KR20180066225A - 광대역 다중 층 유전체 공진기 안테나 및 그의 제조 방법 - Google Patents

광대역 다중 층 유전체 공진기 안테나 및 그의 제조 방법 Download PDF

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칼 스프렌탈
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Abstract

유전체 공진기 안테나(DRA)는: 전기적 전도성 접지 구조; i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 갖는 상기 접지 구조에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되는 신호 피드; 및 상기 신호 피드로부터 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 정반대 측면으로 연장하는 제1 방향을 갖는 제1 기하학적 경로를 그 안에 정의하고, 상기 제1 기하학적 경로의 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖는 제2 기하학적 경로를 그 안에 정의하는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 상기 제2 기하학적 경로는 상기 제1 기하학적 경로의 유효 유전 상수보다 더 작은 유효 유전 상수를 갖음 -을 갖는다.

Description

광대역 다중 층 유전체 공진기 안테나 및 그의 제조 방법
본 발명은 일반적으로 유전체 공진기 안테나(dielectric resonator antenna)(DRA), 특히 다중 층 DRA에 관한 것으로, 더 특별하게는 마이크로파 및 밀리미터 파 애플리케이션(microwave and millimeter wave applications)을 위한 광대역 다중 층 DRA에 관한 것이다.
기존의 공진기 및 어레이(arrays)는 패치 안테나를 이용하고, 그러한 안테나는 의도된 목적에 적합할 수 있지만, 제한된 대역폭, 제한된 효율 및 제한된 이득과 같은 단점 또한 가진다. 대역폭을 향상시키기 위해 이용된 기술은 일반적으로 비싸고 복잡한 다층 및 다중-패치 설계(multilayer and multi-patch designs)를 가져 왔고, 25% 보다 더 큰 대역폭을 달성하는 것은 여전히 어려움이 있다. 또한, 다층 설계는 유닛 셀의 고유 손실(unit cell intrinsic losses)을 증가시켜, 안테나 이득을 감소시킨다. 또한, 금속 및 유전체 기판의 복잡한 조합을 이용하는 패치 및 다중-패치 안테나 어레이는 3 차원(3D) 프린팅(three-dimensional(3D) printing)(첨삭 제조(additive manufacturing)라고도 함)과 같은, 오늘날 이용 가능한 더 새로운 제조 기술을 사용하여 생산하기가 어렵다.
따라서, 기존의 DRA가 의도된 목적에 적합할 수 있지만, DRA의 기술은 전술한 단점을 극복할 수 있는 DRA 구조로 발전될 수 있다.
일 실시예는 유전체 공진기 안테나(DRA)를 포함하고: 전기적 전도성 접지 구조(electrically conductive ground structure); i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨(successive and sequential layered volumes) V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 상기 접지 구조에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(plurality of volumes of dielectric materials) - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨(innermost first volume)을 형성하고, 연속적 볼륨(successive volume) V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘(layered shell disposed over and at least partially embedding volume V(i))을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함(embedding) -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되는 신호 피드(signal feed); 및 상기 신호 피드로부터 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 정반대 측면으로 연장하는 제1 방향을 갖는 제1 기하학적 경로(geometrical path)를 그 안에 정의하고, 상기 제1 기하학적 경로의 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖는 제2 기하학적 경로를 그 안에 정의하는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 상기 제2 기하학적 경로는 상기 제1 기하학적 경로의 유효 유전 상수(effective dielectric constant)보다 더 작은 유효 유전 상수를 갖음 -을 포함한다.
일 실시예는 다음을 갖는 유전체 공진기 안테나(DRA)를 포함한다: 전기적 전도성 접지 구조; i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 갖는 상기 접지 구조에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨(innermost volume)을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 및, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되도록 배치되고 구조화되는 신호 피드.
일 실시예는 다음을 갖는 DRA를 포함한다: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 전기 신호를 통해 여기될 때 상기 DRA는 3D 방사 패턴 내의 단일 포인트에서 각각 수축 가능한 폐쇄 루프 경로들의 패밀리에 의해 정의되는 단일 요소 호모토피 그룹(single element homotopy group)에 대응하는 위상 공간(topological space)을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴(far field 3D radiation pattern)을 생산하도록 구성됨.
일 실시예에는 다음을 갖는 DRA를 포함한다: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 전기 신호를 통해 여기될 때 상기 DRA는 단일 포인트에서 수축 가능하지 않은 폐쇄 루프 경로의 패밀리(family of closed loop paths)에 의해, 및 단일 포인트에서 수축 가능한(contractible) 폐쇄 루프 경로의 패밀리에 의해 정의되는 두-요소 호모토피 그룹(two-element homotopy group)에 대응하는 위상 공간을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴을 생산하도록 구성됨.
일 실시예는 다음을 갖는 DRA를 포함한다: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수(dielectric constant) ε(i)를 갖고, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따름: ε(i+1)*V(i+1)
Figure pct00001
ε(i)*V(i); ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00002
공기(air)의 유전 상수임. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 수학 연산자
Figure pct00003
는 대략적으로 같음을 의미한다.
일 실시예는 다음을 갖는 DRA를 포함한다: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수 ε(i)를 갖고, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따름: ε(i)*V(i)
Figure pct00004
C(f); 여기서, C(f)는 주어진 주파수에서의 상수이고; ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00005
공기의 유전 상수임.
일 실시예는 x 바이 y 어레이 패턴(x by y array pattern)으로 배열된 상기 전술한 DRA 설명 중 어느 하나에 따른 복수의 DRA를 갖는 DRA 어레이를 포함하고, 여기서 x 및 y는 정수이다.
일 실시예는 상기 전술한 DRA 설명 중 어느 하나에 따른 상기 DRA 요소들의 어레이, 또는 상기 DRA 요소의 제조를 위한 방법을 포함하고, 상기 방법은 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 적어도 하나, 또는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 모두를 성형하는(molding) 단계를 포함한다.
일 실시예는 상기 전술한 DRA 설명 중 어느 하나에 따른, 상기 DRA의 어레이, 또는 상기 DRA의 제조를 위한 방법을 포함하고, 상기 방법은 다음을 포함한다: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨을 제공하기 위해 미리 설정된 패턴(preset pattern)에서의 유전체 조성물(dielectric composition)을 포함하는 복수의 융합된 층(fused layers)을 형성하는 단계.
일 실시예는 상기 전술한 DRA 설명 중 어느 하나에 따른, 상기 DRA의 어레이, 또는 상기 DRA의 제조를 위한 방법을 포함하고, 상기 방법은 다음을 포함한다: 제1 유전 상수를 갖는 제1 유전체 재료로부터 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 형성하는 단계; 및 제2 유전 상수를 갖는 제2 유전체 재료로 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨을 제공하기 위해 상기 제1 볼륨의 표면에 유전체 조성물을 도포하는 단계.
상기 특징 및 이점, 및 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 용이하게 명백해진다.
유사한 요소들이 첨부된 도면에서 유사하게 번호가 매겨지는 예시적인 비-제한적인 도면들을 참조하면,
도 1a는 일 실시예에 따른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 1b는 도 1a의 DRA와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 1c는 도 1a의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 2a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 2b는 도 2a의 DRA와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 2c는 도 2a의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 2d는 도 2b의 필드 방사 패턴에 대한 정면 평면(elevation plane)에서의 이득을 도시한다;
도 3a-3g는 도 1a에 도시된 DRA를 도 2a에 도시된 DRA로 수정하기 위한 단계적 개념 수정에 의한 단계를 도시한다;
도 4a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 4b는 도 4a의 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면(block diagram top-down foot print view)을 도시한다;
도 5a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 5b는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 6a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 6b는 도 6a의 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 7a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 7b는 도 7a의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 8a는 일 실시 예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도이다;
도 8b는 도 8a의 DRA와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 8c는 도 8a의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 9a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 9b는 도 9a의 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 10a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도이다;
도 10b는 도 10a의 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 10c는 도 10a의 DRA와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 10d는 도 10c의 필드 방사 패턴에 대한 정면 평면에서의 이득을 도시한다;
도 10e는 도 10a의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 10f는 일 실시예에 따른, 도 10a의 것과 유사하지만, 상이한 동작 주파수 범위로 튜닝된 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 11a는 일 실시예에 따른 DRA를 이용하는 2 Х 2 어레이의 블록도 사시도로 도시한다;
도 11b는 도 11a의 어레이와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 12a는 일 실시예에 따른, 전기적 경로 및 전기적 경로 길이를 설명하는 복수의 유전체 재료의 적층 볼륨의 정교한 렌더링의 블록도 측면도를 도시한다;
