 코팅(350)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 금속성 코팅(metallic coating)(350)은 비금속성 부분(non-metallic portion)(300)의 모든 노출된 표면 위에 배치되며, 여기서 금속성 코팅(350)은 본원에 개시된 목적과 일치하는 이유로 가공, 에칭 또는 제거될 수 있다(예를 들어, 어퍼처(114)를 갖는 공급 구조(113)의 생성을 위한 것과 같은). 본원에 개시된 금속 코팅은 구리 또는 본원에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 전기 전도 물질일 수 있고, 클래드 층, 증착 또는 전착 또는 증기 코팅, 또는 물리적 기상 증착 금속 코팅, 도금 또는 전기 도금 코팅 또는 무전해 도금된 코팅, 또는 금속의 임의의 다른 층, 코팅 또는 증착, 또는 본원에 개시된 목적에 적합한 금속을 포함하는 조성물 일 수 있다. 일 실시예에서, 비금속 부분(300)은 중합체, 중합체 라미네이트, 강화 중합체 라미네이트, 유리 강화 에폭시 라미네이트, 또는 본원에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 중합체 물질 또는 조성물, 예를 들어 성형 중합체 또는 사출 성형된 중합체를 포함한다. 도시한 바와 같이, 도 3에 도시된 단일 전자기 반사 구조(102)는 전기 전도 구조(104) 및 전기 전도 구조(104)와 일체로 형성되거나 전기 전도 구조를 갖는 복수의 전기 전도 전자기 반사기(106)를 포함한다. 복수의 반사기(106)의 각각의 반사기는 전기 전도 구조(104)의 일부 또는 전기 통신 구조를 갖는 전기 전도베이스(112)를 갖는 리세스(110)를 정의하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(108)을 형성하고, 전기 전도베이스는(112)는 예를 들어 마이크로 스트립 공급부(micro-strip feeds)(116)로부터 같은 전자기 신호를 수신하도록 구성된 어퍼처(114)를 포함한다. 더 일반적으로, 공급 구조(feed structure)(113)는 스트립 라인 또는 마이크로 스트립을 포함하는 임의의 전송 라인 일 수 있거나, 예를 들어 기판 일체형 도파관과 같은 도파관 일 수 있다. 일 실시예에서, 전기 전도베이스(112)는 하나 이거나, 전기 전도 구조(104)와 동일할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 전도베이스(112) 및 전기 전도 구조(104)는 중간 유전체층(118)을 통해 마이크로-스트립 공급부(116)로부터 분리된다. 마이크로 스트립(116)에 대한 대안으로 다른 실시예에서, 어퍼처(114) 내에 동축 케이블(120)이 배치될 수 있고, 여기서 어퍼처(114)는 그 안에 동축 케이블(120)의 삽입을 위해 유전체층(118)을 통해 연장될 것이다. 도 3은 마이크로 스트립(microstrip)(116) 및 동축 케이블(coaxial cable)(120) 모두를 도시하지만, 이러한 도시는 단지 예시적인 목적을 위한 것이며, 본 발명의 실시예는 단지 하나의 유형의 신호 공급부, 또는 본 명세서에 개시된 바와 같이 또는 당 업계에 달리 알려진 신호 공급부의 임의의 조합을 이용할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
60GHz 애플리케이션에서 EM 장치(100)는 다음과 같은 치수를 가질 수 있다: 약 1 밀리미터(mm)의 반사기 벽(108)의 높이(122); 약 2.2 mm의 리 세스(110)의 전체 어퍼처 치수(124); 약 0.2 mm의 인접한 반사기(106) 사이의 최소 벽 두께 치수(126); 약 0.2 mm의 어퍼처(114)의 어퍼처 치수(128); 및 약 0.1 mm의 유전체 층(118)의 두께 치수(130).
이제 도 4를 참조하면, 일 실시예는 제1 배열(first arrangement)(400) 및 제2 배열(second arrangement)(450)로부터 형성된 단일 전자기 반사 구조(unitary electromagnetically reflective structure)(102)를 포함하고, 여기서, 제1 배열(400)은 제1 금속 코팅(first metallic coating)(404)을 갖는 제1 비금속 부분(first non-metallic portion)(402)을 갖고, 제2 배열(450)은 제2 금속 코팅(second metallic coating)(454)을 갖는 제2 비금속 부분(non-metallic portion)(452)을 갖는다. 제1 및 제2 배열(400, 450)이 서로 조립될 때 제2 금속 코팅(454)의 적어도 일부(a portion)(456)는 제1 금속 코팅(404)의 적어도 일부(406)와 전기 통신한다(조립 화살표(132) 참조). 부분(406)과 부분(456) 사이의 전기 통신은 여기에 개시된 목적에 적합한 임의의 수단에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 열 및/또는 압력 처리를 통한 야금 본딩, 진동 용접을 통한 야금 본딩, 금속 땜납을 통한 야금 본딩, 또는 은으로 채워진 에폭시와 같은 전기 전도 수지를 통한 접착제 본딩 등을 들 수 있다. 이러한 본딩 예는 본 명세서에서 비 제한적인 예로서만 제시되며, 본 명세서에 개시된 목적을 위해 원하는 정도의 전기 통신을 달성하는 모든 가능한 방식을 포함하도록 의도되지 않는다. 제1 배열(400), 보다 특히 제1 금속 코팅(404)은 전기 전도 구조(104)를 적어도 부분적으로 제공한다. 제2 배열(450), 보다 특히 제2 금속 코팅(454)은 리세스(110)를 형성하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(wall)(108)을 갖는 복수의 전기 전도 전자기 반사기(electrically conductive electromagnetic reflector)(106)를 적어도 부분적으로 제공한다. 제1 금속 코팅(404)의 다른 부분(408)은 전기 전도 구조(electrically conductive structure)(104)의 일부를 형성하거나 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전기 전도베이스(electrically conductive base)(112)를 형성한다. 일 실시예에서, 전기 전도베이스(112), 보다 특별하게는 제1 금속 코팅(404)은 전자기 신호를 수신하도록 구성된 어퍼처(aperture)(114)를 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 비금속 부분(402)은 제1 측면(402.1) 및 대향하는 제2 측면(402.2)을 가지며, 어퍼처(114)를 갖는 제1 금속 코팅(404)은 제1 비금속 부분(402)의 제1 측면(402.1) 상에 배치된다.
일 실시예에서, 전기 전도 마이크로 스트립(electrically conductive microstrip)(116)은 제1 비금속 부분(402)의 제2 측면(402.2) 상에 배치되고, 마이크로 스트립(116)은 어퍼처(114)와 신호 통신하도록 배치된다. 일 실시예에서, 어퍼처(114)는 마이크로 스트립(116)에 직교하여 배치된 세로의 슬롯 방향을 갖는 슬롯 형 어퍼처다. 다른 실시예에서, 마이크로 스트립(116)에 대한 대안으로, 동축 케이블(coaxial cable)(120)은 어퍼처(114) 내에 배치될 수 있으며, 여기서 어퍼처(114)는 동축 케이블(120)의 삽입을 위해 제1 비금속 부분(402)을 통해 연장될 수 있다(예를 들어, 도 3의 도면과 유사). 다른 실시예에서, 스트립 라인은 제1 비금속 부분(402)(마이크로 스트립(116)과 유사)의 제2 측면(402.2) 상 및 스트립 라인(stripline)을 샌드위치 하도록 제공된 후면 비금속 부분에 배치될 수 있고, 여기서 후면 비금속 부분은 스트립 라인을 차폐하는 접지면을 포함한다(도 10을 참조하여 아래에서 가장 잘 도시되고 논의됨).
도 3 및 도 4와 관련된 전술한 설명으로부터, EM 장치(100)의 실시예는 비금속 부분(non-metallic portion)(300, 402, 452)과 비금속 부분의 적어도 일부 위에 금속 코팅(metallic coating)(350, 404, 454)의 조합을 갖는 단일 전자기 반사 구조(unitary electromagnetically reflective structure)(102), 전기 전도 구조(104)를 형성하는 결합 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되고 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전기 전도 전자기 반사기(electrically conductive electromagnetic reflector)(106)를 포함하는 것으로 이해될 것이고, 반사기는 전기 전도 구조의 일부를 형성하거나 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전기 전도베이스(112)를 갖는 리세스(recess)(110)를 형성하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(108)을 형성하고, 상기 전기 전도베이스는 전자기 신호를 수신하도록 구성된 어퍼처(114)를 갖는다.
이제 도 1, 3 및 4와 결합하여 도 5 및 6을 참조한다. 여기서, 도 5는 도 3과 유사한 단일 전자기 반사 구조(102)를 도시하고, 도 6은 본딩 부분(bonding portion)(406, 456)에서 조립되고 전기적으로 연결될 때 도 4와 유사한 단일 전자기 반사 구조(102)를 도시한다. 도 5 및 6은 각각 복수의 유전체 공진기 안테나(DRA)(500)를 도시하며, 여기서 각각의 DRA(500)는 복수의 반사기(106) 중 하나와 일대일 관계로 배치되고, 각 DRA(500)는 전기 전도베이스(112) 중 하나와 관련된다. 　일 실시예에서, 각각의 DRA(500)는 도 5 및 6에서 DRA(502)를 통해 도시된 전기 전도베이스(112) 중 하나의 관련베이스 상에 직접 배치된다. 다른 실시예에서, 각각의 DRA(500)는 그 사이의 중간 유전체 물질(intervening dielectric material)(504)를 갖는 전기 전도베이스(112) 중 하나와 관련되어 배치되며, 이는 도 5 및 6에서 유전체 물질(504)의 상부에 배치된 DRA(506)를 통해 도시된다. 중간 유전체 물질(504)를 사용하는 실시예에서, 중간 유전체 물질(504)는 EM 장치(100)의 동작 파장(operating wavelength) λ의 1/50 이하인 두께 "t"를 가지며, 여기서 동작 파장 λ는 자유 공간에서 측정된다. 일 실시예에서, 주어진 복수의 반사기(106) 중 하나의 전체 높이 "Hr"은 입면도에서 관찰된 바와 같이 복수의 DRA(500) 중 각각의 하나의 전체 높이 "Hd"보다 작다. 한 구체 예에서, Hr은 Hd의 80% 이상이다.
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여전히 도 5 및 도 6을 참조하면, 실시예는 복수의 DRA(500)의 주변 구조는 연관되어 연결된 DRA(502, 506)의 전체적인 외부 치수와 비교하여 얇은 비교적 얇은 연결 구조(connecting structure)(508)를 통해 선택적으로(점선으로 표시됨) 연결될 수 있는 배열을 포함한다. 도 7은 DRA(500)에 대한 연결 구조(508)의 절단 선 7-7을 통한 단면도를 도시한다. 연결 구조(508)는 높이 치수(134) 및 폭 치수(136)를 갖고, 치수(134 및 136) 각각은 예를 들어 λ와 같거나 이하 또는 예를 들어 λ/2 와 같거나 이하와 같이 비교적 얇다. 일 실시예에서, 복수의 DRA(500)의 인접 이웃 구조는 절대적으로 가장 근접한 인접 구조다. 다른 실시예에서, 복수의 DRA(500)의 인접 이웃 구조는 대각선으로 가장 근접한 인접 이웃이다.