도 12b는 협 대역 응답을 설명하는 결합되지 않은 공진을 도시한다;
도 12c는 일 실시예에 따른, 광대역 응답을 설명하는 결합된 공진을 도시한다;
도 13a는 일 실시예에 따른 다른 DRA의 블록도 측면도이다;
도 13b는 도 13a의 DRA의 블록도 하향식 풋 프린트 도면을 도시한다;
도 13c는 도 13a의 DRA의 중심 부분의 확대도이다;
도 13d는 도 13a의 DRA와 관련된 필드 방사 패턴을 도시한다;
도 13e는 도 13d의 필드 방사 패턴에 대한 정면 평면에서의 이득을 도시한다;
도 13f는 도 13a의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다;
도 14a는 도 13a에 도시된 것과 유사하지만, 상이한 치수의 펜스를 갖는 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 14b는 도 14a의 DRA에 대한 정면 평면에서의 이득을 도시한다;
도 15a는 도 13a 및 도 14a에 도시된 것과 유사하지만, 상이한 치수를 갖는 펜스를 갖는 다른 DRA의 블록도 측면도를 도시한다;
도 15b는 도 15a의 DRA에 대한 정면 평면에서의 이득을 도시한다;
도 16은 니어 필드에서의 방사 모드 기본 기하학적 및 전기적 경로를 설명하는 예시적인 DRA의 모델의 블록도 측면도를 도시한다;
도 17은 관련된 방사 모드 기하학적 및 전기적 경로를 설명하는 예시적인 원통형 또는 직사각형 DRA의 모델의 블록도 측면도를 도시한다;
도 18은 관련된 방사 모드 기하학적 및 전기적 경로를 설명하는 예시적인 반구형 DRA의 모델의 블록도 측면도를 도신한다;
도 19는 도 18의 것과 유사하지만, 2개의 유전체 재료를 갖고, 관련된 방사 모드 기하학적 및 전기적 경로를 설명하는 예시적인 반구형 DRA의 모델의 블록도 측면도를 도시한다;
도 20은 도 19의 것과 유사하지만, 타원형 형태의 중심 영역을 갖고, 관련된 방사 모드 기하학적 및 전기적 경로를 설명하는 예시적인 반구형 DRA의 모델의 블록도 측면도를 도시한다;
도 21a, 21b 및 21c는 순수 TE 방사 모드, 순수 TM 방사 모드, 및 TE 및 TM 방사 모드의 조합에 대한 파 필드 에너지 분포의 호모토피 그룹 및 위상 구조의 정교한 표현을 도시한다;
도 22a, 22b 및 22c는, 개별적으로, 도 21a, 21b, 및 21c의 호모토피 그룹을 도시하지만, 그 위에는 중첩된 곡선의 패밀리를 구비하여 도시한다;
도 23a는 도 17의 DRA를 도시하지만, 접지 구조 및 접지 펜스를 구비한다;
도 23b는 도 20의 DRA를 도시하지만, 접지 구조 및 접지 펜스를 구비한다;
도 24a는 접지 구조에 스택된 원통형 DRA의 모델을 도시한다;
도 24b는 접지 구조에서의 3-층 측방향으로 시프트된 반구형 DRA의 모델을 도시한다;
도 25는 결과적인 TE 및 TM 방사 모드 및 도 24a 및 24b의 모델에 대한 그것들의 각각의 이득 및 보어사이트(boresight)를 도시한다;
도 26a 및 26b는 도 24a 및 24b의 모델에 대한 결과적인 방사 패턴을 도시한다;
도 27a 및 27b는 펜스를 구비하거나 구비하지 않은, 도 24b의 모델에 대한 결과적인 리턴 손실 및 이득을 도시한다;
도 28은 펜스를 구비한, 도 24a의 모델에 대한 결과적인 리턴 손실 및 이득을 도시한다;
도 29는 일 실시예에 따른 재료 V(A)의 보조 볼륨을 갖는 대안적인 DRA를 도시한다;
도 30a 및 30b는 일 실시예에 따른 정렬 피쳐를 갖는 대안적인 DRA를 도시한다;
도 31은 일 실시예에 따른 추가적인 TM-모드 억제 피쳐를 갖는 대안적인 DRA를 도시한다;
도 32, 32a, 33, 33a, 34 및 34a는 일 실시예에 따른 스케일링된 DRA를 도시한다;
도 35 및 36은 일 실시예에 따른 대안적인 DRA를 도시한다;
도 37은 도 35 및 36의 DRA와 관련된 리턴 손실 그래프를 도시한다; 및
도 38은 일 실시예에 따른 대안적인 DRA를 도시한다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 광대역 유전체 공진기 안테나(DRA) 어레이를 빌드(build)하는데 유용한 상이한 배열(arrangements)을 포함하며, 상기 상이한 배열은 상이한 두께, 상이한 유전 상수(dielectric constants), 또는 두 상이한 두께 및 상이한 유전 상수를 갖는 유전체 층들(dielectric layers)의 공통 구조를 이용한다. 다층 DRA(multilayer DRA)의 특정 형태는 각 층에 대해 선택된 유전 상수에 따라 달라진다. 각 다층 쉘(multilayer shell)은, 예를 들어, 원통형, 타원형, 달걀형(ovaloid), 돔-형태 또는 반구형 일 수 있거나, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 형태일 수 있다. 코어에서의 제1 상대적 최소값으로부터, 코어와 외부 층 사이의 상대적 최대값으로, 다시 외부 층에서의 제2 상대적 최소값으로, 상이한 적층 쉘(different layered shells) 상의 유전 상수를 변화시킴으로써 넓은 대역폭(예를 들어, 50 % 보다 더 큰)이 달성될 수 있다. 평형 이득(balanced gain)은 시프트된 쉘 구성(shifted shell configuration)을 이용하거나, 적층 쉘에 비대칭 구조를 이용함으로써 달성될 수 있다. 각 DRA는, 마이크로스트립(microstrip), 도파관(waveguide) 또는 표면 일체형 도파관(urface integrated waveguide)을 통해, 또는 DRA의 대칭에 따라 상이한 길이와 형태의 전도성 루프(conductive loop)를 통과하거나, 매우 넓은 대역폭을 달성하는, 수직 배선 연장이 가능한 동축 케이블(coaxial cable)일 수 있는 신호 공급(signal feed)을 통해 공급된다. 본 명세서에 개시된 DRA의 구조는 압축 또는 사출 성형과 같은 방법, 3D 프린팅과 같은 3D 재료 증착 공정 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 제조 공정을 사용하여 제작될 수 있다.
본 명세서에 개시된 DRA의 여러 실시예들은 광대역 및 고 이득이 요구되는 마이크로파 및 밀리미터 파 애플리케이션에서의 사용, 마이크로파 및 밀리미터 파 애플리케이션에서 패치 안테나 어레이(patch antenna arrays) 대체, 10-20 GHz 레이더 애플리케이션(radar applications)에서의 사용, 또는 백홀 애플리케이션(backhaul applications) 및 77 GHz 복사기(radiators) 및 어레이에서의 사용에 적합하다. 다른 실시예들은 본 명세서에 제공된 여러 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 그러나, 하나의 실시예에서 발견되었지만 다른 실시예에서는 발견되지 않는 특징이, 예를 들어 펜스(fence)와 같은, 다른 실시예에서 이용될 수 있음을 본 개시로부터 이해할 수 있으며, 이는 이하에서 상세히 설명된다.
일반적으로, 본 명세서에 설명된 것은 DRA의 패밀리(family)이며, 각각의 패밀리 멤버(family member)는 전기적 전도성 접지 구조 상에 배치된 복수의 유전체 재료의 볼륨(volumes)을 포함한다. 복수의 볼륨의 각 볼륨 V(i) (여기서 i = 1 내지 N, i 및 N은 정수, N은 총 볼륨의 수를 지정함)는 이전 볼륨 위에 배치되고 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘로서 배열되고, V(1)은 최내측 층/볼륨(innermost layer/volume)이고 V(N)은 최외측 층/볼륨(outermost layer/volume)이다. 일 실시예에서, 예를 들어 적층 쉘 V(i> 1) 내지 V(N) 중 하나 이상과 같은, 기본 볼륨(underlying volume)을 임베드하는 적층 쉘은, 기본 볼륨을 완전히 100% 임베드한다. 그러나, 다른 실시예에서, 기본 볼륨을 임베드하는 적층 쉘 V(i> 1) 내지 V(N) 중 하나 이상은 기본 볼륨을 적어도 부분적으로만 의도적으로 임베드할 수 있다. 기본 볼륨을 임베드하는 적층 쉘이 그렇게 완전히 100% 하는 본 명세서에 설명되는 이러한 실시예들에서, 이러한 임베드하는 것(embedding)은 또한, 의도적으로 또는 다른 방식으로, 제작 또는 공정 변형 때문에, 또는 심지어 하나 이상의 의도적인 보이드(voids) 또는 홀(holes)을 포함하기 때문에, 오버라잉 유전체 층(overlying dielectric layer)에 존재할 수 있는 미세한 보이드를 내포한다(encompasses)는 것을 이해할 것이다. 이와 같이, 완전히 100%라는 용어는 실질적으로 완전히 100%를 의미하는 것으로 가장 잘 이해된다. 본 명세서에 설명된 실시예들은 N을 홀수로서 묘사하지만, 본 발명의 범위는 그렇게 제한되지 않는다는 것이 고려되며, 즉, N은 짝수일 수 있다고 고려된다(contemplated). 본 명세서에 설명되고 묘사된 바와 같이, N은 3 보다 더 크거나 같다. 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 직접적으로 인접한(즉, 밀접하게 접촉하는) 볼륨의 유전 상수 (i)는 i = 1에서의 제1 상대적 최소값으로부터, i = 2 내지 i = (N-1)에서의 상대적 최대값으로, i = N에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 일련의 볼륨 범위 내에서, 그리고 층마다 상이하다. 일 실시예에서, 제1 상대적 최소값은 제2 상대적 최소값과 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 상대적 최소값은 제2 상대적 최소값과 다르다. 다른 실시예에서, 제1 상대적 최소값은 제2 상대적 최소값 보다 작다. 예를 들어, 5 개의 층, N = 5를 갖는 비-제한적인 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 유전 상수, i = 1 내지 5는 다음과 같을 수 있다: ε1 = 2, ε2 = 9, ε3 = 13, ε4 = 9 및 ε5 = 2. 그러나, 본 발명의 실시예가 이러한 정확한 유전 상수의 값으로 제한되지 않고, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 유전 상수를 포함하는 것으로 이해될 것이다. DRA의 여기(Excitation)는 구리 와이어, 동축 케이블, 마이크로스트립, 도파관, 표면 일체형 도파관, 또는 전도성 잉크와 같은, 예를 들면, 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되는, 신호 피드에 의해 제공된다. DRA에 직접적으로 임베드된 신호 피드에서, 신호 피드는 접지 구조에서의 오프닝(opening)을 통해 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나로, 접지 구조와 비-전기 접촉하여, 접지 구조를 통과한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 유전체 재료에 대한 언급은 공기를 포함하며, 이는 표준 대기압(1 기압) 및 온도(20섭씨온도)에서 약 1의 상대 유전율(relative permittivity)(εr)을 갖는다. 이와 같이, 본 명세서에서 개시된 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상은, 비-제한적인 방식으로 예시에 의해, 볼륨 V(1) 또는 볼륨 V(N)과 같은, 공기일 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는, 초-광대역 휩 안테나(ultra-broadband whip antenna)를 형성하는 DRA의 일 실시예에서, 피드 와이어(feed wire)는 최내측 층 V (1)에 전자기적으로 결합된다. 또한 아래에서 더 상세히 설명되는, 광대역 상부 반 공간 안테나(broadband upper half space antenna)를 형성하는 DRA의 일 실시예에서, 피드 와이어는 예를 들어 V(2)와 같은, 하지만 이에 제한되지 않은, 최내측 층 이외의 다른 층에 전자기적으로 결합된다.
풋프린트(footprint)의 2D 형태, 볼륨의 3D 형태, 주어진 복수의 볼륨의 다른 볼륨에 대한 하나의 볼륨의 대칭 또는 비대칭, 및 적층 쉘의 최외측 볼륨을 둘러싸는 재료의 존재 또는 부재(absence)와 같은, 적층 볼륨에 대한 다른 변형은, 원하는 결과를 달성하도록 이득 또는 대역폭을 더 조정하기 위해 이용될 수 있다. 상기 일반화된 설명과 일치하는 DRA의 패밀리의 파트인 몇몇 실시예들은 본 명세서에 제공된 몇몇 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a는 전기적 전도성 접지 구조(102) 및 i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 상기 접지 구조(102)에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(104) - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨(104.1)을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 임베드하는 적층 쉘(104.2, 104.3, 104.4)을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 임베드하는 외부 볼륨(outer volume)(104.5)을 포함함 -을 갖는 일 실시예에 따른 휩-타입 DRA(whip-type DRA)(100)의 측면도를 도시한다. 도 1a의 실시예에 도시된 바와 같이, N=5. 그러나, 본 발명의 범위가 N=5에 제한되지 않음을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 층들의 수 N은, 예를 들어, 100개, 1,000개, 또는 10,000개일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 접지 구조라는 용어는 당 업계에서 접지 평면(ground plane)으로 공지된다. 그러나, 접지 평면은 실제로 평면 형태일 수 있지만, 비평면 형태일 수도 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 접지 구조라는 용어는 평면 및 비평면 전기 접지를 모두 포함하도록 의도된다.