각각의 DRA(500)는 자유 공간에서 측정된 바와 같이, 관련 동작 파장 λ를 갖는 정의된 주파수 f에서 동작하고, 복수의 반사기(106) 및 관련 DRA(500)는(전체를 통해) 다음 배열 중 하나에 따라 이웃 반사기를 사이에 중심 간 간격(주어진 DRA 어레이의 전체 구조를 통하여)을 갖는 어레이로 배열된다: 반사기(106)와 관련 DRA(500)는 λ 이하의 간격으로 서로에 대해 이격되는; 반사기(106)와 연관 DRA(500)는 λ 이하 및 λ/2 이상의 간격을 두고 서로에 대해 이격되는; 또는, 반사기(106)와 연관 DRA(500)는 λ / 2 이하의 간격으로 서로에 대해 이격됨. 예를 들어, 10GHz와 같은 주파수에 대해 λ에서, 하나의 DRA의 중심으로부터 인접 DRA의 클로셋(closet) 중심까지의 간격은 약 30mm 이하, 또는 약 15mm 내지 약 30mm 사이이며, 또는 약 15 mm 이하이다.
일 실시예에서, 복수의 반사기(106)는 예를 들어 도 3 및 4에 도시된 전기 전도 구조(104)와 같은 평판면(planar surface) 상에 서로에 대해 배치된다. 그러나, 본 발명의 범위는 복수의 반사기(106)가 예를 들어 구면 또는 원통형 표면과 같은 비평판면(140)(예를 들어도 8 참조) 상에 서로에 대해 배치될 수 있기 때문에 제한되지 않는다.
본 명세서에 개시된 복수의 DRA(500) 및 EM 장치(100)의 실시예에서, DRA(500)는 예를 들어 마이크로 스트립(116)(또는 스트립 라인) 또는 동축 케이블(120)과 같은 하나 이상의 신호 공급에 의해 단일 공급, 선택 공급 또는 다중 공급될 수 있다. 본 명세서에서 마이크로 스트립(116) 및 동축 케이블(120)만이 예시적인 신호 공급부 인 것으로 도시되었지만, 일반적으로, 주어진 DRA(500)의 여기는 구리 와이어, 동축 케이블, 마이크로 스트립(예를 들어, 슬롯 형 구멍을 갖는), 스트립 라인(예를 들어, 슬롯 어퍼처를 갖는) 도파관, 표면 일체형 도파관, 기판 일체형 도파관, 또는 예를 들어 각각의 DRA(500)에 전자 기적으로 결합된 전도 잉크와 같은 본원에 개시된 목적에 적합한 임의의 신호 공급에 의해 제공될 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 전자기적으로 결합된 어구는 두 위치 사이의 물리적 접촉을 포함하지 않고 전자기 에너지를 한 위치에서 다른 위치로 의도적으로 전달하는 기술 용어이며, 본 명세서에 개시된 실시예와 관련하여, 보다 구체적으로, 연관 DRA의 전자기 공진 모드와 일치하는 전자기 공진 주파수를 갖는 신호 소스 사이의 상호 작용을 지칭한다. 특정 DRA에 직접 매립된 신호 공급부에서, 신호 공급부는 접지 구조의 어퍼처를 통해 접지 구조와의 비-전기적 접촉으로 접지 구조를 통과하고, 유전체 물질의 몸체로 들어간다. 본원에 사용된 바와 같이, 비 기체 유전체 물질 이외의 유전체 물질에 대한 언급은 공기, 표준 대기압(1 기압)과 온도(섭씨 20도)에서 약 1의 비유전율(εr)을 가진다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "상대 유전율(relative permittivity)"이라는 용어는 단지 "유전율(permittivity)"로 약칭될 수 있거나 "유전상수(dielectric constant)"라는 용어와 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 사용된 용어에 관계없이, 당업자는 본원에 제공된 전체 발명의 개시 내용을 읽음으로써 본원에 개시된 본 발명의 범위를 쉽게 이해할 것이다.
본 명세서에서 실시예가 송신기 안테나 시스템인 것으로 설명될 수 있지만, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며 또한 수신기 안테나 시스템을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
전술한 관점에서, DRA(500)가 있거나 없는 본 명세서에 개시된 EM 장치(100)의 실시예는 전자 부품의 인쇄 회로 기판(PCB) 유형 기판 상에 또는 웨이퍼 레벨(예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 웨이퍼)에 형성될 수 있음을 이해할 것이다. PCB의 경우, EM 장치(100)는 리세스를 만들기 위해 블라인드 제조 프로세스, 또는 스루홀비아(through-hole via)를 사용하여 형성될 수 있다. EM 장치(100)는 마이크로 스트립 공급 네트워크(116)(또는 스트립 라인 공급 네트워크)를 사이에 두고 다른 라미네이트 층 위에 배치될 수 있고, RF 칩 및 다른 전자 부품이 라미네이트의 후면에 장착될 수 있다.
일 실시예에서, 리세스(110)는 예를 들어 전술한 제2 비금속 부분(452)(도 4 참조)과 같은 보드 또는 기판을 통해 약 2mm 직경의 스루홀비아를 기계적으로 드릴링 또는 레이저 드릴링 및/또는 라우팅 또는 밀링하고, 드릴 된 보드를 상기 언급된 제2 금속 코팅(second metallic coating)(454)과 같은 금속으로 코팅하고, 드릴 및 코팅 된 보드를 본딩하고, 드릴 및 코팅 된 보드 조합은 예를 들어 상기 언급된 제2 배열(450)과 동의어이고, 예를 들어 적어도 제2 비 금속 부분(452)를 위한 유전체 기판으로서 FR-4 유리-강화 에폭시 라미테이트 또는 유사한 물질의 사용을 허용하게 하는, 예를 들어 섭씨 300도 미만과 같은 저온 결합 프로세스를 사용한 전술한 제1 배열(400)(도 4 참조)에 의해 형성된다. 도 9는 예시적인 드릴 및 코팅 보드(제2 배열(450))의 평면도를 도시한다. 도 4에 도시된 제2 배열(450)은 단면 절단 선 4-4를 통해 취해진다. 차폐된 스트립 라인 공급 구조를 사용하는 조립체(1000)의 대안적인 실시예를 도시하는 도 10을 참조한다. 도시한 바와 같이, 어셈블리(1000)는 도 4의 것과 유사하지만 제1 비금속 부분(402)의 제1 측면(402.1) 상에 배치되는 제1 금속 코팅 부분(404)을 갖는 제1 배열(400)의 구조에서 차이를 가지는 단일 전자기 반사 구조(102), 제1 비금속 부분(402)(도 4에 도시된 마이크로 스트립(116)과 유사한)의 제2 측면(402.2)에 배치된 스트립 라인(117), 제1 비금속 부분(402)과 후면 비금속 부분(410) 사이에 스트립라인(117)이 샌드위치 되도록 제공된 후면 비금속 부분(410), 및 스트립 라인(117)을 사이에 두고 제1 비금속 부분(402)과 후면 비금속 부분(410)을 본딩 하기 위해 제공된 프리-프레그 층(pre-preg layer)(412)을 포함한다. 후면 비금속 부분(410)의 외부(하부) 표면은 전기 전도 경로(414)를 통해 제1 금속 코팅(404)에 전기적으로 연결된 전기 전도 접지 구조(104)를 포함한다. 도 10에 도시된 제2 배열(450)의 특징은 도 4와 관련하여 설명된 것과 동일하므로 여기서 반복되지 않지만, 도 10에서 유사한 참조 번호로 간단히 열거된다.
또한, 전술한 비교적 얇은 연결 구조(508)가 없는 DRA(500)가 도 10에 도시되어 있으며, 여기서 DRA(500)는 또한 도 4에 도시된 것과 다른 전체적인 외부 형상을 갖는 DRA를 나타내기 위해 참조 번호 510으로 표시된다. 예를 들어, 도 10에서, DRA(510)는 측벽이 선형 또는 수직 부분을 갖지 않는 탄환 노즈 형상(bullet nose shape)을 갖지만, 대신 전기 전도베이스(112)의 넓은 근위 단부(broad proximal end)로부터 DRA(510)의 상부 피크에서 좁은 말단 단부(distal end)로 연속적인 곡선 방식으로 전이된다. 일반적으로, 도 5, 6, 7 및 10에서, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 DRA(500)는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한, 예를 들어, 수직 측벽을 갖는 돔형, 수직 측벽을 갖지 않는 탄환 노즈 형상, 반구형 또는 전술한 것의 임의의 조합과 같은 임의의 형상(평면도에서 관찰되는 바와 같은 단면 형상 및 평면 형상에서 관찰되는 바와 같은 단면 형상)을 가질 수 있다. 또한, 본원에 개시된 임의의 DRA(500)는 일체형 고체 DRA, 중공 에어 코어 DRA, 또는 상이한 유전상수를 갖는 유전층을 갖는 다층 DRA 일 수 있고, 모든 버전은 도 10의 좌측 DRA(510)에 도시된(선택적) 점선으로 표시된다.
도 11은 단일 전자기 반사 구조(102)의 리세스(110) 각각에 배치된 도 10의 DRA(510)의 어레이의 평면도를 도시한다. 도 11에서 주목되는 것은, x 방향의 전체 DRA 치수 "a"가 y 방향의 전체 DRA 치수 "b"보다 크며, 이는 사용된 공급 구조의 유형에 의존하는 매칭 및/또는 원거리 장 방사선의 제어를 제공하는 역할을 한다. 일반적으로, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 DRA(500)는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 형상(평면도에서 관찰되는 바와 같은 단면 형상)을 가질 수 있다. 일반적으로 도 10의 어셈블리(1000)를 제조하는 두 개의 방법(600, 650)을 예시하는 도 10과 조합하여 도 12 및 도 13을 참조한다.
방법 600에서: 첫째, 공급 기판이 제조된다(602); 둘째, 반사기 구조가 공급 기판(604)에 부착되고; 및 마지막으로, DRA와 같은 유전체 구성 요소(component)가 공급 기판(606) 상에 제공되며, 이는 인서트 성형(insert molding), 3D 프린팅, 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 또는 본원에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 제조 수단을 통해 달성될 수 있다.
방법(600)은 다음과 같이 추가로 설명될 수 있으며, 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기 - 상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고, 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하는 - 를 포함하는 전자기 반사 구조를 갖는 전자기 장치를 제조하는 상기 방법(600)에 있어서: 전자기 반사 구조를 제공하고 이를 몰드에 삽입하는 단계; 및 하나 이상의 유전체 공진기 안테나 DRA를 전자기 반사 구조 상에 성형하고 DRA가 적어도 부분적으로 경화되게 하는 단계;를 포함하고, 상기 하나 이상의 DRA는 상기 리세스 중 각각의 하나와 일대일 관계로 배치된다.
방법 650에서: 첫째, 공급 기판이 제조된다(652); 둘째, DRA와 같은 유전체 구성 요소가 공급 기판(654) 상에 제공되며, 이는 인서트 성형, 3D 프린팅, 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 또는 본원에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 제조 수단을 통해 달성될 수 있으며; 및 마지막으로, 반사기 구조는 공급 기판(656)에 부착된다.