복수의 유전체 재료의 볼륨(104)의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)에서의 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는다. 특정 유전 상수 값은 아래에서 더 설명된다.
일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨(104)의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 상대적 최소값으로부터 V((N+1)/2)에서의 상대적 최대값으로, V(N)에서의 상대적 최소값으로 되돌아 가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 가지며, N은 홀수 정수이다.
도 1a의 실시예에서, 신호 피드(106)는 접지 구조(102)와 비-전기 접촉하는 접지 구조(102)의 오프닝(opening)(108) 내에 배치되고, 신호 피드(106)는 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 내에 완전히 배치 및 전자기적으로 결합된다. 도 1a의 실시예에서, 신호 피드(106)는 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)(104.1) 내에 완전히 배치 및 전자기적으로 결합된다. 일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨(104.1-104.5)은 신호 피드(106)의 종축(107)(예를 들어, 도 1b에 도시된 z 축을 참조)에 대해 중앙으로 배치되고 평행한 중심 종축(105)을 가지며, 신호 피드(107)의 종축은 접지 구조(102)에 수직이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 접지 구조에 수직이라는 어구는 접지 구조가 전기적으로 동등한 평면 접지 구조(planar ground structure)를 갖는 것으로 볼 수 있고, 신호 피드가 전기적으로 동등한 평면 접지 구조에 수직으로 배치되는 구조적 배열을 전달하는 것으로 의도된다.
도 1a에 도시된 DRA(100)는 도 1c에 도시된 바와 같이 대역폭 및 3dB 이득을 갖는, 도 1b에 도시된 바와 같이 광대역 무지향성 도넛형 선형 편파 방사 패턴(broadband omnidirectional donut shaped linearly polarized radiation pattern)(110)을 생산한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 'dB'라는 용어는 'dBi - 등방성 복사기(isotropic radiator)에 대한 데시벨(decibels)'이라는 국제적으로 인정된 용어를 말한다. 도 1a에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예에서, DRA(100)의 복수의 유전체 재료의 볼륨(104)은 8mm의 높이를 갖고 원형 단면을 갖는 원통형이다. 그러나, 예를 들어 다른 높이 또는 타원형 단면을 갖는 DRA와 같이, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 동안 원하는 방사 패턴을 달성하기 위해 다른 치수 및 단면 형태가 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 2a는 전기적 전도성 접지 구조(202), 및 i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 상기 접지 구조(202)에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(204) - 볼륨 V(1)은 최내측 볼륨(204.1)을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘(204.2, 204.3, 204.4)을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 임베드하는 외부 볼륨(204.5)을 형성함 -을 갖는 일 실시예에 따른 다층 DRA(200)의 측면도를 도시한다. 도 2a의 실시예에 도시된 바와 같이, N=5. 그러나, 본 발명의 범위가, 이미 상술한 바와 같이, N=5에 제한되지 않음을 이해할 것이다.
복수의 유전체 재료의 볼륨(204)의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)에서의 상대적 최소값으로 되돌아가는 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는다. 예시적인 유전 상수 값은 아래에서 더 설명된다.
신호 피드(206)는 접지 구조(202)와 비-전기 접촉하는 접지 구조(202)의 오프닝(208) 내에 배치되며, 신호 피드(206)는 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)(204.1)과 다른 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나에 완전히 배치 및 전자기적으로 결합된다. 도 2a의 실시예에서, 신호 피드(206)는 유전체 재료의 제2 볼륨 V(2)(204.2) 내에 완전히 배치 및 전자기적으로 결합된다.
일 실시예에 따른 DRA는 도 2a 및 4a에 도시된 바와 같이, 서로에 대해 중앙으로 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(204)을 포함한다. 즉, 복수의 유전체 재료의 볼륨(204) 중 각 볼륨은 서로 공존하는 중심 종축(205)을 가지며, 접지 구조(202)에 수직이다.
다른 실시예에 따른 DRA는 도 5a에 도시된 바와 같이, 서로에 대해 동일한 측 방향으로 중앙으로 시프트되는 복수의 유전체 재료의 볼륨을 포함하고, 이는 아래에서 또한 더 설명된다.
도 2a에 도시된 DRA(200)는, 도 2c에 도시된 바와 같이 -10dB에서 약 50%의 대역폭 및 -20db 에서 약 25%의 대역폭을 갖는, 도 2b 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 거의 7dB의 이득에서 광대역 무지향성 상부 반 공간 선형 편파 방사 패턴(broadband omnidirectional upper half space linearly polarized radiation pattern)(210)을 생산한다. 도 1a와 도 2a 및 도 1b와 도 2b를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 상이한 여기 위치를 갖는 상이한 유전체 재료의 유사하게 배치된 적층 쉘을 사용하는 것은 실질적으로 상이한 방사 패턴을 생산한다. 이러한 차이를 초래하는 구조적 특징 및 이에 대한 변화는 이제 도 3a-3g를 참조하여 설명될 것이다.
도 3a는 도 1a에 도시된 DRA(100)를 도시하고, 도 3g는 도 2a에 도시된 DRA(200)를 도시한다. 도 3b-3f는 DRA(100)를 DRA(200)로 수정하기 위해 취할 수 있는 개념적인 단계들을 도시하며, 두 DRA(100, 200)는 상기 유전 상수 ε1 = 2, ε2 = 9, ε3 = 13, ε4 = 9 및 ε5 = 2를 갖는 유전체 재료의 5개의 적층 쉘을 갖는다. 예를 들어, 도 3b에서, 수정된 DRA(300.1)는 DRA(100)의 런처 부분(launcher portion)(112)과 구조적으로 유사한 런처 부분(302.1)을 갖지만, DRA(100)의 도파관 부분(waveguide portion)(114)에 대해 수정된 도파관 부분(304.1)을 갖는다. 도 3b에 도시된 바와 같이 도파관 부분(304.1)을 수정함으로써, 필드 라인(field lines)(306.1)은 DRA(100)에서의 그것들(those)에 대해 구부러지며, 이는 방사 패턴 모드를 수정하여 혼합 대칭 및 혼합 편파(mixed polarization)를 생산한다. 도 3c에서, 도파관 부분(304.2)은 필드 라인을 더 구부리도록 더 수정되어 추가적인 혼합 대칭, 혼합 패턴 모드, 및 혼합 선형-원 편파를 생산한다. 도 3c의 실시예에서, 도파관 부분(304.2)의 구부러짐(bending)은 홀(hole)(306) (예를 들어, 공기)을 발생시키고 여기에 임베드된 홀(306)이 유전체 재료의 9 개의 적층 쉘을 갖는 것으로 보이는 구조가 된다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 접지 구조(308)에 결합될 도파관 부분(304.3)의 반 루프(half loop)를 완료함으로써, 방사 패턴의 선형 편파가 발생한다. 도 3d의 실시예에서, 홀(306)은 이제 유전체 재료의 9 개의 적층 쉘에 의해 완전히 둘러싸인다. 도 3e에서, 중심 홀(306)(도 3d에 도시됨) 및 유전체 재료의 4 개의 내부 층(도 3d에 도시됨)은 제거되며, 이는 상술한 유전 상수 ε1 = 2, ε2 = 9, ε3 = 13, ε4 = 9 및 ε5 = 2를 다시 갖는 유전체 재료의 5 개의 적층 쉘을 갖는 DRA(300.4)를 창조한다. 그러나, DRA(100)와는 달리, DRA(300.4)는 더 이상 유전체 재료의 적층 쉘에 대해 중앙으로 배치되지 않는 신호 피드(310)를 갖는다. 도 3e의 실시예는 선형 편파를 갖는 향상된 대역폭을 초래하지만, 비대칭 방사 패턴을 초래한다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 신호 피드(310)를 제2 쉘 V(2)에 위치시킴으로써, 방사 패턴의 향상된 대칭 및 양호한 정합을 초래한다. 도 3g는 DRA(200)의 구조에 도달하기 위해 유전체 재료의 적층 쉘의 비율을 수정하는 최종 변환 단계를 도시하며, 이는 도 2b에 도시된 바와 같이, 광대역 무지향성 상부 반 공간 선형 편파 방사 패턴을 갖는 다층 DRA 설계를 초래한다.
상술로부터 알 수 있듯이, 유전체 재료의 적층 쉘의 배열에 대한 변형 및 적층 쉘 내의 신호 피드의 배치는 주어진 DRA에 대해 실질적으로 상이한, 맞춤형, 방사 패턴을 초래할 수 있다. 본 발명의 범위 내에 속하는 DRA의 다른 실시예들은 도 4-12를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 4a 및 4b는 DRA(200)와 유사한 DRA(400)를 도시하지만, 5개와는 반대로 유전체 재료의 3 개의 적층 쉘을 갖는다. DRA(200)와 유사하게, DRA(400)는 접지 구조(402)에 배치된 유전체 재료의 볼륨(404)을 갖는 접지 구조(402)를 갖는다. 도 4a, 4b에 도시된 비-제한적인 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)(404.1)는 유전 상수 ε1 = 2.1를 갖고, 제2 볼륨 V(2)(404.2)는 유전 상수 ε2 = 9를 갖고, 제3 볼륨 V(3)(404.3)은 유전 상수 ε3 = 13을 갖는다. 도 2a의 실시예와 유사하게, 도 4a의 실시예는 제2 볼륨 V(2)(404.2) 내에 완전히 배치된 신호 피드(406)를 갖는다. 또한, 도 2a의 실시예와 유사하게, 도 4a의 실시예는 서로에 대해 중앙으로 배치된 복수의 유전체 재료의 볼륨(404)를 가지며, 각각의 볼륨의 각각의 중심 종축(405)은 서로 공존하고 접지 구조(402)에 대해 수직으로 지향된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 복수의 유전체 재료의 볼륨(404)은 타원형 단면 형태를 가지며, 이는 본 명세서에서 개시된 다른 실시예들이 타원형 단면 형태와 다른 형태를 갖기 때문에 비-제한적이지만, 상이한 방사 패턴을 실현하기 위해 상이한 형태의 사용을 설명하는 것으로 단지 의도된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예에서, DRA(400)의 복수의 유전체 재료의 볼륨(404)은 7.2mm의 타원의 종축을 따른 외측 치수 및 5.4mm의 높이를 갖는다.
도 5a 및 5b는 DRA(400)와 유사하지만, 접지 구조(502)에 결합되고, 서로에 대해 동일한 측 방향으로 중앙으로 측 방향 시프트되고(sideways shifted) 평행한 중심 종축(505.1, 505.2, 505.3)을 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨(504)의 각각의 볼륨(적층 쉘(504.1, 504.2, 504.3)과, 제2 볼륨 V(2)(504.2) 내에 배치된 신호 피드(506)와, 및 접지 구조(502)에 수직인 각각의 중심 종축(505.1-505.3)을 구비한 DRA(500)를 도시한다. 쉘을 시프트함으로써, z 축에 대해 더 평형 이득을 획득할 수 있다. 이득을 평형 잡음으로써(balancing), 단일 DRA의 이득이 방사 패턴에서 니어 필드 구형 대칭으로 8dB에 접근할 수 있다는 것이 고려된다.