방법(650)은 다음과 같이 추가로 설명될 수 있으며, 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기 - 상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고, 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 통신하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하는 - 를 포함하는 전자기 반사 구조를 갖는 전자기 장치를 제조하는 상기 방법(650)에 있어서: 전기 전도 구조를 포함하는 공급 구조를 제공하고 상기 공급 구조를 몰드에 삽입하는 단계; 하나 이상의 유전체 공진기 안테나(DRA)를 공급 구조 상에 성형하고, DRA가 DRA 서브 구성 요소를 제공하기 위해 적어도 부분적으로 경화되게 하는 단계; 및 상기 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 포함하는 반사기 구조를 제공하고, 상기 복수의 전기 전도 전자기 반사기가 상기 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 전기 통신하도록 상기 반사기 구조를 DRA 서브 구성 요소에 부착하는 단계;를 포함하고, 상기 하나 이상의 DRA는 상기 리세스 중 각각의 하나와 일대일 관계로 배치된다.
방법(600) 또는 방법(650)에서, 공급 기판은 보드(예를 들어, PCB), 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 다른 반도체 기반 웨이퍼), 또는 도 4 또는 도 4에 도시된 제1 장치(400) 일 수있다. 도 10에 도시 된 바와 같이, 반사기 구조는도 4 또는도 10에 도시 된 제2 배치(450) 일 수 있고, 유전체 구성 요소는 여기에 제공된 여러 도면에 도시된 DRA(500) 중 임의의 것일 수 있다.
이제 도 1과 조합하여 도 14a 및 14b를 참조한다. 도 14a는 단면 입면도이고, 도 14b는 전기 전도 구조(104)를 갖는 단일 전자기 반사 구조(102), 및 전기 전도 구조(104)와 일체로 형성되거나 전기 전도인 전기 전도 전자기 반사기(106)를 포함하는 EM 장치(100)의 단면도를 도시한다. 반사기(106)는 전기 전도 구조(104)의 일부를 형성하거나 전기 전도 구조(104)과 전기 통신하는 전기 전도베이스(112)를 갖는 리세스(110)를 형성하고 적어도 부분적으로 둘러싸는 벽(108)을 형성하고, 전기 전도베이스(112)는 전자기 신호를 수신하도록 구성된 공급 구조(113)를 포함한다. 도시된 바와 같이, DRA(500)는 리세스(110) 내에 배치되고 전기 전도베이스(112)와 접촉한다. 도 14a 및 도 14b를 도 10과 비교하면, 유사성이 보일 수 있다. 예를 들어, 도 14a, 14b의 실시예는 예를 들어 프리-프레그 매체(pre-preg medium)(412)와 같은 유전체 매체 내에 매립된 스트립 라인(117) 형태의 공급 구조(113)를 가지며, 예를 들어 전기 전도베이스(112)를 전기 전도 구조(접지)(104)에 전기적으로 연결하는 접지 비아의 형태로 전기 전도 경로(electrically conductive path)(414)를 갖는다. 전기 전도베이스(112)를 전기 전도 구조(104)로부터 분리하고, 이를 통해 그라운드 비아(ground via)(414)가 통과하는 것은 제1 비금속 부분(first non-metallic portion)(402), 후면 비금속 부분(backside non-metallic portion)(410) 중 하나 이상과 유사한 유전체 매체(dielectric medium)(416)이거나, 프리-프레그 층(412)(도 10과 연결하여 위에서 논의됨)이다.
도 14a 및 도 14b와 결합하여 도 15 및 16을 참조하면, 도 15 및 16 각각은 도 14b와 유사한 EM 장치(100)의 대안적인 평면도를 도시하나, 도 14a 및 도 14b의 스트립라인(117)을 대체하는 기판 일체형 도파관(substrate integrated waveguide)(SIW)(115) 형태의 대안적인 공급 구조(feed structure)(113)을 구비한다. SIW(115)의 공급 경로는 도 15 및 도 14a 및 도 16 및 도 14a를 참조하여 볼 수 있으며, 여기서 SIW(115)의 공급 경로는 전기 전도베이스(112)에 의해 형성된 상부 전기 전도 도파관 경계(electrically conductive waveguide boundary), 전기 전도(접지) 구조(electrically conductive(ground) structure)(104)에 의해 형성된 하부 전기 전도 도파관 경계, 및 전기 전도베이스(112)를 전기 전도(접지) 구조(104)에 전기적으로 연결하는 전기 전도 비아(electrically conductive via)(414)에 의해 형성된 좌/우 전기 전도 도파관 경계를 가진다. 유전체 매체(dielectric medium)(416)는 전술한 도파관 경계 내에 배치되며, 제1 비금속 부분(402), 후면 비금속 부분(410) 또는 프리-프레그(pre-preg) 층(412)(도 10과 연결하여 위에서 논의됨), 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 유전체 매체 중 하나 이상과 유사할 수 있다. 도 15 및 16을 비교하면, SIW(115)의 폭 Wg는 도 15에 도시된 바와 같이(반사기 벽(108)의 전체 외부 치수에 의해 정의된 것 같이) EM 장치(100)의 단위 셀의 폭 Wc보다 작을 수 있거나, SIW(115)의 폭 Wg은 도 16에 도시된 바와 같이(반사기 벽(108)의 전체 외부 치수에 의해 정의된 것 같이) EM 장치(100)의 단위 셀의 폭 Wc와 동일하거나 실질적으로 동일할 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 실시예는 다수의 DRA(500)에 단일 SIW(115)가 공급되는 EM 장치(100)를 포함한다.
그리고, 단지 두 개의 DRA(500)가 도 17에 도시되어 있지만, 이는 단지 설명을 위한 것이며 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않으며 본 명세서의 개시와 일치하는 임의의 수의 DRA(500)를 포함한다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 제공된 다른 도면을 갖는 유사한 특징인 도 17에 도시된 다른 특징은 추가의 설명없이 유사한 참조 번호로 열거된다.
DRA(500)의 다양한 실시예가 여기에서 설명되고 도시되었지만, 본 발명의 범위는 지금까지 설명되고 도시된 3 차원 형상만을 갖는 DRA(500)로 제한되지 않고, 본원에 개시된 목적에 적합한 DRA, 예를 들어 도 18에 도시된 바와 같이 반구형 DRA(512), 원통형 DRA(514) 및 직사각형 DRA(516)를 포함하는 임의의 3-D 형상을 포함한다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용하기 위한 유전체 물질은 본 명세서에 개시된 목적을 위해 원하는 전기적 및 기계적 특성을 제공하도록 선택된다. 유전체 물질은 일반적으로 열가소성 물질 또는 열경화성 중합체 매트릭스 및 유전체 충전제를 함유하는 충전제 조성물을 포함한다. 유전체 몸체는 유전체 몸체의 부피를 기준으로, 중합체 매트릭스의 30 내지 100 부피%(vol%), 및 충전제 조성물의 0 내지 70 부피%, 또는 중합체 매트릭스의 30 내지 99 부피% 및 충전제 조성물 1 내지 70 부피%, 또는 중합체 매트릭스의 50 내지 95 부피% 및 충전제 조성물의 5 내지 50 부피%을 포함할 수 있다. 중합체 매트릭스 및 충전제는 본원에 개시된 목적에 부합하는 유전상수 및 10 기가 헤르츠(GHz)에서 0.006 미만 또는 0.0035 이하의 감쇠 계수를 갖는 유전체 몸체을 제공하도록 선택된다. 감쇠 계수(dissipation factor)는 IPC-TM-650 X 대역 스트립 라인 방법 또는 스플릿 공진기 방법으로 측정할 수 있다.
유전체 몸체는 낮은 극성, 낮은 유전상수 및 낮은 손실 중합체를 포함한다. 중합체는 1,2-폴리부타디엔(PBD), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리부타디엔-폴리이소프렌 공중합체(polybutadiene-polyisoprene copolymers), 폴리에테르이미드(PEI), 플루오로 중합체(fluoropolymer), 예컨대 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리아미드이미드(polyamidimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리시클로헥실렌 테레프탈레이트(polycyclohexylene terephthalate), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ethers), 알릴화 폴리페닐렌 에테르(allylated polyphenylene ethers)를 기반의 것들, 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함한다. 저극성 중합체와 고극성 중합체의 조합도 사용될 수 있으며, 비 제한적인 예는 에폭시 및 폴리(페닐렌 에테르(phenylene ether)), 에폭시 및 폴리(에테르이미드), 시아네이트 에스테르(cyanate ester) 및 폴리(페닐렌 에테르), 및 1,2-폴리부타디엔(polybutadiene) 및 폴리에틸렌(polyethylene)을 포함한다.
플루오로 중합체(Fluoropolymer)는 불소화 호모 중합체(fluorinated homopolymers), 예를 들어 PTFE 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene)(PCTFE) 및 플루오르 화 공중합체, 예를 들어 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropylene) 또는 퍼플루오로알킬비닐에테르(perfluoroalkylvinylethers), 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride), 비닐 플루오라이드(vinyl fluoride), 에틸렌, 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합과 같은 단량체를 갖는 테트라플로오르에틸렌(tetrafluoroethylene) 또는 클로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoroethylene)의 공중합체를 포함한다. 플루오로 중합체는 상이한 하나 이상의 이들 플루오로 중합체의 조합을 포함할 수 있다.
중합체 매트릭스는 열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "열경화성 폴리부타디엔(thermosetting polybutadiene) 또는 폴리이소프렌(polyisoprene)"은 부타디엔, 이소프렌 또는 이들의 조합으로부터 유도된 단위를 포함하는 단일 중합체 및 공중합체를 포함한다. 다른 공중합체 된 단량체로부터 유도된 단위는 또한 예를 들어 그래프트 형태로 중합체에 존재할 수 있다. 예시적인 공중합체 된 단량체는 비닐 방향족 단량체, 예를 들어, 이에 제한되지 않는, 스티렌(styrene), 3-메틸스티렌(3-methylstyrene), 3,5-디에틸스티렌(3,5-diethylstyrene), 4-n-프로필스티렌(4-n-propylstyrene), 알파-메틸스티렌(alpha-methylstyrene), 알파-메틸비닐톨루엔(alpha-methyl vinyltoluene), 파라-하이드록시스티렌(para-hydroxystyrene), 파라-메톡시스티렌(para-methoxystyrene), 알파-클로로스티렌(alpha-chlorostyrene), 알파-브로모스티렌(alpha-bromostyrene), 디클로로스티렌(dichlorostyrene), 디브로모스티렌(dibromostyrene), 테트라-클로로스티렌(tetra-chlorostyrene) 등과 같은 치환 및 비치환 모노비닐 방향족 단량체(divinylaromatic monomers); 및 디비닐벤젠(divinylbenzene), 디비닐톨루엔(divinyltoluene) 등과 같은 치환 및 비치환 된 디비닐 방향족 단량체를 포함한다. 상기 공중합체 된 단량체 중 적어도 하나 이상을 포함하는 조합이 또한 사용될 수 있다. 예시적인 열경화성 폴리부타디엔(polybutadiene) 또는 폴리이소프렌(polyisoprenes)은 부타디엔 단독 중합체, 이소프렌 단독 중합체, 부타디엔-스티렌과 같은 부타디엔-비닐 방향족 공중합체, 이소프렌-스티렌 공중합체 등의 이소프렌-비닐라믹 공중합체 등을 포함 하나, 이에 제한되지는 않는다.