또한, 도 6a 및 6b는 DRA(400)에 유사하지만, 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 유전체 재료와 같은, 컨테이너(container)(616) 내에 임베드되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(604) (적층 쉘(604.1, 604.2, 604.3))을 구비한 DRA(600)를 도시하고, 예를 들어, 여기서 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되고 평행한 중심 종축(605)를 가지고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)는 컨테이너(616)의 중심 종축(617)에 대해 측 방향으로 중앙으로 시프트되고, 제2 볼륨 V(2)(604.2) 내에 배치된 신호 피드(606)로 접지 구조(602)에 결합된다. 컨테이너(616)의 중심 종축(617)은 접지 구조(602)에 수직하고 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)의 각 볼륨의 중심 종축(605)에 평행하게 배치된다. 복수의 유전체 재료의 볼륨이 서로에 대해 중앙으로 배치되고, 컨테이너에 대해 측 방향으로 중앙으로 시프트되는 이러한 배열은 원하는 평형 이득을 달성하는 또 다른 방법이다. 도 6a, 6b에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예에서, DRA(600)의 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)은 8mm의 타원의 종축을 따른 외측 치수를 가지고, 컨테이너(616)는 16mm의 풋 프린트 직경(foot print diameter)을 갖는다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)은 신호 피드(606)로부터 복수의 유전체 재료의 볼륨(604)의 정반대 측면으로 연장하는 제1 방향을 갖는 제1 기하학적 경로를 그 안에 정의하고, 제1 기하학적 경로의 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖는 제2 기하학적 경로를 그 안에 정의하고, 상기 제2 기하학적 경로는 유전 재료의 복수의 볼륨(604)의 타원형 형태에 의해 제1 기하학적 경로의 유효 유전 상수(effective dielectric constant)보다 더 작은 유효 유전 상수를 갖는다는 것을 주목할 만하다. 제2 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수를 제1 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수보다 더 작게 조정함으로써, E-필드 라인(E-field lines)에 대한 메인 경로는 바람직한 제1 기하학적 경로를 따를 것이며(신호 피드로부터 타원형의 주축(major axis)의 방향에 정반대 측면으로), 결과적으로 DRA(600)는 제1 기하학적 경로를 따라 선호되는 TE-모드 방사(favored TE-mode radiation)를 제공할 것이며, 선호되지 않는 제2 기하학적 경로(disfavored second geometrical path)를 따라 원하지 않는 TE-모드 방사(undesired TE-mode radiation)의 억제를 제공할 것이고(타원형의 주축의 방향으로 제1 기하학적 경로에 직교함), E-필드 라인에 대한 원하지 않는 제2 기하학적 경로는 메인 제1 기하학적 경로에 직교하는 방향으로 있을 것이다. 그리고 본 명세서에 개시된 모든 것으로부터, 제1 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수보다 더 작도록 제2 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수의 상기 설명된 조정은 이용된 신호 피드의 타입과 무관하다는 것이 이해 될 것이다.
실제 문제로서, 본 명세서에서 DRA(100, 200, 400 및 500)와 관련하여 설명된 유전체 재료의 적층 볼륨은 각각의 컨테이너(116, 216, 416 및 516) 내에 임베드될 수 있으며, 본 명세서에 개시된 목적을 위해 본 명세서에 개시된 방식으로 관련 컨테이너에 대해 측 방향 시프트되거나 중앙으로 배치될 수 있다. 임의의 및 모든 이러한 조합들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
컨테이너(116) 또는 다른 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 임의의 다른 열거된 컨테이너는, 일부 경우에는 최외측 볼륨 V(N)일 수 있으며, 여기에서 컨테이너라는 용어 및 최외측 볼륨 V(N)이라는 용어는 본 명세서에 개시된 다양한 복수의 유전체 재료의 볼륨 사이의 기하학적 관계를 보다 구볼륨으로 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된다.
원하는 평형 이득을 달성하는 또 다른 방법은 도 7a 및 7b에 도시되며, 이는 접지 구조(702)에 배치된 컨테이너(716)를 포함하는 DRA(700)를 도시하며, 컨테이너(716)는 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 경화 수지(cured resin)로 구성되며, 복수의 유전체 재료의 볼륨(704)(적층 쉘(704.1, 704.2, 704.3))은 제2 볼륨 V(2)(704.2) 내에 배치된 신호 피드(706)를 구비한 컨테이너(716) 내에 임베드되고, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되고 컨테이너(716)의 종축(717)에 대해 중앙으로 배치되는 중심 종축(705)을 가지며, 복수의 유전체 재료의 볼륨(704)의 외부 볼륨 V(3)(704.3)은 평평한 상단 부분(flat top portion)(720) 및 각진 상단 부분(angled top portion)(718)으로 나타낸 비대칭 형태를 가지며, 이는 원하는 평형 이득을 생산하기 위해 방출된 방사 패턴을 다시 만들게 한다(reshape). 컨테이너(716)의 중심 종축(717)은 접지 구조(702)에 수직으로 배치되고 복수의 유전체 재료의 볼륨(704)의 각 볼륨의 중심 종축(705)에 평행하다. 외부 볼륨 V(3)(704.3)만이 비대칭 형태를 갖는 것으로 도시되었지만, 다른 층들도 또한 비대칭 형태로 형성될 수 있음을 이해할 것이다. 그러나, 본 출원인은 분석적인 모델링을 통해 단지 외부 층 V(N)에서의 비대칭 형태의 형성이 원하는 평형 이득을 달성하기 위해 방사 패턴을 변화시키는데 충분하다는 것을 발견했다.
도 1a에 도시된 휩-타입 DRA의 변형은 도 8a에 도시되어 있으며, 이는 DRA(800)을 도시하고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(804)(적층 쉘(804.1, 804.2, 804.3)의 각 볼륨 및 임베드된 신호 피드(806)는 아치(arch)를 형성하고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(804)의 각 아치형 볼륨은 접지 구조(802)에 배치된 그것의 두 단부들(803, 805)을 가지며, 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 컨테이너(816)에 임베드된다. 아치를 형성하는 임베드된 신호 피드(806) 및 복수의 유전체 재료의 볼륨(804)의 구부러짐은, 예를 들어 어 8mm와 비교하여 6mm와 같은 더 짧은 높이를 갖는 DRA를 제공한다. 이러한 배열은 도 8b에 도시된 바와 같이, 자기장에 결합하는데 사용될 수 있고 방사 패턴에서의 양호한 대칭성 및 양호한 이득을 제공하지만, 도 8c에 도시된 바와 같이 -10dB에서 약 14%의 좁은 대역폭을 갖는다.
일 실시예에 따른 DRA의 다른 변형은 도 9a 및 9b에 도시된다. 여기서, DRA(900)는 반구형 형태를 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨(904)으로 구성되고, 예를 들어 2.1과 같은 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 경화 수지로 구성되고 접지 구조(902)에 배치되는, 반구형 형태를 갖는 컨테이너(916)에 집합적으로 임베드된다. DRA(900)의 실시예에서, 신호 피드(906)는 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)(904.1) 내에 배치되고 전자기적으로 결합되고, 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)(904.1) 내에서 아치형이 되고(arched) 제1 볼륨 V(1)(904.1)의 천정 축(zenith axis)(905)으로부터 중심을 벗어나 제1 볼륨 V(1)(904.1) 으로 들어간다. 도 9a 및 9b에 도시된 DRA(900)의 실시예에서, 유전체 재료(904)의 3 개의 적층 쉘이 있다. 일 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)(904.1)은 유전 상수 ε1 = 2.1을 가지며, 제2 볼륨 V(2)(904.2)는 유전 상수 ε2 = 9를 가지며, 제3 볼륨 V(3)(904.3)은 유전 상수 ε3 = 13을 갖는다. 컨테이너(916)의 상대적으로 낮은 유전 상수는 DRA(900)의 외부 층에 상술한 상대적 최소 유전 상수를 제공하게 한다. 도 9a, 9b에 도시된 바와 같이, 복수의 유전체 재료의 볼륨(904)의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치된 천정 축(905)을 가지며, 복수의 유전체 재료의 볼륨은 컨테이너(916)의 천정 축(917)에 대해 측 방향으로 중앙으로 시프트되며, 평형 이득을 다시 제공한다. 도 9a, 9b에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예에서, DRA(900)의 복수의 유전체 재료의 볼륨(904)은 8.5mm의 풋 프린트 직경을 가지며, 컨테이너(916)는 15mm의 풋 프린트 직경을 갖는다.
도 8a 및 9a의 실시예의 아치형 신호 피드(806, 906)으로 인해, 각 개별 DRA(800, 900)는 아치형 신호 피드를 갖지 않는 실시예들의 전기장과는 반대로, 자기장에 결합한다.
이제 도 10a-10f를 참조하며, 이는 실시예에 따른 DRA의 또 다른 버전이 도시된다. 도 10a 및 10b는 전술한 실시예와 유사하게 제2 볼륨 V(2)(1004.2)을 구비하여 배치된 신호 피드(1006)를 갖는 유전체 재료의 볼륨의 적층 쉘(1004)을 갖는 DRA(1000)를 도시하지만, 복수의 유전체 재료의 볼륨(1004)의 각 볼륨은, 예를 들어 볼륨 V(1)(1004.1)과 관련된 축(1005.1)을 참조하여, 그것의 개별 종축에 길이 방향으로 지향된 연장된 돔 형태(elongated dome shape)를 갖고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(1004) 주위에 원주 방향으로 배치되는 전기적 전도성 펜스(electrically conductive fence)(1050)(또한 본 명세서에서 당업계에서 전기적 전도성 전자기 반사기(electrically conductive electromagnetic reflector)로 지칭되고 인식되며, 이는 간단하게는 펜스 또는 반사기로 지칭될 수 있음)를 더 포함하며, 펜스(1050)는 접지 구조(1002)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결한다(the fence 1050 is electrically connected with and forms part of the ground structure 1002). 일 실시예에서, DRA(1000)는 개별 유전 상수 ε1 = 2, ε2 = 9, ε3 = 13, ε4 = 15 및 ε5 = 3을 갖는 5개의 유전체 재료의 층(1004)을 갖는다. DRA (1000)의 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)(1004.1)은 펜스(1050)의 원주의 중심에 대해 중앙으로 배치되고, 다른 모든 볼륨 V(2) - V(5)(1004.2-1004.5)는 동일한 방향(도 10a, 10b의 도면에서 좌측으로)으로 측 방향 시프트된다. 상이한 유전 상수의 유전체 재료의 적층 쉘, 더하기(plus) 돔 형태, 더하기 측 방향 시프트, 및 더하기 펜스의 조합은, 도 10c에 도시된 바와 같은 원하는 방사 패턴, 도 10d에 도시된 바와 같은 7.3dB의 실현된 이득(realized gain), 및 도 10e에 도시된 바와 같은 원하는 리턴 손실(return loss)을 갖는 일 실시예에 따라 10GHz 공진에서 고 이득 다층 DRA를 초래한다. 도 10a 및 10b에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예에서, 펜스(1050)는 2.5cm의 평면도 최대 직경을 가지며, 최외측 볼륨 V(5)는 8mm의 높이를 갖는다. 일 실시예에서, 펜스/반사기(1050)는 복수의 유전체 재료의 볼륨(1004)의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(1004)의 전체 높이의 0.8배 보다 더 작거나 같거나 3 배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 펜스(1050)는 접지 구조(1002)에 대해 각도 α로 z-축에 대해 외측으로 경사진 측면벽(sidewalls)을 가지며, 이는 펜스(1050)의 내부 경계 내에서 신호 공진을 억제하는 역할을 한다. 일 실시예에서, 각도 α는 90도 보다 더 크거나 같고 135도 보다 더 작거나 같다. 그러나, 펜스(1050)의 측면벽에 대한 다른 형태가, 예를 들어, 접지 구조(1002)로부터 위쪽으로 외측으로 커브하는(curving) 포물선 측면벽과 같은, 동일하거나 유사한 최종 결과를 위해 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 펜스(1050)는 고체 펜스, 천공된 펜스(perforated fence), 메시 펜스(mesh fence), 이격된 포스트 펜스(spaced-apart post fence), 비아스(vias), 전도성 잉크 펜스(conductive ink fence), 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 전기적 전도성 펜스 구조일 수 있다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 펜스(1050)의 높이는 신호 피드(1006)의 높이의 약 1.5배이지만, 원하는 방사 패턴에 따라 더 높거나 더 짧을 수 있다. 일 실시예에서, 펜스(1050)의 높이는 신호 피드(1006)의 높이 보다 더 크거나 같고, 신호 피드(1006)의 높이의 1.5 배 보다 더 작거나 같다. 유닛 셀(unit cell), 또는 유닛/단일 DRA의 경우, 이용된 재료의 유전 상수(여기서는 Dk라고도 지칭함)와 함께 펜스의 높이 및 각도는 안테나 형상비(antenna aspect ratio)를 정의한다. 크기, 대역폭 및 이득에 대한 원하는 사양에 따라, 상이한 형상비를 구비한 안테나가 제공될 수 있다. 예를 들어, 펜스의 정의된 각도와 조합된 상대적으로 높은 펜스는 상대적으로 넓은 주파수 대역폭에 대해 상대적으로 높은 이득을 제공하는 것으로 고려된다. 펜스 각도 및 펜스 높이의 다른 조합은 다른 유리한 안테나 성능 특성을 제공하도록 고려되며, 이는 본 명세서에 제공된 개시된 재료의 교시(teachings)를 고려하여 용이하게 분석적으로 모델링될 수 있다.
DRA(1000)의 실시예에서, 예를 들어 도 10c 및 10d를 참조하면, 평면 접지 구조(1002)에 적층 볼륨(1004)의 시프트 쉘을 이용함으로써 평형 이득은 달성된다. 다른 기하학적 형상들(other geometries)은, 점선(1003)에 의해 도시된 바와 같은 비-평면 접지 구조와 결합된, 더 적게 시프트된 적층 볼륨(1004)과 같은, 유사한 결과를 제공할 것으로 예상되며, 이는 z-축에 대해 더 대칭이 되도록 (더 적게 시프트된 쉘들로부터) 필드 라인을 구부리는 역할을 할 수 있다. 본 명세서에 도시된 실시예에 대한 임의의 및 모든 변형은 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
도 10f는 DRA(1000)와 유사하지만 1700-2700MHz 작동을 위해 튜닝된 DRA에 대한 리턴 손실 응답을 도시한다.
상이한 주파수에서 작동하는 상이한 DRA의 높이와 관련하여, 약 10GHz에서 작동하도록 구성된 DRA는 약 5-8mm의 높이를 가질 수 있는 반면, 약 2GHz에서 작동하도록 구성된 DRA는 약 25-35mm의 높이를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도 10a에 도시된 분석 모델은 도 10c에 도시된 방사 패턴을 생산하기 위해 약 20mm의 펜스의 바닥 직경을 갖는다.
이제 도 14a를 참조를 참조하며, 이는 도 11b에 도시된 바와 같이 방사 패턴의 z-축을 따라 14.4dB의 이득을 생산하는, 일 실시예에 따라, DRA(600)에 유사한 4개의 DRA(1100.1, 1100.2, 1100.3, 1100.4)(집합적으로 DRA(1100)라 지칭함)를 이용하는 예시적인 2x2 어레이(1099)를 도시한다. 일 실시예에서, 도 11a에 도시된 분석적은 모델은 도 11b에 도시된 방사 패턴을 생산하기 위해 약 60mm x 60mm의 전체 x 및 y 치수를 갖는다. 더 구체적으로, 각 DRA(1100)는, 예를 들어 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 유전체 재료와 같은, 컨테이너 내에 임베드되는 복수의 유전체 재료의 볼륨을 가지며, 여기서 복수의 유전체 재료의 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되고, DRA(600)와 관련하여 상기 설명과 유사하게, 컨테이너에 대해 측 방향으로 중앙으로 시프트된다. DRA(1000)와 관련하여 전술한 바와 같이, 각각의 DRA(1100)는 각 개별 DRA(1100)를 둘러싸는 전기적 전도성 펜스(1150)를 갖는다. 도 11a에 도시된 분석적으로 모델링된 실시예는 도 11b에 도시된 방사 패턴을 생산하며, 이는 z=0에서 또는 z=0에 대해(at or about z=0) 비대칭적인 제2 로브(asymmetrical secondary lobes)(1160)를 갖는 것으로 볼 수 있다. 이러한 비대칭적인 제2 로브(1160)는 (컨테이너의 원통형 기하학적 형상(cylindrical geometry)을 통해) 각각의 원통형 DRA(1100)를 둘러싸는 직사각형 펜스(1150)를 갖는 분석 모델에 기인하고, 제2 로브(1160)에서의 감소 및 실현된 이득에서의 향상(도 11b에서의 14.4dB)은 원통형 DRA(1100)에 대해 더 균일한 대칭성을 갖는 펜스 기하학적 형상을 이용함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바로부터, 본 명세서에 설명된 임의의 DRA 또는 본 명세서에 개시된 일 실시예와 일치하는 임의의 변형으로 구성된 임의의 수의 x 바이 y 어레이 구성 요소를 갖는 다른 어레이가 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 11a에 도시된 2x2 어레이(1099)는 128x128 이상을 갖는 어레이 또는 예를 들어 약 1-피트 x 1-피트(30.5cm x 30.5cm) 이상의 전체 x 및 y 치수를 갖는 더 많은 어레이 요소로 확장될 수 있다. 임의의 어레이(1099)의 전체 높이는 1mm 보다 더 크거나 같고 30mm 보다 더 작거나 같을 수 있다. 본 명세서에 도시된 x, y 어레이(1099)가 y와 동일한 x로 설명되었지만, y와 같지 않은 x를 갖는 어레이 구조도 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에서 고려되고 간주된다. 이와 같이, 도 11a는 본 명세서에 개시된 목적을 위해 임의의 수의 x 및 y 어레이 요소를 갖는 본 명세서에 개시된 임의의 DRA 요소의 어레이(1099)를 나타내는 비-제한적인 방식으로 제시된다. 또 다른 예시로서, 출원인은 32cm 바이 32cm의 전체 x 및 y 치수를 갖는 본 명세서에 개시된 DRA의 128x128 어레이를 분석적으로 모델링하여, 약 50dB의 집중된 지향성 이득을 결과적으로 얻는다. 임의의 및 모든 이러한 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
이제 도 12a를 참조하며, 이는 본 명세서에 개시된 유전체 재료의 볼륨의 다른 실시예들과 유사하게, 전기적 전도성 접지 구조(1202)에 배치된 유전체 재료(1204)의 복수의 볼륨의 예시적인 일 실시예의 정교한 렌더링(artistic rendering)을 도시한다. 도 12a를 참조하면, 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 개별적인 볼륨 사이의 공진의 결합은 서로 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 볼륨의 인접한 것들로 설명될 수 있다. 예를 들어, 도 12a의 실시예는 유전체 재료의 4 개의 볼륨 V(1) - V(4)(1204.1, 1204.2, 1204.3 및 1204.4)를 갖는다. 각 볼륨 내의 점선은 신호 경로를 나타내며 공진을 정의한다. 주어진 경로의 전기적 길이는 공진 주파수를 "지배적으로(dominantly)" 정의한다. 각 공진 주파수는 층 두께를 조정함으로써 미세-조정될 수 있다. 본 명세서에 개시된 다중 공진 시스템(multiple resonant system)은 λ/2의 기본 공진을 정의하는, 상대적으로 폐쇄된 전기 길이(relatively closed electrical lengths)(~d*sqrt(ε))의 결합에 의해 달성될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 수학 연산자 ~는 대략을 의미한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 광대역 응답은 상대적으로 가장 낮은 유전 상수 재료(상대적으로 더 큰 쉘 두께)로부터 상대적으로 가장 높은 유전 상수 재료(상대적으로 가장 작은 쉘 두께)로의 강하게 결합된 전기적 경로에 의해 달성될 수 있다. 도 12b 및 12c는 결합되지 않은 공진이 결합될 때의 대역폭의 변화를 도시한다. 본 명세서에 개시된 실시예들은 마이크로파 및 밀리미터 파 애플리케이션에서의 광대역 성능을 위해 관련 DRA에서 강하게 결합된 전기적 경로를 생산하도록 서로 직접적으로 밀접하게 접촉하는 적층 쉘로서 복수의 유전체 재료의 볼륨을 이용함으로써 결합된 공진의 이 원리를 작동시킨다.