열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌도 변형될 수 있다. 예를 들어, 중합체는 하이드록실-말단(hydroxyl-terminated), 메타크릴레이트-말단(methacrylate-terminated), 카르복실 레이트-말단(carboxylate-terminated) 등일 수 있다. 부타디엔 또는 이소프렌 중합체의 에폭시-, 말레산 무수물(maleic anhydride)- 또는 우레탄-개질 된(urethane-modified) 중합체와 같은 후 반응 중합체가 사용될 수 있다. 중합체는 또한 예를 들어 디비닐벤젠(divinyl benzene)과 같은 디비닐 방향족 화합물(divinylaromatic compound), 예를 들어 디비닐벤젠으로 가교 된(crosslinked) 폴리부타디엔-스티렌에 의해 가교 될 수 있다. 예시적인 물질은 제조사, 예를 들어 일본 도쿄의 Nippon Soda Co 및 PA의 Exton의 Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals에 의해 "폴리부타디엔"으로 광범위하게 분류된다. 조합물, 예를 들어 폴리부타디엔 단독 중합체 및 폴리(부타디엔-이소프렌) 공중합체의 조합이 또한 사용될 수 있다. 신디오택틱 폴리부타디엔을 포함하는 조합이 또한 유용할 수 있다.
열경화성 폴리부타디엔(polybutadiene) 또는 폴리이소프렌(polyisoprene)은 실온에서 액체 또는 고체 일 수 있다. 액체 중합체는 수 평균 분자량(Mn)이 5,000 g/mol 이상일 수 있다. 　액체 중합체는 5,000 g/mol 미만, 또는 1,000 내지 3,000 g/mol의 Mn을 가질 수 있다. 적어도 90 중량%의 1, 2 첨가를 갖는 열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 가교에 이용 가능한 다수의 펜던트 비닐 그룹으로 인해 경화시 더 큰 가교 밀도를 나타낼 수 있다. 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 전체 중합체 매트릭스 조성물에 대하여 100 중량% 이하, 또는 75 중량% 이하의 양으로, 또는 총 중합체 매트릭스 조성물을 기준으로 10 내지 70 중량%, 또는 20 내지 60 또는 70 중량%로 중합체 조성물에 존재할 수 있다.
열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌과 공경화(co-cure) 될 수 있는 다른 중합체가 특정 특성 또는 프로세스 변형을 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 시간 경과에 따른 유전체 물질의 유전체 강도 및 기계적 특성의 안정성을 개선하기 위해, 저 분자량 에틸렌-프로필렌 엘라스토머(Ethylene-propylene elastomer)가 시스템에 사용될 수 있다. 본원에 사용된 에틸렌-프로필렌 엘라스토머는 공중합체, 테르중합체 또는 주로 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 다른 중합체다. 에틸렌-프로필렌 엘라스토머는 EPM 공중합체(즉, 에틸렌 및 프로필렌 단량체의 공중합체) 또는 EPDM 테르중합체(즉, 에틸렌의 테르중합체, 프로필렌 및 디엔 단량체)로 추가로 분류될 수 있다. 에틸렌-프로필렌-디엔 테르중합체 고무는 특히 포화된 메인 체인(main chain)을 가지며, 메인 체인에서 불포화를 이용하여 용이한 가교를 가능하게 한다. 디엔(dien)이 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene) 인 액체 에틸렌-프로필렌-디엔(ethylene-propylene-diene) 테르중합체 고무가 사용될 수 있다.
에틸렌-프로필렌 고무의 분자량은 10,000 g/mol 점도 평균 분자량(viscosity average molecular weight)(Mv) 미만일 수 있다. 에틸렌-프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber)는 7,200 g/mol의 Mv를 갖는 에틸렌-프로필렌 고무(rubber)를 포함할 수 있으며, 이는 상표명 TRILENETM CP80으로 LA의 배턴 루지(Baton Rouge)의 Lion Copolymer; Mv가 7,000 g/mol 인 액상 에틸렌-프로필렌-다이사이클로펜타다이엔 테라중합체(ethylene-propylene-dicyclopentadiene terpolymer) 고무로서, 상표명 TRILENETM 65로 Lion Copolymer로부터 입수 가능함; 및 Mv 7,500 g/mol의 액상 에틸렌-프로필렌-에틸리덴노르보르넨 테르중합체를 말하며, 이는 TRILENETM 67이라는 명칭으로 Lion Copolymer로부터 입수 가능하다.
에틸렌-프로필렌 고무는 시간에 따른 유전체 물질의 특성, 특히 유전체 강도 및 기계적 성질의 안정성을 유지하는데 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 이러한 양은 중합체 매트릭스 조성물의 총 중량에 대하여 최대 20 중량%, 또는 4 내지 20 중량%, 또는 6 내지 12 중량%이다.
다른 유형의 공-경화성(co-curable) 중합체는 불포화 폴리부타디엔-(polybutadiene-) 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머(polyisoprene-containing elastomer) 이다. 이 성분은 주로 에틸렌 성 불포화 단량체(ethylenically unsaturated monomer)와 1,3- 부가 부타디엔(1,3-addition butadiene) 또는 이소프렌(isoprene)의 랜덤 또는 블록 공중합체 일 수 있으며, 예를 들어, 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌(styrene or alpha-methyl styrene)과 같은 비닐 방향족 화합물(vinylaromatic compound), 메틸 메타크릴 레이트(methyl methacrylate)와 같은 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트(acrylate or methacrylate), 또는 아크릴로니트릴(acrylonitrile) 일 수 있다. 엘라스토머는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 블록을 갖는 선형 또는 그래프트 형 블록 공중합체 및 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌과 같은 모노 비닐 방향족 단량체로부터 유도될 수 있는 열가소성 블록을 포함하는 고체 열가소성 물질 엘라스토머 일 수 있다. 이러한 유형의 블록 공중합체는 스티렌-부타디엔-스티렌 트리 블록 공중합체, 예를 들어, 텍사스주 휴스턴의 덱스코 중합체즈(Dexco Polymers)로부터 상표명 VECTOR 8508MTM으로 상표명 SOL-T-6302TM로 텍사스주 휴스턴의 에니켐 엘라스토머 아메리카(Enichem Elastomers America)로부터 입수 가능한 것들. 및 상표명 CALPRENETM 401로 Dynasol Elastomers의 것들; 및 스티렌 및 부타디엔을 함유하는 스티렌-부타디엔 디블록 공중합체 및 혼합된 트리 블록 및 디블록 공중합체, 예를 들어 크라톤 중합체(Kraton Polymers)(텍사스주 휴스턴 소재)로부터 상표명 KRATON D1118로 입수 가능한 것들을 포함한다. KRATON D1118은 33 중량% 스티렌을 함유하는 혼합 디블록/트리블록 스티렌 및 부타디엔 함유 공중합체이다.
임의의 폴리부타디엔- 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 블록이 수소화 되어 폴리에틸렌 블록(폴리부타디엔의 경우) 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체 블록을 형성하는 것을 제외하고는 상기 기술된 것과 유사한 제2 블록 공중합체를 추가로 포함할 수 있다. 상기 공중합체와 함께 사용하면 인성(toughness)이 큰 물질을 제조할 수 있다. 이러한 유형의 예시적인 제2 블록 공중합체는 KRATON GX1855(크라톤 중합체즈(Kraton Polymers)로부터 상업적으로 입수 가능함)이며, 이는 스티렌-하이 1,2- 부타디엔-스티렌 블록 공중합체와 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 공중합체의 조합으로 여겨진다.
불포화 폴리부타디엔- 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머 성분은 중합체 매트릭스 조성물에 중합체 매트릭스 조성물의 총 중량에 대하여 2 내지 60 중량%, 또는 5 내지 50 중량%, 또는 10 내지 40 또는 50 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
특정 특성 또는 프로세스 변형을 위해 첨가될 수 있는 또 다른 공경화성 중합체는 폴리에틸렌 및 에틸렌 옥사이드 공중합체와 같은 에틸렌의 단독 중합체 또는 공중합체; 천연 고무; 폴리디시클로펜타디엔(polydicyclopentadiene)과 같은 노르보르넨 중합체(norbornene polymers); 수소화 된 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체(hydrogenated styrene-isoprene-styrene copolymers) 및 부타디엔-아크릴로니트릴 공중합체(butadiene-acrylonitrile copolymers); 불포화 폴리에스테르(unsaturated polyesters); 등에 한정되지 않지만 포함한다. 이들 공중합체의 수준은 일반적으로 중합체 매트릭스 조성물에서 총 중합체의 50 중량% 미만이다.
프리 라디칼-경화성 단량체(Free radical-curable monomers)는 또한 특정 특성 또는 프로세스 변형, 예를 들어 경화 후 시스템의 가교 밀도를 증가시키기 위해 첨가될 수 있다. 적합한 가교제일 수 있는 예시적인 단량체로는, 예를 들어 디비닐벤젠(divinyl benzene), 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate) 및 다기능 아크릴레이트 단량체(acrylate monomers)와 같은 디(di)-, 트리(tri)- 또는 더 높은 에틸렌 성 불포화 단량체(ethylenically unsaturated monomers)(예를 들어, Sartomer USA, Newtown Square, PA에서 입수 가능한 SARTOMERTM 중합체) 또는 상업적으로 이용 가능한 이들의 조합을 포함한다. 가교제는 사용되는 경우 중합체 매트릭스 조성물에서 중합체 매트릭스 조성물 중 총 중합체의 총 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 또는 1 내지 15 중량%의 양으로 중합체 매트릭스 조성물에 존재할 수 있다.
올레핀 반응성 부위(olefinic reactive site)를 갖는 폴리엔의 경화 반응을 촉진시키기 위해 경화제가 중합체 매트릭스 조성물에 첨가될 수 있다. 경화제는 유기 퍼옥시드, 예를 들어 디쿠밀퍼옥시드(dicumyl peroxide), t- 부틸퍼벤조에이트(t-butyl perbenzoate), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시) 헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane), α,α-디-비스(t-부틸퍼옥시)디이소프로필벤젠(α,α-di-bis(t-butyl peroxy)diisopropylbenzene), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시) 헥신-3(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy) hexyne-3), 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 탄소-탄소 개시제, 예를 들어 2,3-디메틸-2,3 디페닐부탄(2,3-dimethyl-2,3 diphenylbutane)이 사용될 수 있다. 경화제 또는 개시제는 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 경화제의 양은 중합체 매트릭스 조성물에서 중합체의 총 중량을 기준으로 1.5 내지 10 중량% 일 수 있다.
일부 구체 예에서, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체는 카르복시 작용 기화된다. 분자 내에(i) 탄소-탄소 이중 결합 또는 탄소-탄소 삼중 결합, 및(ii) 카복실산, 무수물, 아미드, 에스테르 또는 산 할라이드를 포함하는 카르복시기 중 하나 이상을 갖는 다작용성 화합물을 사용하여 작용화를 달성할 수 있다. 특정 카르복시기는 카르복실 산 또는 에스테르이다. 카르복실 산 작용기를 제공할 수 있는 다작용성 화합물의 예는 말레산, 말레산 무수물, 푸마르산 및 시트르산을 포함한다. 특히, 말레산 무수물로 부가된 폴리부타디엔이 열경화성 조성물에 사용될 수 있다. 적합한 말레화 폴리부타디엔 중합체는, 예를 들어 상표명 RICON 130MA8, RICON 130MA13, RICON 130MA20, RICON 131MA5, RICON 131MA10, RICON 131MA17, RICON 131MA20 및 RICON 156MA17로 Cray Valley로부터 상업적으로 입수 가능하다. 적합한 말레화 폴리부타디엔-스티렌 공중합체는 예를 들어 사르토머(Sartomer)로부터 상표명 RICON 184MA6으로 상업적으로 입수 가능하다. RICON 184MA6은 스티렌 함량이 17 내지 27 중량%이고 Mn이 9,900 g/mol 인 말레산 무수물로 부가된 부타디엔-스티렌 공중합체(butadiene-styrene copolymer)이다.