이제 도 13a-13f를 참조하며, 이는 일 실시예에 따른 DRA의 다른 버전을 도시한다. 도 13a-13c는 접지 구조(1302)와 마이크로스트립(1306) 사이에 배치된 유전체 기판(1360)을 구비한 접지 구조(1302) 아래에 배치된 마이크로스트립 신호 피드(마이크로 스트립)(1306) 및 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304)의 적층 쉘을 갖는, DRA(1300) 및 도 13c에서의 그의 일부분을 도시한다. 도 13a-13c의 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304)의 각 볼륨은 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304) 주위에 원주 방향으로 배치된 전기적 전도성 펜스(1350)를 구비한, 반구형 형태를 가지며, 펜스(1350)는 접지 구조(1302)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결하고 펜스(1350)와 관련하여 전술한 바와 같은 구성을 갖는다. 일 실시예에서, DRA(1300)는 개별 유전 상수 ε1 = 2, ε2 = 9, ε3 = 13, ε4 = 14 및 ε5 = 2를 갖는 5개의 유전체 재료의 층(1304)을 갖는다. 그러나, 본 발명의 범위는 5 개의 층에 제한되지 않으며, 임의의 수의 층을 포함할 수 있다. DRA(1300)의 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304)의 5 개의 볼륨 V(1)-V(5)(1304.1-13.04.5)의 각각은 펜스(1350)의 원주의 중심에 대해 중앙으로 배치된다. 접지 구조(1302)는 내부에 형성된 슬롯 구멍(slotted aperture)(1362)을 가지며, 마이크로스트립(1306) 및 슬롯 구멍(1362)의 길이 방향 치수는 도 13b의 평면도에 도시된 바와 같이 서로 직교하게 배치된다. 일 실시예에서, 슬롯 구멍은 10 밀리미터(mm)의 길이 및 0.6mm의 폭을 갖지만, 원하는 성능 특성에 따라 상이한 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 마이크로스트립(1306)은 50옴의 임피던스를 가지며, 기판(1360)은 0.1mm의 두께를 갖는다. DRA(1300)는 또한 본 명세서에서 구멍 결합형 마이크로 스트립 DRA(aperture coupled microstrip DRA)로 지칭된다. 일 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 상이한 유전 상수의 유전체 재료의 적층 쉘, 더하기 반구형 형태, 더하기 펜스의 조합은 도 13d에 도시된 방사 패턴, 도 13e에 도시된 바와 같은 약 7.3dB의 실현된 이득, 도 13f에 도시된 바와 같은 30 % 보다 더 큰 대역폭을 초래한다. 대역폭은 상이한 층들에 대해 상이한 유전 상수 및 두께를 선택함으로써 훨씬 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 접지 구조(1302)는 하나 이상의 슬롯 구멍(1362)을 가지며, 이는 마이크로스트립 신호 피드(1306)에 사용될 수 있고 펜스(1350)와 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304)을 정렬시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로스트립은 예를 들어 표면 일체형 도파관과 같은 도파관으로 대체될 수 있다.
도 14a 및 15a는 도 13a의 펜스(1350)와 비교하고 서로 비교할 때, 마이크로스트립 신호 피드를 구비하지만, 각각, 펜스(1450 및 1550)에 대한 상이한 치수를 구비하여, 각각, DRA(1300)와 유사한 구성을 갖는 DRA(1400, 1500)를 도시한다. 3 개의 DRA(1300, 1400 및 1500) 사이의 공통적인 특징은 복수의 유전체 재료의 볼륨(1304)이며, 이는 모두 동일하다. 도 14a에 도시된 실시예에서, 펜스(1450)는 4mm의 높이 및 25.4mm의 평면도 최대 직경을 가지며, 도 14b에 도시된 바와 같이 5.5dB의 실현된 이득을 갖는 DRA(1400)를 초래한다. 도 15a에 도시된 실시예에서, 펜스(1550)는 6mm의 높이 및 30mm의 평면도 최대 직경을 가지며, 도 15b에 도시된 바와 같이 9.5dB의 실현된 이득을 갖는 DRA (1500)를 초래한다. 동일한 복수의 유전체 재료의 볼륨을 갖지만 상이한 펜스 치수를 구비한 각각의 DRA와, DRA(1300, 1400, 1500)에 대한 유사한 구성을 비교함으로써 이해할 수 있듯이, 실현된 이득(및 방사 패턴)은 다양할 수 있고 원하는 성능 특성을 생산하기 위하여 펜스의 치수를 조정함으로써 튜닝될 수 있다. 본 명세서에 설명된 펜스 기하학적 형상을 변화시킴으로써 이득이 증가함에 따라 대역폭이 감소할 수 있다는 것이 고려된다.
이제, 도 16-28을 참조하며, 이는 DRA에서의 횡단 전기(TE; Transverse Electric) 모드 전기적 경로와 횡단 자기(TM; Transverse Magnetic) 모드 기하학적 경로 사이의 상호-작용, 및 DRA 대칭이 전체 안테나 성능을 발휘하는(plays) 역할을 설명하는데 사용된다.
DRA는 TE 모드와 TM 모드로 이해되고 분류되는 방사 모드를 갖는다. 대안 적으로, 방사 모드는 기본 TE-자기 쌍극자 및 TM-전기 쌍극자의 용어로 표현되고 분류 될 수 있다. 비-방사 모드는 쌍으로 된 쌍극자(paired dipoles)로 표현 될 수 있는 반면, 방사 모드는 쌍이 아닌 쌍극자(un-paired dipoles)로 나타낼 수 있다. 다양한 모드들 중 기본 방사 TE01 및 TM01 모드는 DRA 전체 성능에 중요한 역할을 발휘한다. 안테나 대역폭은 원하는 모드에 대한 3dB 이득 대역폭을 고려함으로써 정의하고 상당히 다를 수 있는 방사 대역폭, 및 -10dB 정합으로 정의되는 임피던스 (정합) 대역폭을 포함한다. 일반적으로 방사 대역폭은 정합 대역폭의 일부이다. DRA 층들의 대칭은 기본 직교 방사 TE 및 TM 모드를 선호(favoring) 또는 선호하지 않음(disfavoring)으로써 전체 안테나 성능에서 중요한 역할을 발휘한다.
대칭-지원 전기적 경로를 기반으로 한 간단한 계산은 예상되는 DRA 성능에 대한 인사이트(insights)를 제공한다. TE 및 TM 모드는 공진기 형태 및 대칭에 의해 강화되거나 억제되는 기하학적으로 다른 경로에 의해 선호되고, 또한 위상적으로 매우 다른 방사 패턴을 갖는다. 기하학적 경로와 전기적 경로 사이의 차이가 클수록, 더 멀리 떨어져 있는 주파수는 TE 및 TM 방사 모드이고, 원하는 방향에서의 이득들은 더 많이 구별된다. 반대로, 기하학적 경로들 사이의 근접성은 주파수 근접성을 의미하며, 안테나의 지향성을 더 적게 만들고 TE 및 TM 방사 성능 모두를 감소시킨다.
원통형 및 직사각형 적층 DRA는 TE 및 TM 기하학적 및 전기적 경로 사이의 근접성을 선호하여, 양호한 정합 대역폭을 가질 수 있지만 어느 모드에서도 잘 방사되지 않는 DRA 및 주파수 근접성을 발생시킨다. 반구형 적층 DRA 설계를 사용함으로써, 기하학적 경로가 더 많이 구별되고, 이는 주파수 분리를 의미하고 TE 및 TM 상호 작용을 줄어들게 한다. 또한 방사 패턴은 위상적으로 더 많이 구별되고 관련 이득은 더 높아져, 더 작은 정합 대역폭을 갖지만 방사 대역폭 및 이득이 향상될 수 있는 안테나를 발생시킨다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 DRA 설계의 일 실시예는 TE 모드 방사 성능을 향상시킨 반면, (TM 모드와 연관된) 수직 경로는 공기 충진 타원형 또는 임베드된 낮은 유전상수 (Dk) 재료를 통해 실질적으로 또는 완전히 억제된다. 아래에서 더 자세히 설명되어 있는, 단순화된 계산은 또한 TE 방사 대역폭에 대한 상한을 약 60%로 제공한다. 이 상한은 TE 및 TM 주파수 사이에서 달성될 수 있는 최대 간격을 제시한다. 본 명세서에 제공된 단순화된 계산에서, εr=9의 가장 높은 상대 유전율이 가정된다. 그러나, 방사 대역폭은 Dk 재료가 높아짐에 따라 더 향상될 것으로 예상된다. 일 실시예에서, 캐비티(cavity)의 존재는 TM 모드에 더 영향을 줌으로써(대칭 고려를 통해) TE 및 TM 주파수 거리를 감소시키는 경향이 있을 수 있다. 아래에서 더 자세하게 설명되는, 반 실험식(half empirical formula)은 TE 및 TM 이득 대 주파수 분리 또는 경로/대칭 인자
Figure pct00006
를 대략 예측한다.
방사 패턴에 관해서는, 쌍이 아닌 자기 쌍극자(TE 모드)를 방사하는 것은 엔드-파이어 방사 패턴(end-fire radiation patterns)을 발생시키는 반면, 쌍으로 된 전기 쌍극자(TM 모드)를 방사시키면 넓은 방사 패턴을 발생시킨다.
이제 도 16을 참조하며, 이는 니어 필드에서의 기하학적 및 전기적 기본 경로를 설명하기 위한 목적으로 전기적 전도성 접지 구조(1602)에 배치된 일 예시적인 반구형 DRA(1600)의 모델을 도시한다. 중심 수직 화살표(1604)는 반구형 DRA(1600)의 외부 영역에 근접한 기본 필드 경로(1604(중심 경로) 및 1608) 및 자기장(1606)을 생산하는 TM 방사 모드(전기 쌍극자)를 나타내고, 아치형 화살표(1610)는 TE 방사 모드(자기 쌍극자) 및 반구형 DRA(1600)의 외부 영역에 근접한 관련 기본 필드 경로를 포함한다. 일 실시예의 이점은 TM 모드를 억제하고 TE 모드를 증폭시킴으로써 달성될 수 있으며, 이로써 주파수 분리를 달성할 수 있고 원하는 방향(엔드-파이어(end-fire))에서의 이득을 구별하고 방사 대역폭을 증가시킬 수 있다.
이제 도 17을 참조하며, 이는 높이 "a" 및 직경 "2a"를 갖는 일 예시적인 원통형/직사각형 DRA(1700)의 모델을 도시한다. TE 모드 필드 라인은 참조 번호(1702, 1704, 1706)(경로-1)에 의해 도시되고, TM 모드 필드 라인은 참조 번호(1708, 1710, 1712)(경로-2)에 의해 도시된다. 전기적 경로가 λ/2(반 파장 공진)에서 공진을 정의한다는 것을 인식하면, 본 명세서에 개시된 목적을 위해, TE 모드 반 파장 공진(경로-1) 및 TM 모드 반 파장 공진(경로-2)에 대한 수학식은, 다음에 의해 정의된다(≡):
TE 반 파장 공진(TE Half Wavelength Resonance) ≡
Figure pct00007
; 및 수학식 1
TM 반 파장 공진 ≡
Figure pct00008
.
Figure pct00009
수학식 2
DRA(1700)에 대해 εr = 9(단순하지만 합리적인 계산에 대해 상술함)를 가정하는 것은 수학식 1 및 2의 두 경로에 대해 다음 결과를 제공한다:
경로-1: 6a + πa = (6+π)a
Figure pct00010
λTE/2; 및 수학식 3
경로-2: 9a
Figure pct00011
λTM/2. 수학식 4
경로-1 대 경로-2의 비율을 취하면 다음과 같은 결과를 산출한다:
경로-1/경로-2 = (6+π)a/9a
Figure pct00012
1.01. 수학식 5
그 결과, 원통형/직사각형 타입 DRA에 대한 TE 및 TM 모드의 전기적 경로가 거의 동일하고, TE 및 TM 공진이 서로 가깝게 되어, TE 모드 공진이 10GHz 인 경우, TM 모드 공진은 10 GHz에 매우 가까울 수 있다. 최종 결과는 이러한 원통형/직사각형 DRA가 서로 에너지를 훔치고 불량한 이득을 생산하는 TE 및 TM 공진을 갖는다는 것이다.