중합체 매트릭스 조성물에서 다양한 중합체, 예를 들어 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체 및 다른 중합체의 상대적인 양은 사용된 특정 전도 금속 접지판 층, 회로 물질의 원하는 특성 및 유사한 고려 사항에 의존할 수 있다. 예를 들어, 폴리(아릴 렌 에테르)의 사용은 전도 금속 성분, 예를 들어 신호 공급, 접지 또는 반사기 성분과 같은 구리 또는 알루미늄 성분에 대한 증가된 결합 강도를 제공할 수 있다. 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체의 사용은 예를 들어 이들 중합체가 카르복시 작용기화 될 때 복합물의 고온 내성을 증가시킬 수 있다. 엘라스토머 블록 공중합체의 사용은 중합체 매트릭스 물질의 성분을 상용화시키는 기능을 할 수 있다. 특정 응용 분야에 대한 원하는 특성에 따라 과도한 실험없이 각 구성 요소의 적절한 수량을 결정할 수 있다.
유전체 몸체는 유전체 상수, 감쇠 계수, 열팽창 계수 및 유전체 몸체의 다른 특성을 조정하도록 선택된 미립자 유전체 필러를 더 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 예를 들어 이산화 티타늄(루타일(rutile) 및 아나타제(anatase)), 바륨 티타내이트(barium titanate), 스트론튬 티타네이트(strontium titanate), 실리카(silica)(융합된 비정질 실리카 포함), 강옥(corundum), 규회석(wollastonite), Ba2Ti9O20, 고체 유리 구체, 합성 유리 또는 세라믹 중공구체, 석영, 보론 나이트라이드(boron nitrid), 알루미늄 나이트라이드(aluminum nitride), 탄화 규소(silicon carbide), 베릴리아(beryllia), 알루미나(alumina), 알루미나 트리하이드레이트(alumina trihydrate), 마그네시아(magnesia), 운모(mica), 활석(talcs), 나노클레이(nanoclays), 마그네슘 하이드록사이드(magnesium hydroxide) 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 단일의 이차 충전제(secondary filler), 또는 이차 충전제의 조합은 원하는 특성의 균형을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
선택적으로, 충전제는 실리콘-함유 코팅, 예를 들어 유기 작용성 알콕시 실란 커플링제(organofunctional alkoxy silane coupling agent)로 표면 처리될 수 있다. 지르코네이트(zirconate) 또는 티타네이트 커플링제(titanate coupling agen)가 사용될 수 있다. 이러한 커플링제는 중합체 매트릭스에서 충전제의 분산을 개선하고 완성된 DRA의 수분 흡수를 감소시킬 수 있다. 충전제 성분은 충전제의 중량을 기준으로 5 내지 50 부피%의 미소 구체(microsphere) 및 70 내지 30 부피%의 융합된 비정질 실리카(silica)를 2 차 충전제로서 포함할 수 있다.
유전체 몸체는 또한 몸체를 내화성으로 만드는 데 유용한 난연제(flame retardant)를 임의로 함유할 수 있다. 이들 난연제는 할로겐화 또는 비 할로겐화 될 수 있다. 난연제는 유전체 몸체의 부피를 기준으로 0 내지 30 부피%의 양으로 유전체 몸체에 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 난연제는 무기질이며 입자 형태로 존재한다. 예시적인 무기 난연제(inorganic flame retardant)는 예를 들어 부피 평균 입자 직경이 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 1 내지 200 nm, 또는 5 내지 200 nm, 또는 10 내지 200 nm 인 금속 수화물(metal hydrate); 대안적으로 부피 평균 입자 직경은 500 nm 내지 15 마이크로 미터, 예를 들어 1 내지 5 마이크로 미터이다. 금속 수화물은 Mg, Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu, Ni와 같은 금속의 수화물 또는 상기 중 하나 이상을 포함하는 조합물이다. Mg, Al 또는 Ca의 수화물이 특허 선호되는데, 예를 들어 수산화 알루미늄(aluminum hydroxide), 수산화 마그네슘(magnesium hydroxide), 수산화칼슘(calcium hydroxide), 수산화철(iron hydroxide), 수산화 아연(zinc hydroxide), 수산화 구리(copper hydroxide) 및 수산화 니켈(nickel hydroxide); 및 알루민산 칼슘(calcium aluminate), 석고 이수화물(gypsum dihydrate), 붕산 아연(zinc borate) 및 메타보레이트산 바륨(barium metaborate)의 수화물이 있다. 이들 수화물의 복합물, 예를 들어 Mg 및 Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu 및 Ni 중 하나 이상을 함유하는 수화물이 사용될 수 있다. 바람직한 복합 금속 수화물(composite metal hydrate)은 화학식 MgMx.(OH)y를 가지며, 여기서 M은 Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu 또는 Ni이고, x는 0.1 내지 10이고, y는 2 내지 32이다. 난연성 입자(flame retardant particle)는 분산 및 다른 특성을 개선시키기 위해 코팅 되거나 달리 처리될 수 있다.
대안적으로 또는 무기 난연제 외에 유기 난연제가 사용될 수 있다. 무기 난연제의 예에는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate), 미립자 파티클 크기 멜라민 폴리포스페이트(melamine polyphosphate), 아로마틱 포스피네이트(aromatic phosphinates), 디포스피네이트(diphosphinate), 포스포네이트(phosphonate), 및 포스페이트(phosphate)와 같은 다양한 기타 포스포러스-함유 화합물(phosphorus-containing compounds), 특정 폴리실세스퀴옥산(polysilsesquioxanes), 실록산(siloxane), 및 헥사클로로엔도메틸렌테트라히드로프탈산(hexachloroendomethylenetetrahydrophthalic acid)(HET 산), 테트라브로모프탈산(tetrabromophthalic acid) 및 디브로모노펜틸글리콜(dibromoneopentyl glycol)과 같은 할로겐화 화합물(halogenated compound)을 포함한다. 　난연제(브롬(bromine) 함유 난연제와 같은)는 20phr(수지 100 부품당 부품(parts per hundred parts of resin)) 내지 60phr, 또는 30 내지 45phr의 양으로 나타낼 수 있다. 브롬화 난연제의 예는 Saytex BT93W(에틸렌 비스테트라브로모프탈이미드(ethylene bistetrabromophthalimide)), Saytex 120(테트라데카브로모디페녹시 벤젠(tetradecabromodiphenoxy benzene)) 및 Saytex 102(데카브로모디페닐 옥사이드(decabromodiphenyl oxide))를 포함한다. 난연제는 상승제(synergist)와 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 할로겐화 난연제는 삼산화 안티몬(antimony trioxide)과 같은 상승제와 함께 사용될 수 있고, 인-함유 난연제는 멜라민(melamine)과 같은 질소-함유 화합물과 함께 사용될 수 있다.
유전체 물질의 몸체는 중합체 매트릭스 조성물 및 충전제 조성물을 포함하는 유전체 조성물로부터 형성될 수 있다. 몸체는 유전체 조성물을 접지 구조 층(ground structure layer) 상에 직접 캐스팅함으로써 형성될 수 있거나, 또는 접지 구조 층 상에 증착될 수 있는 유전체 몸체가 생성될 수 있다. 유전체 몸체를 생성하는 방법은 선택된 중합체에 기초할 수 있다. 예를 들어, 중합체가 PTFE와 같은 플루오로 중합체를 포함하는 경우, 중합체는 제1 담체 액체와 혼합될 수 있다. 조합물은 제1 담체 액체(first carrier liquid) 중의 중합체 입자의 분산액, 예를 들어 중합체의 액체 액적 또는 제1 담체 액체 중의 중합체의 단량체(monomeric) 또는 올리고머(oligomer) 전구체(precursor)의 유화제(emulsion), 또는 제1 담체 액체의 중합체 용액의 분산액을 포함할 수 있다. 중합체가 액체인 경우, 제1 담체 액체가 필요하지 않을 수 있다.
존재하는 경우, 제1 담체 액체의 선택은 특정 중합체 및 중합체가 유전체 몸체에 도입되는 형태에 기초할 수 있다. 중합체를 용액으로서 도입하는 것이 바람직한 경우, 특정 중합체에 대한 용매는 담체 액체(carrier liquid)로서 선택되며, 예를 들어 N-메틸 피롤리돈(N-methyl pyrrolidone)(NMP)은 폴리이미드 용액에 적합한 담체 액체 일 것이다. 중합체를 분산액으로서 도입하는 것이 바람직한 경우, 담체 액체는 가용성이 아닌 액체, 예를 들어 물이 PTFE 입자의 분산에 적합한 담체 액체이고 폴리아믹산(polyamic acid)의 유화제(emulsion) 또는 부타디엔(butadiene) 단량체(monomer)의 유화제에 적합한 담체 액체 인 액체를 포함할 수 있다.
유전체 충전제 성분은 선택적으로 제2 담체 액체에 분산되거나, 제1 담체 액체(또는 제1 담체가 사용되지 않는 액체 중합체)와 혼합될 수 있다. 제2 담체 액체는 동일한 액체일 수 있거나 제1 담체 액체와 혼합될 수 있는 제1 담체 액체 이외의 액체 일 수 있다. 예를 들어, 제1 담체 액체가 물인 경우, 제2 담체 액체는 물 또는 알코올을 포함할 수 있다. 제2 담체 액체는 물을 포함할 수 있다.
충전제 분산액(filler dispersion)은 제2 담체 액체가 붕규산염 미소구(borosilicate microsphere)를 습윤시킬 수 있도록 제2 담체 액체의 표면 장력을 개질시키는데 효과적인 양의 계면 활성제(surfactant)를 포함할 수 있다. 예시적인 계면 활성제 화합물은 이온성 계면 활성제 및 비이온성 계면 활성제를 포함한다. TRITON X-100TM은 수성 충전제 분산액에 사용하기 위한 예시적인 계면 활성제 인 것으로 밝혀졌다. 충전제 분산액은 10 내지 70 부피%의 충전제 및 0.1 내지 10 부피%의 계면 활성제를 포함할 수 있고, 나머지는 제2 담체 액체를 포함한다.
중합체와 제1 담체 액체 및 제2 담체 액체 중의 충전제 분산액의 조합은 결합되어 캐스팅 혼합물을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 캐스팅 혼합물(casting mixture)은 10 내지 60 부피%의 결합된 중합체 및 충전제 및 40 내지 90 부피%의 결합된 제1 및 제2 담체 액체를 포함한다. 캐스팅 혼합물 중 중합체 및 충전제 성분의 상대적인 양은 후술하는 바와 같이 최종 조성물에서 원하는 양을 제공하도록 선택될 수 있다.
캐스팅 혼합물(casting mixture)의 점도는, 유전체 복합 물질로부터의 중공구체 충전제의 분리, 즉 침강 또는 부유를 지연시키기 위하여 및 종래의 제조 장비와 양립할 수 있는 점도를 갖는 유전체 복합 물질을 제공하기 위하여, 특정 담체 액체 또는 담체 액체의 조합에서의 상용성에 기초하여 선택된 점도 조절제를 첨가함으로써 조정될 수 있다. 수성 캐스팅 혼합물(aqueous casting mixture)에 사용하기에 적합한 예시적인 점도 조절제는 폴리아크릴산 화합물(polyacrylic acid compound), 식물성 검(gums) 및 셀룰로오스계 화합물(cellulose based compound)을 포함한다. 적합한 점도 조절제의 구체적인 예는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 메틸셀룰로오스(methyl cellulose), 폴리에틸렌 옥시드(polyethyleneoxide), 구아 검(guar gum), 로커스트 빈 검(locust bean gum), 소디움 카르복시메틸셀룰로오스(sodium carboxymethylcellulose), 소디움 알기네이트(sodium alginate), 및 검 트라가칸스(gum tragacanth)를 포함한다. 점도-조정된 캐스팅 혼합물의 점도는 유전체 복합 물질(dielectric composite material)를 선택된 제조 기술에 적응시키기 위해 적용에 따라, 예를 들어 최소 점도를 넘어서 추가로 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 점도 조절된 캐스팅 혼합물은 10 내지 100,000 센티포아즈(centipoise)(cp)의 점도; 또는 실온 값에서 측정된 100cp 및 10,000cp를 나타낼 수 있다.
대안적으로, 담체 액체의 점도가 관심 기간 동안 분리되지 않는 캐스팅 혼합물을 제공하기에 충분한 경우 점도 개질제(viscosity modifier)가 생략될 수 있다. 구체적으로, 매우 작은 입자, 예를 들어 등가 구형 직경이 0.1 마이크로 미터 미만인 입자의 경우, 점도 조절제의 사용이 필요하지 않을 수 있다.
점도-조정된 캐스팅 혼합물의 층은 접지 구조 층 상에 캐스트 될 수 있거나, 딥-코팅된 후 성형될 수 있다. 캐스팅은 예를 들어 딥-코팅, 플로우 코팅, 리버스 롤 코팅, 나이프-오버-롤(knife-over-roll), 나이프 오버 플레이트(knife-over-plate), 계량로드 코팅(metering rod coating) 등으로 달성될 수 있다. 담체 액체 및 프로세스 보조제, 즉 계면 활성제 및 점도 개질제는 캐스트 몸체로부터, 예를 들어, 마이크로 스피어를 포함하는 충전제 및 중합체의 유전체 몸체를 고화시키기 위해 증발 또는 열 분해에 의해 제거될 수 있다.
중합체 매트릭스 물질 및 충전제 성분의 부피는 부피의 물리적 특성을 변형시키기 위해, 예를 들어 열가소성 물질(thermoplastic)을 소결 시키거나 열경화성 조성물(thermosetting composition)을 경화 또는 후-경화시키기 위해 추가로 가열될 수 있다.
다른 방법에서, PTFE 복합 유전체 몸체는 페이스트 압출 및 캘린더링 프로세스(calendaring process)에 의해 제조될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 유전체 몸체는 캐스팅된 후 부분적으로 경화될 수 있다("B-스테이지(B-staged)"). 이러한 B-스테이지 몸체는 나중에 저장하고 사용할 수 있다.
접착층(adhesion layer)은 전도 접지 층과 유전체 몸체 사이에 배치될 수 있다. 접착층은 폴리(아릴렌 에테르(arylene ether)); 및 부타디엔(butadiene), 이소프렌(isoprene) 또는 부타디엔 및 이소프렌 단위, 및 0 내지 50 중량% 이하의 공경화성 단량체 단위(co-curable monomer unit)를 포함하는 카르복시 작용기화 된 폴리부타디엔(carboxy-functionalized polybutadiene) 또는 폴리이소프렌 중합체(polyisoprene polymer); 여기서 접착제 층의 조성은 유전체 몸체의 조성과 동일하지 않다. 접착제 층은 평방 미터당 2 내지 15 그램의 양으로 존재할 수 있다. 폴리(아릴렌 에테르)는 카르복시 작용기화 된 폴리(아릴 렌 에테르)를 포함할 수 있다. 폴리(아릴렌 에테르)는 폴리(아릴렌 에테르) 및 사이클릭 무수물(cyclic anhydride)의 반응 생성물 또는 폴리(아릴렌 에테르) 및 말레산 무수물(maleic anhydride)의 반응 생성물 일 수 있다. 카르복시 작용기화 된 폴리부타디엔(carboxy-functionalized polybutadiene) 또는 폴리이소프렌 중합체(polyisoprene polymer)는 카르복시 작용화 된 부타디엔-스티렌 공중합체(carboxy-functionalized butadiene-styrene copolymer) 일 수 있다. 카르복시 작용기화 된 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체와 사이클릭 무수물의 반응 생성물 일 수 있다. 카르복시 작용기화 된 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 중합체는 말레화 폴리부타디엔-스티렌 또는 말레화 폴리이소프렌-스티렌 공중합체(maleinized polyisoprene-styrene copolymer) 일 수 있다.
일 실시예에서, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌과 같은 열경화성 물질에 적합한 다단계 프로세스는 150 내지 200 ℃의 온도에서 과산화물 경화 단계(peroxide cure step)를 포함할 수 있고, 불활성 대기 하에서 부분적으로 경화된(B-스테이지) 스택은 고 에너지 전자빔 조사(E-빔 경화) 경화 또는 고온 경화 단계로 될 수 있다. 2-스테이지 경화를 사용하면 합성물에 비정상적으로 높은 수준의 가교가 가능하다. 제2 스테이지에서 사용되는 온도는 250 내지 300 ℃또는 중합체의 분해 온도 일 수 있다. 이 고온 경화는 오븐에서 수행될 수 있지만 프레스, 즉 초기 제조 및 경화 단계의 연속으로서 수행될 수도 있다. 특정 제조 온도 및 압력은 특정 접착제 조성물 및 유전체 조성물에 의존할 것이며, 과도한 실험없이 당업자에 의해 용이하게 확인될 수 있다.
성형(Molding)은 선택적으로 매립 피처 또는 표면 피처로서 다른 DRA 구성 요소와 함께 유전체 몸체의 빠르고 효율적인 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 금속, 세라믹 또는 다른 인서트가 몰드 내에 배치되어 신호 공급, 접지 구성 요소 또는 반사기 구성 요소와 같은 DRA의 구성 요소를 매립 또는 표면 특징으로 제공할 수 있다. 대안적으로, 매립된 피처는 3D 프린팅 또는 잉크젯 프린트 용적에 이어 추가 성형될 수 있다; 또는 표면 피처는 DRA의 최 외곽 표면 상에 3D 인쇄 또는 잉크젯 인쇄될 수 있다. 또한, 몸체를 직접 접지 구조 상에 또는 1 내지 3의 유전상수를 갖는 물질을 포함하는 용기로 성형하는 것이 가능하다.
몰드는 패키지 또는 부피를 제공하기 위해 성형 또는 기계 가공된 세라믹을 포함하는 몰드 인서트(mold insert)를 가질 수 있다. 세라믹 인서트를 사용하면 손실이 줄어들어 효율성이 높아진다. 성형된 알루미나에 대한 직접 물질 비용이 낮아 비용 절감; 중합체의 제조 및 제어(제한된) 열팽창의 용이성. 또한 전체 구조가 구리 또는 알루미늄의 CTE와 일치하도록 균형 잡힌 열팽창 계수(CTE)를 제공할 수 있다.
사출가능 조성물(injectable composition)은 먼저 세라믹 충전제와 실란을 조합하여 충전제 조성물을 형성한 다음 충전제 조성물을 열가소성 중합체 또는 열경화성 조성물과 혼합함으로써 제조될 수 있다. 열가소성 중합체의 경우, 중합체는 세라믹 충전제 및 실란 중 하나 또는 둘 다와 혼합하기 전, 후 또는 동안 용융될 수 있다. 이어서, 사출가능 조성물은 몰드에서 사출 성형될 수 있다. 사용된 용융 온도, 사출 온도 및 성형 온도는 열가소성 중합체의 용융 및 유리 전이 온도에 의존하고, 예를 들어 150 내지 350 ℃ 또는 200 내지 300 ℃ 일 수 있다. 성형(molding)은 65 내지 350 킬로 파스칼(kPa)의 압력에서 일어날 수 있다.
일부 구체예에서, 유전체 몸체는 열경화성 조성물을 반응 사출 성형함으로써 제조될 수 있다. 반응 사출 성형(reaction injection molding)은 2 종 이상의 스트림을 혼합하여 열경화성 조성물을 형성하고, 열경화성 조성물을 몰드에 주입하는 단계, 여기서 제1 스트림(first stream)은 촉매를 포함하고, 제2 스트림(second stream)은 임의로 활성화제(activating agent)를 포함한다. 제1 스트림 및 제2 스트림 또는 제3 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 단량체 또는 경화성 조성물을 포함할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두 또는 제3 스트림은 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두는 열경화성 조성물을 주입하기 전에 몰드에 첨가될 수 있다.
예를 들어, 부피를 제조하는 방법은 촉매 및 제1 단량체 또는 경화성 조성물을 포함하는 제1 스트림 및 임의의 활성화제 및 제2 단량체 또는 경화성 조성물을 포함하는 제2 스트림을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단량체 또는 경화성 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제를 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 예를 들어 제3 단량체를 추가로 포함하는 제3 스트림으로서 첨가될 수 있다. 유전체 충전제는 제1 및 제2 스트림의 주입 전에 몰드 내에 있을 수 있다. 하나 이상의 스트림의 도입은 불활성 가스, 예를 들어 질소 또는 아르곤 하에서 일어날 수 있다.
혼합은 사출 성형기(injection molding machine)의 헤드 스페이스 또는 인라인 믹서에서, 또는 몰드 내로 주입하는 동안 일어날 수 있다. 혼합은 0 내지 200 ℃ 이상의 온도, 또는 15 내지 130 ℃ 또는 0 내지 45 ℃ 또는 23 내지 45 ℃의 온도에서 일어날 수 있다.
몰드는 0 내지 250 ℃ 이상의 온도, 또는 23 내지 200 ℃ 또는 45 내지 250 ℃ 또는 30 내지 130 ℃ 또는 50 내지 70 ℃의 온도에서 유지될 수 있다. 몰드를 채우는데 0.25 ~ 0.5 분이 소요될 수 있으며 이 시간 동안 몰드 온도가 떨어질 수 있다. 　몰드가 충전된 후, 열경화성 조성물의 온도는, 예를 들어, 0 내지 45 ℃의 제1 온도에서 45 내지 250 ℃ 의 제2 온도로 증가할 수 있다. 성형은 65 내지 350 킬로 파스칼(kPa)의 압력에서 일어날 수 있다. 성형은 5 분 이하, 또는 2 분 이하, 또는 2 내지 30 초 동안 일어날 수 있다. 중합(polymerization)이 완료된 후, 기판은 몰드 온도 또는 감소된 몰드 온도에서 제거될 수 있다. 예를 들어, 이형 온도 Tr은 몰드 온도 Tm(Tr ≤ Tm-10 ℃)보다 10 ℃이하일 수 있다.