이제, 도 18을 참조하며, 이는 전체 높이 "R" 및 베이스 직경(base diameter) "2R"를 갖는 일 예시적인 반구형 DRA(1800)의 모델을 도시한다. TE 모드 필드 라인은 참조 번호(1802)(경로-1)에 의해 도시되고, TM 모드 필드 라인은 참조 번호(1804, 1806)(경로-2)에 의해 도시된다. 유사한 상기, TE 모드 반 파장 공진(경로-1) 및 TM 모드 반 파장 공진(경로-2)에 대한 수학식은, 본 명세서에 개시된 목적을 위해, 다음에 의해 정의된다:
TE 반 파장 공진 ≡
Figure pct00013
; 및 수학식 6
TM 반 파장 공진 ≡
Figure pct00014
.
Figure pct00015
수학식 7
다시, DRA(1800)에 대해 εr = 9(단순하지만 합리적인 계산에 대해 상술함)를 가정하는 것은, 수학식 6 및 7의 두 경로에 대해 다음과 같은 결과를 산출한다:
경로-1: 3πR
Figure pct00016
λTE/2; 및 수학식 8
경로-2: 3((2+π)/2)R
Figure pct00017
λTM/2. 수학식 9
경로-1 대 경로-2의 비율을 취하면 다음과 같은 결과가 얻어 진다:
경로-1/경로-2 = πR/(((2+π)/2)R)
Figure pct00018
1.22. 수학식 10
도 18의 실시예에서, TE 공진이 10GHz 인 경우, TM 공진은 약 12.2GHz에 있을 수 있으며, 이는 도 17의 실시예보다 더 우수한 분리이지만, 여전히 개선의 여지가 있다.
이제, 도 19를 참조하며, 이는 도 18의 실시예와 유사한 전체 높이 "R" 및 베이스 직경 "2R"를 갖지만, 낮은 Dk 재료로부터 또는 공기로부터 형성된 중심 영역(1902)을 갖는 일 예시적인 반구형 DRA(1900)의 모델을 도시한다. TE 모드 필드 라인은 참조 번호(1904)(경로-1)에 의해 도시되고, TM 모드 필드 라인은 참조 번호(1906, 1908, 1910)(경로-2)에 의해 도시된다. 유사한 상기, TE 모드 반 파장 공진(경로-1) 및 TM 모드 반 파장 공진(경로-2)에 대한 수학식은, 본 명세서에 개시된 목적을 위해, 다음에 의해 정의된다:
TE 반 파장 공진 ≡
Figure pct00019
; 및 수학식 11
TM 반 파장 공진 ≡
Figure pct00020
. 수학식 12
다시, DRA(1900)에 대해 εr = 9(단순하지만 합리적인 계산에 대해 상술함)를 가정하는 것은, 수학식 11 및 12의 두 경로에 대해 다음 결과를 산출한다:
경로-1: 3πR
Figure pct00021
λTE/2; 및 수학식 13
경로-2: (1/2 + 3/2 + (3/2)π)R
Figure pct00022
λTM/2. 수학식 14
경로-1 대 경로-2의 비율을 취하면 다음과 같은 결과가 얻어 진다:
경로-1/경로-2 = 3πR/(((4+3π)/2)R)
Figure pct00023
1.4. 수학식 15
도 19의 실시예에서, TE 공진이 10GHz 인 경우, TM 공진은 약 14GHz에 있을 수 있으며, 이는 도 17 및 18의 실시예보다 더 우수한 분리이지만 여전히 개선의 여지가 있다.
이제, 도 20을 참조하며, 이는 도 18 및 도 19의 실시예와 유사한 전체 높이 "R" 및 베이스 직경 "2R"를 갖지만, 낮은 Dk 재료로부터 또는 공기로부터 형성될 뿐만 아니라 수직으로 지향된(축방향으로 지향된) 타원형 형태를 갖도록 형성되는 중심 영역(2002)을 갖는 일 예시적인 반구형 DRA(2000)의 모델을 도시한다. 신호 피드가 도 20(또는 다른 후속하는 도면들)에 구체적으로 도시되어 있지는 않지만, 신호 피드가 본 명세서에 개시된 목적을 위해 DRA(2000)를 전자기적으로 여기하기 위한, 본 명세서에 개시된 방식으로, 도 20의 실시예와 함께 이용되는 것으로 본 명세서에 개시된 모두로부터 이해될 것이다. TE 모드 필드 라인은 참조 번호(2004)(경로-1)에 의해 도시되고, TM 모드 필드 라인은 참조 번호(2006, 2008)(경로-2)에 의해 도시된다. 유사한 상기, TE 모드 반 파장 공진(경로-1) 및 TM 모드 반 파장 공진(경로-2)에 대한 수학식은, 본 명세서에 개시된 목적을 위해, 다음에 의해 정의된다:
TE 반 파장 공진 ≡
Figure pct00024
; 및 수학식 16
TM 반 파장 공진 ≡
Figure pct00025
.
Figure pct00026
수학식 17
다시, DRA(2000)에 대해 εr = 9(단순하지만 합리적인 계산에 대해 상술함)를 가정하는 것은, 수학식 16 및 17의 두 경로에 대해 다음 결과를 제공한다:
경로-1: 3πR
Figure pct00027
λTE/2; 및 수학식 18
경로-2: (1 + (3/2)π)R
Figure pct00028
λTM/2. 수학식 19
경로-1 대 경로-2의 비율을 취하면 다음과 같은 결과가 산출한다:
경로-1/경로-2 = 3πR/(((2+3π)/2)R)
Figure pct00029
1.65. 수학식 20
도 20의 실시예에서, TE 공진이 10GHz 인 경우, TM 공진은 약 16.5GHz에 있을 수 있으며, 이는 도 17, 18 및 19의 실시예보다 상당히 더 우수한 분리이다.
상술한 도 17-20의 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, TM 모드에 대한 중심 경로가 공기로부터 또는 낮은 Dk재료로부터 형성될 뿐만 아니라, 수직으로 지향된 (축방향으로 지향된) 타원형 형태, 또는 이 영역에서 TM 모드 경로를 효과적으로 억제하는 역할을 하는, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 축 대칭성을 구비한 임의의 다른 형태를 갖는 것으로 형성되는, 중심 내부 영역을 갖는 반구형-타원형 적층 DRA를 이용함으로써 실질적으로 또는 완전히 억제될 때, 실질적으로 개선된 주파수 분리가 달성될 수 있다.
도 19 및 20의 실시예는 외부 영역(이하, 참조 번호(1900, 2000)으로 또한 지칭 됨)과 다른 그리고 더 낮은 유전 상수를 갖는 내부 영역(1902, 2002)을 구비한 두-적층 DRA(two-layered DRA)(1900, 2000)만을 도시하지만, 이는 단지 설명을 위한 것이고 단순화된 계산을 제시하기 위한 것이며, 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 단지 2개의 층에 관한 것이 아니고, 본 개시 및 본 명세서에 개시된 목적과 일치하는 3 개 보다 더 크거나 같은 임의의 수의 층을 포함한다는 것을 이해할 것이다.
TE 및 TM 모드의 주파수 근접성은 파 필드 존(far field zone)에서의 에너지 분포의 위상 특성을 정의한다. 즉각적인 실제 의미는 상대적으로 넓은 각도에 대해 "매끄러운(smooth)" 이득을 얻는 것이다. 반대로, "울퉁불퉁한(bumpy)" 안테나 이득은 데이터 전송의 품질에 큰 영향을 줄 수 있다. 고유 안테나 지향성 특성 및 이득은 안테나 에너지가 분배되는 공간 내부에 정의된 폐곡선에 의해 위상적으로 특성화 될 수 있다. TE 및 TM 방사 모드는 호모토피 그룹에 의해 나타낼 수 있는 매우 다른 위상 구조를 갖는다. 순수 TE 모드(pure TE mode)는 곡선의 한 가지 타입에 의해 표현될 수 있으며 일반적으로 높은 이득과 관련되어 있으며, 매우 지시 모드(very directive mode)일 수 있다. 순수 TM 모드는 곡선의 두 가지 타입에 의해 표현될 수 있으며, 일반적으로 TE 모드와 같은 지시(directive)는 아니다. 파 필드 에너지 분포의 혼합된 대칭은 TE와 TM 모드 사이의 상호 작용을 의미하며, 곡선의 두 가지 타입에 의해 표현될 수 있으며, 일반적으로 낮은 이득과 관련된다.
도 21a 및 21b는 개별적으로, 순수 TE 방사 모드(2110) 및 순수 TM 방사 모드(2120)에 대한 호모토피 그룹 및 파 필드 3D 이득 단면의 정교한 표현을 도시한다. 평평한 2D 표현으로 도시된 반면, 파 필드 방사 패턴은 3D이다. 따라서 (2110) 및 (2120)의 관련 호모토피 그룹은 3D에서 폐루프에 더 정확하게 대응한다. 더 명확하게는, (2110)은 회전 타원체와 같은 형태(spheroid-like shape)의 방사 패턴 및 관련 호모토피 그룹을 나타내는 반면, (2120)은 도넛과 같은 형태(toroidal-like shape)의 방사 패턴 및 관련 호모토피 그룹을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 도 21a 및 21b의 2 개의 위상은 멀리 떨어져 있는 주파수를 갖는 TE 및 TM 모드를 나타내는 실질적으로 상이한 방사 패턴을 갖는다. 도 21C는 (2130)의 방사 패턴 및 호모토피 그룹을 생성하기 위해 (2110) 및 (2120)의 호모토피 그룹 및 파 필드 3D 방사 패턴에 대한 단면의 조합에 대한 정교한 표현을 도시하며, 이는 TE 및 TM 모드가 근접한 주파수 근접성에 있고, 안테나가 순수 TE 모드 또는 순수 TM 모드 안테나보다 덜 지시적이다.
기본적인 TE 및 TM 모드에 대한 3D 방사 패턴은 호모토피 그룹을 통해 분류될 수 있는 상이한 위상 공간으로 구성된다. 호모토피 그룹은 폐루프의 패밀리에 정의된다. 가장 단순한 호모토피 그룹은 하나의 포인트에서 수축 루프 계열의 패밀리에 의해 구성된 것이며, 이는 단지 하나의 요소, 단일체(unity)를 갖는다.
도 22a 및 도 22b는, 개별적으로, 폐 루프(2110, 2120)의 패밀리의 호모토피 그룹의 정교한 표현을 도시하지만, 각 그룹과 연관된 곡선의 패밀리의 부가적인 정교한 표현을 도시한다. 도 22a에서, 모든 폐 루프는 하나의 패밀리에 속한다.