체적을 몰드에서 제거한 후 후-경화할 수 있다. 후-경화는 100 내지 150 ℃ 또는 140 내지 200 ℃의 온도에서 5 분 이상 동안 일어날 수 있다.
압축 성형(Compression molding)은 열가소성 또는 열경화성 물질과 함께 사용할 수 있다. 몰드 온도와 같은 열가소성 물질을 압축 성형하기 위한 조건은 열가소성 중합체의 용융 및 유리 전이 온도에 의존하고, 예를 들어 150 내지 350 ℃ 또는 200 내지 300 ℃일 수 있다. 성형은 65 내지 350 킬로 파스칼(kPa)의 압력에서 일어날 수 있다. 성형은 5 분 이하, 또는 2 분 이하, 또는 2 내지 30 초 동안 일어날 수 있다. 열경화성 물질은 B-스테이지 된 물질 또는 완전 경화된 물질을 생성하기 위해 B-스테이지 전에 압축 성형될 수 있으며; 또는 B-스테이지 된 후에 압축 성형될 수 있고, 성형에서 또는 성형 후에 완전히 경화될 수 있다.
3D 프린팅은 선택적으로 매립 피처 또는 표면 피처로서 다른 DRA 구성 요소와 함께 유전체 몸체의 빠르고 효율적인 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 금속, 세라믹 또는 다른 인서트는 인쇄 동안 DRA의 구성 요소, 예컨대 신호 공급, 접지 구성 요소, 또는 매립 또는 표면 특징으로서의 반사기 구성 요소를 제공하도록 배치될 수 있다. 대안적으로, 매립된 피처는 3D 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 통해 용적에 인쇄된 후 추가 인쇄가 가능하고; 또는 표면 특징은 DRA의 최 외곽 표면 상에 3D 인쇄 또는 잉크젯 인쇄될 수 있다. 또한, 몸체를 직접 접지 구조 상에 또는 1 내지 3 사이의 유전상수를 갖는 물질을 포함하는 용기에 3D 인쇄하는 것이 가능하며, 용기는 어레이의 단위 셀을 매립하는데 유용할 수 있다.
예를 들면, 융합 증착 모델링(Fused Deposition Modeling)(FDM), 선택적 레이서 소결(Selective Laser Sintering)(SLS), 선택적 레이저 용융(Selective Laser Melting)(SLM), 전자 빔 용융(Electronic Beam Melting)(EBM), 광범위 첨가 제조(Big Area Additive Manufacturing)(BAAM), ARBURG 플라스틱 프리 포밍 기술(plastic free forming technology), LOM(Laminated Object Manufacturing), 펌핑 된 증착(pumped deposition)(예를 들어, http://nscrypt.com/micro-dispensing에 설명된 대로 제어된 페이스트 압출이라고도 함) 또는 기타 3D 인쇄 방법과 같은 광범위한 3D 프린팅 방법을 사용할 수 있다. 3D 프린팅은 프로토 타입 제조 또는 생산 프로세스로 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 몸체 또는 DRA는 3D 또는 잉크젯 인쇄에 의해서만 제조되므로, 유전체 몸체 또는 DRA를 형성하는 방법에는 압출, 성형 또는 적층 프로세스가 없다.
물질 압출 기술(Material extrusion technique)은 열가소성 물질에 특히 유용하며 복잡한 특징을 제공하는 데 사용될 수 있다. 물질 압출 기술은 FDM, 펌핑 된 증착 및 융합 필라멘트 제조와 같은 기술뿐만 아니라 ASTM F2792-12a에 기술된 기술을 포함한다. 융합 물질 압출 기술(fused material extrusion technique)에서, 층을 형성하기 위해 증착될 수 있는 유동성 상태로 열가소성 물질을 가열함으로써 물품을 제조할 수 있다. 층은 x-y 축에서 미리 결정된 형상 및 z 축에서 미리 결정된 두께를 가질 수 있다. 유동성 물질은 전술한 바와 같이 도로로서, 또는 특정 프로파일을 제공하기 위해 다이(die)를 통해 증착될 수 있다. 층은 증착될 때 냉각 및 응고된다. 용융 열가소성 물질의 후속 층은 이전에 증착된 층으로 융합되고, 온도 강하에 따라 고화 된다. 다수의 후속 층의 압출은 원하는 몸체의 형상을 만든다. 특히, 아티클(article)은 유동성 물질을 x-y 평면에서 기판 상에 하나 이상의 도로로서 증착하여 층을 형성함으로써 물품의 3 차원 디지털 표현으로부터 형성될 수 있다. 이어서, 기판에 대한 분배기(dispenser)(예를 들어, 노즐)의 위치는 z 축(x-y 평면에 수직)을 따라 증가되고, 프로세스는 디지털 표현으로부터 아티클을 형성하도록 반복된다. 분배된 물질은 따라서 "모델 물질(modeling material)" 및 "건축 물질(build material)"로도 지칭된다.
일부 실시예에서, 몸체는 각각 동일한 유전체 조성물을 압출하는 둘 이상의 노즐로부터 압출될 수 있다. 다수의 노즐이 사용되는 경우, 이 방법은 단일 노즐을 사용하는 방법보다 더 빠르게 제품 대상물을 생성할 수 있고, 상이한 중합체 또는 중합체의 배합물, 상이한 색상 또는 텍스처 등을 사용하는 관점에서 유연성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 단일 몸체의 조성 또는 특성은 두 개의 노즐을 사용하여 증착 동안 변화될 수 있다.
열경화성 조성물의 증착에는 물질 압출 기술이 추가로 사용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 두 개의 스트림이 혼합되고 용적되어 몸체를 형성하도록 증착될 수 있다. 제1 스트림은 촉매를 포함할 수 있고, 제2 스트림은 임의로 활성화제를 포함할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 또는 제3 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 단량체 또는 경화성 조성물(예를 들어, 수지)을 포함할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두 또는 제3 스트림은 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두는 열경화성 조성물을 주입하기 전에 몰드에 첨가될 수 있다.
예를 들어, 몸체를 제조하는 방법은 촉매 및 제1 단량체 또는 경화성 조성물을 포함하는 제1 스트림 및 임의의 활성화제 및 제2 단량체 또는 경화성 조성물을 포함하는 제2 스트림을 혼합하는(mixing) 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 단량체 또는 경화성 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제를 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 예를 들어 제3 단량체를 추가로 포함하는 제3 스트림으로서 첨가될 수 있다. 하나 이상의 스트림의 증착은 불활성 가스, 예를 들어 질소 또는 아르곤 하에서 일어날 수 있다. 혼합은 증착 전에, 인라인 믹서에서 또는 층의 증착 동안 일어날 수 있다. 증착 전, 층의 증착 동안 또는 증착 후에 전체 또는 부분 경화(중합 또는 가교)가 개시될 수 있다. 일 실시예에서, 부분 경화는 층의 증착 전 또는 증착 중에 개시되고, 층의 증착 후에 또는 몸체를 제공하는 복수의 층의 증착 후에 완전 경화가 개시된다.
일부 실시예에서, 당 업계에 공지된 지지 물질은 임의로 지지 구조를 형성하는데 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 아티클(article) 및 지지 구조를 제공하기 위해 아티클의 제조 동안 건축 물질 및 지지 물질이 선택적으로 분배될 수 있다. 지지 물질은 지지 구조, 예를 들어 층화 프로세스가 원하는 정도로 완료될 때 기계적으로 제거되거나 세척될 수 있는 발판(scaffolding)의 형태로 존재할 수 있다.
사전 결정된 패턴으로 연속적인 층을 형성하기 위해 선택적 레이저 소결(selective laser sintering)(SLS), 선택적 레이저 용융(selective laser melting)(SLM), 전자 빔 용융(electronic beam melting)(EBM) 및 바인더 또는 용매의 파우더 베드 제트(bed jetting)와 같은 광경화성 수지 적층(Stereolithographic technique)도 사용될 수 있다. 광경화성 수지 적층 기술은 열경화성 조성물에 특히 유용하다. 층별 축적은 각 층을 중합하거나 가교시킴으로써 일어날 수 있기 때문이다.
전술한 바와 같이, 유전체 조성물은 열가소성 중합체 또는 열경화성 조성물을 포함할 수 있다. 열가소성 물질은 용융되거나 적합한 용매에 용해될 수 있다. 열경화성 조성물은 액체 열경화성 조성물 일 수 있거나, 용매에 용해될 수 있다. 유전체 조성물을 열, 공기 건조 또는 다른 기술에 의해 적용한 후에 용매를 제거할 수 있다. 열경화성 조성물은 제2 몸체를 형성하기 위해 적용 후에 B-스테이지 화 되거나, 완전히 중합되거나 경화될 수 있다. 유전체 조성물을 적용하는 동안 중합 또는 경화가 개시될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 청구 범위의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있고 그 구성요소에 대한 등가물이 대체될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 물질을 적응시키기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려된 최상의 또는 유일한 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 모든 실시예를 포함할 것이다. 또한, 도면 및 설명에서, 예시적인 실시예들이 개시되었으며, 특정 용어 및/또는 치수가 이용될 수 있지만, 그것들은 달리 언급되지 않는 한, 일반적인 예시적이고/또는 설명적인 의미로만 사용되며 제한을 목적으로 하지 않으며, 따라서 청구 범위의 범위는 그렇게 제한되지 않는다. 또한, 제1, 제2 등의 용어의 사용은 임의의 순서 또는 중요도를 나타내지 않으며, 오히려 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. 용어 "하나, 일(a, an)" 등의 사용은 수량의 제한을 나타내는 것이 아니라, 언급된 항목 중 적어도 하나의 존재를 나타낸다. 본원에 사용된 용어 "포함하는(comprising)"은 하나 이상의 추가 특징의 가능한 포함을 배제하지 않는다.

Claims (57)

  1. 전자기 장치에 있어서,
    전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 포함하는 전자기 반사기 구조;
    상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고;
    상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하는; 것을 특징으로 하고,
    유전체 공진기 안테나(DRA)는 상기 복수의 반사기 중 각각의 연관된 반사기의 리세스 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 상기 유전체 공진기 안테나(DRA)는 자유 공간에서 연관된 동작 파장(λ)을 갖는 정의된 주파수 f에서 동작하고, 상기 복수의 반사기는 이웃한 반사기 사이의 중심 간 간격이,
    λ 이하의 간격으로 서로에 대해 이격되는;
    λ 이하 및 λ/2 이상의 간격으로 서로에 대해 이격되는; 또는,
    λ/2 이하의 간격으로 서로에 대해 이격되는
    배열 중 하나에 따른 어레이로 배열되고; 및
    상기 전기 전도 구조는,
    전자기 장치의 전기 접지 기준 전압을 제공하도록
    구성되는
    장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반사기는,
    x-y 그리드 형태에서 서로에 대해 동일하게 이격되는;
    다이아몬드 형태에서 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 서로에 대해 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 경사 그리드상에서 서로에 대해 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 방사상 그리드상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴을 증가 또는 감소시키는 경사 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 방사상 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    균일 한 주기적 패턴으로 비 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는; 또는
    비 주기적 패턴으로 증가 또는 감소하는 비 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    배열 중 어느 하나에 따른 인접 반사기 사이의 중심 간 간격을 갖는 어레이로 배열되는
    장치.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자기 반사 구조는,
    거시적 이음새 또는 조인트가 없는 단일 물질로 형성된 모놀리식 구조 인
    장치.
  4. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자기 반사 구조는,
    일단 형성되면 서로 분리될 수 없는 두 개 이상의 구성 - 상기 두 개 이상의 구성을 영구적으로 손상시키거나 파괴하지 않으면서 - 으로 형성된
    복합 구조 인
    장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전자기 반사 구조는,
    비금속 부분 및 비금속 부분의 적어도 일부 위에 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 코팅이,
    비금속 부분의 모든 노출된 표면 위에 배치되는
    장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    중합체를 포함하는
    장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    열가소성 물질을 포함하는
    장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    열경화성 물질을 포함하는
    장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    중합체 라미네이트를 포함하는
    장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    강화 중합체 라미네이트를 포함하는
    장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 전자기 반사 구조는 제1 배열 및 제2 배열을 더 포함하고;
    상기 제1 배열은 제1 금속 코팅을 갖는 제1 비금속 부분을 포함하고;
    상기 제2 배열은 제2 금속 코팅을 갖는 제2 비금속 부분을 포함하고;
    상기 제2 금속 코팅의 적어도 일부는 상기 제1 금속 코팅의 적어도 일부와 전기 통신하고;
    상기 제1 배열은 상기 전기 전도 구조를 적어도 부분적으로 제공하며; 및
    상기 제2 배열은 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 적어도 부분적으로 제공하는
    장치.
  13. 제12항에 있어서,
    전자기 신호를 수신하고 상기 전자기 신호를 상기 리세스에 전달하도록
    구성된 공급 구조
    를 더 포함하는
    장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공급 구조는,
    어퍼처, 전기 전도 전송 라인, 스트립 라인, 마이크로 스트립, 도파관, 기판 일체형 도파관(SIW), 또는 이들의 임의의 조합
    을 포함하는
    장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기 전도베이스는,
    전자기 신호를 수신하도록 구성된 어퍼처
    를 포함하는
    장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배열의 상기 제1 금속 코팅은,
    어퍼처
    를 포함하는
    장치.
  17. 제16항에 있어서,
    제1 비금속 부분은 제1 측면 및 대향하는 제2 측면을 가지며,
    어퍼처를 포함하는 제1 금속 코팅은 제1 비금속 부분의 제1 측면 상에 배치되고; 및
    전기 전도 전송 라인은 제1 비금속 부분의 제2 측면에 배치되고, 전송 라인은 어퍼처와 신호 통신에 배치되며, 상기 어퍼처는 전송 라인과 직교하게 배치된 길이 방향을 갖는 슬롯형 어퍼처
    를 포함하는
    장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 SIW는,
    그 안에 유전체 매질이 배치된 적어도 하나의 전기 전도 도파관 경계
    를 포함하는
    장치.
  19. 제18항에 있어서,
    적어도 하나의 전기 전도 도파관 경계는,
    상부 전기 전도 경계, 하부 전기 전도 경계, 좌측 전기 전도 경계 및 우측 전기 전도 경계를 포함하며,
    상기 경계는 모두 서로 전기적으로 연결되는
    장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상부 전기 전도 경계는 전기 전도베이스를 포함하고;
    하부 전기 전도 경계는 전기 전도 구조를 포함하고; 및
    좌측 및 우측 전기 전도 경계는 전기 전도베이스와 전기 전도 구조 사이에 전기적으로 연결된 복수의 전기 전도 경로
    를 포함하는
    장치.
  21. 제18항에 있어서,
    주어진 방향에서 및 평면도에서 관찰된 바와 같이,
    상기 SIW의 폭은 리세스의 전체 외부 폭에 의해 정의된 바와 같이 장치의 단위 셀의 폭보다 작은
    장치.
  22. 제18항에 있어서,
    주어진 방향에서 그리고 평면도에서 관찰된 바와 같이,
    상기 SIW의 폭은 리세스의 전체 외부 폭에 의해 정의된 바와 같이 장치의 단위 셀의 폭과 실질적으로 동일한
    장치.
  23. 제14항에 있어서,
    어퍼처 내에서 배치된 동축 케이블
    을 더 포함하는
    장치.
  24. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 유전체 공진기 안테나(DRA)로서, 복수의 DRA 각각은 다수의 반사기 각각과 일대일 관계로 배치되고, 복수의 DRA 각각은 연관된 전기 전도베이스 중 하나에 배치되는
    장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA는,
    실질적으로 반구형 인 DRA
    를 포함하는
    장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA는,
    실질적으로 원통형 인 DRA
    를 포함하는
    장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA는,
    실질적으로 직사각형 인
    DRA
    를 포함하는
    장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA 중 각각의 하나는,
    전기 전도베이스의 연관된 하나 상에 직접 배치되는
    장치.
  29. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA 중 각각의 하나는,
    사이에 배치된 중간 유전체 물질을 가지는 전기 전도베이스의 연관된 하나 상에 배치되는
    장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 중간 유전체 물질은,
    전자기 장치의 동작 파장 λ의 1/50 이하인 두께를 가지며,
    동작 파장 λ는 자유 공간에서 측정되는
    장치.
  31. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 반사기 중 하나의 주어진 전체 높이는,
    입면도로 관찰된 바와 같이 상기 복수의 DRA의 해당되는 하나의 전체 높이 보다 작은
    장치.
  32. 제24항에 있어서,
    상기 복수의 DRA의 인접 이웃은,
    연관된 연결된 DRA의 전체 외부 치수에 비해 비교적 얇은 비교적 얇은 연결 구조를 통해 연결되는
    장치.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 복수의 DRA의 상기 인접 이웃은,
    절대적으로 가장 근접한 인접 이웃 인
    장치.
  34. 제32항에 있어서,
    상기 복수의 DRA의 상기 인접 이웃은,
    대각선으로 가장 근접한 인접 이웃 인
    장치.

  35. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 반사기는,
    평판면 상에 서로에 대해 배치되는
    장치.

  36. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 반사기는,
    비평판면 상에 서로에 대해 배치되는
    장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 복수의 반사기는,
    구형면 상에 또는 원통형 면 상에 서로에 대해 배치되는
    장치.

  38. 전자기 장치에 있어서,
    비금속 부분과 상기 비금속 부분의 적어도 일부 위에 금속 코팅의 조합 - 상기 조합은 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 전기 접촉하고 전기 전도 구조와 일체로 형성된 전기 전도 전자기 반사기를 형성하는 - 을 포함하는 전자기 반사 구조를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하고;
    상기 전기 전도 구조는 상기 전자기 장치의 전기 접지 기준 전압을 제공하도록 구성되는
    장치.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 전기 전도베이스는,
    전자기 신호를 수신하도록 구성된 어퍼처
    를 포함하는
    장치.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    중합체를 포함하는
    장치.
  41. 제38항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    열가소성 물질을 포함하는
    장치.
  42. 제38항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    열경화성 물질을 포함하는
    장치.
  43. 제38항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    중합체 라미네이트를 포함하는
    장치.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 중합체 라미네이트는,
    하나 이상의 천공된 어퍼처를 포함하는
    장치.
  45. 제38항에 있어서,
    상기 비금속 부분은,
    성형된 중합체를 포함하는
    장치.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 성형된 중합체는,
    사출 성형된 중합체를 포함하는
    장치.
  47. 제38항에 있어서,
    상기 금속 코팅은,
    도금된 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 금속 코딩은,
    전기 도금 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 금속 코팅은,
    무전해 도금된 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  50. 제38항에 있어서,
    상기 금속 코팅은,
    기상 증착 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 금속 코팅은,
    물리적 기상 증착 금속 코팅을 포함하는
    장치.
  52. 제38항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    전기 전도 전자기 반사기는 유사한 구조의 복수의 반사기 중 하나이며, 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는,
    x-y 그리드 형태에서 서로에 대해 동일하게 이격되는;
    다이아몬드 형태에서 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 서로에 대해 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 경사 그리드상에서 서로에 대해 이격되는;
    균일한 주기 패턴으로 방사상 그리드상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴을 증가 또는 감소시키는 경사 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    비 주기적 패턴의 증가 또는 감소로 방사상 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는;
    균일 한 주기적 패턴으로 비 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는; 또는
    비 주기적 패턴으로 증가 또는 감소하는 비 x-y 그리드 상에서 서로에 대해 이격되는
    배열 중 어느 하나에 따른 인접하는 반사기 사이의 중심 간 간격을 갖는 어레이로 배열되는:
    장치.
  53. 제38항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서,
    연관된 반사기의 각각의 리세스 내에서 적어도 부분적으로 배치된 유전체 공진 안테나(DRA)
    를 더 포함하는
    장치.
  54. 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기 - 상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고, 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하는 - 를 포함하는 전자기 반사 구조를 갖는 전자기 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    전기 전도 구조를 포함하는 공급 구조를 제공하고 공급 구조를 몰드에 삽입하는 단계;
    하나 이상의 유전체 공진기 안테나(DRA)를 공급 구조 상에 성형하는 단계, 및 DRA가 DRA 서브 구성 요소를 제공하기 위해 적어도 부분적으로 경화되게 하는 단계; 및
    상기 복수의 전기 전도 전자기 반사기를 포함하는 반사기 구조를 제공하는 단계 및 상기 복수의 전기 전도 전자기 반사기가 상기 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 전기 접촉되도록 상기 반사기 구조를 DRA 서브 구성 요소에 부착하는 단계;
    를 특징으로 하고,
    상기 하나 이상의 DRA는 상기 리세스 중 각각의 하나와 일대일 관계로 배치되고;
    전기 전도 구조는 전자기 장치의 전기 접지 기준 전압을 제공하도록 구성되는
    방법.
  55. 전기 전도 구조 및 전기 전도 구조와 일체로 형성되거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 복수의 전기 전도 전자기 반사기 - 상기 복수의 반사기는 서로에 대해 정렬된 배열로 배치되고, 상기 복수의 반사기의 각각의 반사기는 전기 전도 구조의 부분을 형성하거나 또는 전기 전도 구조와 전기 접촉하는 전도베이스를 갖는 리세스를 적어도 부분적으로 둘러싸고 정의하는 벽을 형성하는 - 를 포함하는 전자기 반사 구조를 갖는 전자기 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 전자기 반사 구조를 제공하고 이를 몰드에 삽입하는 단계; 및
    하나 이상의 유전체 공진기 안테나(DRA)를 전자기 반사 구조 상에 성형하는 단계 및 DRA가 적어도 부분적으로 경화되게 하는 단계;
    를 특징으로 하고,
    상기 하나 이상의 DRA는 상기 리세스 중 각각의 하나와 일대일 관계로 배치되고;
    전기 전도 구조는 전자기 장치의 전기 접지 기준 전압을 제공하도록 구성되는
    방법.
  56. 제24항에 있어서,
    복수의 반사기는 비평면 표면, 구형 표면 또는 원통형 표면 상에 서로에 대해 배치되고; 및
    복수의 DRA 중 각각의 하나는 각각의 반사기의 리세스 내에 적어도 부분적으로 배치되는
    장치.

  57. 삭제
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