순수 TE 방사 모드에서, 모든 곡선(2210)은 안테나 방사의 에너지 분포 내의 단일 포인트(내부 타원 및 중심 포인트에 의해 표시됨)에서 수축 가능하며(줄어들 수 있는(shrinkable), 감소할 수 있는(reducable)), 이는 TE 방사 모드의 일반적인 파 필드 구조이다. 위상적으로 이것들은 단지 하나의 요소, 단일체를 구비한 호모토피 그룹으로 표현될 수 있는데, 단일 요소 호모토피 그룹이라고도 지칭할 수 있다. 실질적으로, 이것은 안테나 관련 이득 및 지향성이 매우 높게 "마사지"될 수 있음을 의미한다. 도 22b에서, 도 22b에 도시된 단일 포인트(2231)는 안테나 방사의 에너지 분포 내에 포함되지 않기 때문에, 단일 포인트에서 수축 가능하지 않은 제2 패밀리(2230), 및 곡선(2210)의 것과 유사한 단일 포인트 수축성을 갖는 제1 패밀리(2220)는 도시된다. 곡선의 두 클래스는 하나의 포인트에서 수축 가능하지 않은 곡선으로 다른 중요하지 않은 요소 및 단일체, 두 요소(하나의 포인트에서 수축 가능한 곡선)로 관련 호모토피 그룹을 만든다. 실질적으로, 이것은 우리가 원하는 임의의 형태로 안테나 이득 및 지향성을 "마사지"하도록 허용할 수 없는 본질적인 어려움이 있음을 의미한다. 도 22b에 의해 도시된 에너지 분포는 TM 방사 모드의 파 필드 구조의 전형이다. 여기서, 관련 이득도 높을 수는 있지만, TE 모드에서처럼 높지는 않다.
도 22c는 도 21c에 도시된 것과 유사하지만, 그 위에 포개진(superimposed) 곡선(2210, 2220, 2230)의 패밀리를 구비한, (2130)의 호모토피 그룹을 초래하는 (2110) 및 (2120)의 호모토피 그룹의 조합의 정교한 표현을 도시한다. 도 22C에 도시된 곡선(2240, 2250)의 추가적인 패밀리는 (2120)의 호모토피 그룹의 브로드사이드 방사 패턴(broadside radiation pattern)과 (2110)의 호모토피 그룹의 엔드-파이어 방사 패턴 사이의 상호 작용의 결과이다. 그 결과는 많은 요소(곡선의 클래스)를 구비한 호모토피 그룹에 의해 표현될 수 있는 토폴로지 공간 또는 3D 패턴이다. (2130)의 호모토피 그룹의 많은 요소 및 혼합 대칭은 TE 및 TM 모드의 근접한 주파수 근접성과 관련된다. 파 필드 복사 패턴은 파 필드의 호모토피 그룹 구조를 정의하는 수축 가능한 곡선의 패밀리에 의해 위상적으로 설명될 수 있으며, 곡선의 패밀리의 수(n)는 개별 호모토피 그룹의 클래스를 정의한다. (2110)의 호모토피 그룹에 의해 도시된 바와 같은, 순수 TE 방사 모드의 경우, n은 1과 같다. (2120)의 호모토피 그룹에 의해 도시된 바와 같은 순수 TM 방사 모드의 경우, n은 2와 같다. (2130)의 호모토피 그룹에 의해 도시된 바와 같은, 혼합 대칭 TE-TM 방사 모드의 경우, n은 2 보다 크다. (2110, 2120, 2130)의 호모토피 그룹을 서로 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 안테나는 클래스의 수 n(곡선의 패밀리)가 증가함에 따라 더 적은 지시가 된다(더 많은 필드 취소). 클래스의 수 n에 관하여, 안테나의 평균 이득은 다음과 같이 근사화 될 수 있다:
평균 이득
Figure pct00030
1/(nδ); 수학식 21
여기서, n은 클래스 수를 정의하고, δ의 실제 값을 구비한 δ> 2은 안테나 구조 및 크기에 따른다.
본 명세서에 개시된 대칭성 고려 사항에 기초하여, TE 및 TM 모드 이득에 대한 실험식은 다음과 같이 정의될 수 있다:
이득TE,TM ≡ 6dB - [5(0.6-α)] dB; 수학식 22
여기서, α ≡ (fTM-fTE)/fTE; 수학식 23
그리고 여기서 fTE는 TE 방사 모드의 주파수이고, fTM은 TM 방사 모드의 주파수이다. 위의 방정식에서, α는 퍼센트 주파수 차이(percentage frequency difference)이며, 이는 TE 및 TM 방사 모드에 대해 개별적으로 여기된 전기적 경로의 차이를 나타내며, 방사 구조의 대칭에 따라 달라지고, 다음과 같은 관계를 만족한다:
0 =< α =< 0.6. 수학식 24
변수 α는 또한 방사 대역폭에 대한 상한을 60%로 정의하며, 도 20 및 그에 대한 관련 설명, 특히 65%에 근접하게 나타내는 수학식 20을 참조하여 언급했다.
수학식 22가 경험적으로 유도된 공식이라는 것을 인식하면, "6dB" 값은 안테나의 접지 구조의 크기에 의해 결정되고 상관 관계가 있으며, "0.6" 값이 본 명세서에서 상술한 60%의 최대 대역폭과 상관 관계가 있고, "5" 값은 α = 0에서 3dB 이득을 강요하는 역할을 한다는 것을 주목해야 한다. 수학식 22에서 알 수 있듯이, α=0일 때 안테나 이득은 모든 방향에서 약 3dB이고, TE, TM 주파수는 일치하며, 방사 방향은 지배적이지 않다. α=0.6일 때, TE 및 TM 주파수는 멀리 떨어져 있고 두 주파수는 개별적으로 높은 이득을 갖는다.
수학식 21 및 22를 이용하는 TE 및 TM 모드 이득에 대한 다른 실험식은 다음과 같이 정의될 수 있다:
이득TE,TM ≡ 6dB-[5(0.6-0.6/nδ)]dB = 6dB-[3(1-1/nδ)]dB. 수학식 25
상술한 바와 같이, 수학식 25에서 n=1은 순수 TE 방사 모드를 나타내고, n=2는 순수 TM 방사 모드를 나타내고, n>2은 TE, TM 혼합 방사 모드를 나타낸다.
다시 도 19 및 관련 수학식을 참조하면, 두 개의 동심원 반구형 층의 특별한 경우에 대한 더 일반적인 공식은 다음과 같이 개발될 수 있다:
TE 반 파장 공진 (경로-1) ≡
Figure pct00031
; 및 수학식 26
TM 반 파장 공진 (경로-2) ≡
Figure pct00032
. 수학식 27
여기서:
R은 위에서 정의됨;
Figure pct00033
은 외부 층의 높은 Dk 재료를 나타냄;
Figure pct00034
는 내부 층의 낮은 Dk 재료를 나타냄; 및
Figure pct00035
는 매개변수임, 여기서 0=<
Figure pct00036
=<1.
Figure pct00037
=0의 경우는 도 18의 것과 유사한 고체 반구를 나타내고,
Figure pct00038
=1의 경우는 도 19의 것과 유사한 반구형 적층 DRA를 나타낸다.
경로-1 대 경로-2의 비율은 다음과 같은 결과를 산출한다:
경로-1/경로-2 =
Figure pct00039
수학식 28
Figure pct00040
. 수학식 29
Figure pct00041
의 경우;
경로-1/경로-2 =
Figure pct00042
. 수학식 30
Figure pct00043
의 경우;
경로-1/경로-2 =
Figure pct00044
. 수학식 31
Figure pct00045
의 경우(개시된 실시 타입);
경로-1/경로-2 =
Figure pct00046
. 수학식 32
유전체 재료의 2 개의 동심원 반구형 층의 이 특별한 경우에 대한 TE 및 TM 모드에 대한 주파수 분리와 관련하여, 퍼센트 주파수 분리(percentage frequency separation)는 또한 다음과 같이 경로의 관점에서 기재될 수 있다:
Figure pct00047
수학식 33
Figure pct00048
수학식 34
Figure pct00049
수학식 35
Figure pct00050
수학식 36
Figure pct00051
수학식 37
Figure pct00052
수학식 38
Figure pct00053
수학식 39
Figure pct00054
수학식 40
Figure pct00055
수학식 41
B=1에 대한 수학식 41을 수학식 20과 비교하면, 본 명세서에서 개시된 구조를 갖는 일 실시예에 대한 TE 및 TM 모드에 대한 65% 주파수 분리에서의 일치성을 나타낸다.
이제 도 23a 및 23b를 참조하며, 이는 개별적으로, 도 17 및 20에 도시된 실시예에 대한 TE 및 TM 모드 필드 라인과 비교하지만, 도 13a, 14a 및 15a에 도시된 것과 유사한, 펜스 접지 구조(fenced ground structure)를 구비하여 도시된다. 도 23a에서, DRA(1700)(예를 들어, 도 17 참조)는 DRA(1700)를 둘러싸고 접지 구조(2310)에 전기적으로 연결되는 전기적 전도성 측면 펜스(2320)를 구비한 전기적 전도성 접지 구조(2310)에 위치한다. 도 23a에 도시된 바와 같이, 펜스(2320)의 존재 및 근접성은 TE 및 TM 모드 필드 라인 모두를 변형시키고, 또한 다른 경로 및 방사 모드를 도입하여 DRA(1700)의 성능에 부정적인 영향을 미친다. TE 모드 필드 라인(1702, 1704, 1706)에 추가하여(예를 들어, 도 17 참조), 펜스(2320)는 TE 모드 필드 라인(2330, 2340)을 도입한다. 그리고, TM 모드 필드 라인(1708, 1710, 1712)(예를 들어 도 17 참조), 펜스(2320)는 TM 모드 필드 라인(2350, 2360)을 도입한다. DRA(2000)(예를 들어, 도 20 참조)가 DRA(2000)를 둘러싸고 접지 구조(2370)에 전기적으로 연결되는 전기적 전도성 측면 펜스(2380)를 구비한 전기적 전도성 접지 구조(2370)에 위치하는 도 23b를 비교하면 알 수 있지만, 펜스(2380)의 존재 및 근접성은 TE 및 TM 모드 필드 라인(2004, 2006, 2008)(예를 들어, 도 20 참조)을 변형시키거나, 다른 경로를 도입하지 않음을 알 수 있다. 접지 구조(2370) 및 펜스(2380)를 구비한 DRA(2000)의 경우, TE 방사 모드는 DRA-캐비티 방사 모드(DRA-cavity radiating modes)가 되고, 캐비티(2390)는 펜스(2380) 내의 영역이고, 캐비티(2390)는 DRA 이득 및 방사 패턴을 크게 개선할 수 있고, 특히 캐비티(2390) 대칭은 DRA(2000) 대칭과 거의 정합한다.
이제 도 24a 및 24b를 참조한다. 도 24a는 오프셋 피드 라인(offset feed line)(2406)을 구비한 접지 구조(2404)에서의 스택된 원통형 DRA(stacked cylindrical DRA)(2402)의 모델 2400)을 도시한다. 3 개의 유전체 층은, 도 24a에 나타낸 바와 같이, 개별 높이 치수 H1, H2, H3, 개별 손실 탄젠트 tan(δε1), tan(δε2), tan(δε3), 및 개별 유전율 ε1, ε2, ε3을 갖는 도시된 (2408.1, 2408.2, 2408.3)이다. 스택된 DRA(2402)의 직경, 접지 구조(2404)의 크기, 및 피드 라인(2406)의 관련 치수는 또한 도 24a에 제시된다. 도 24b는 일 실시예에 따른 3-층 반구형 DRA(2452)의 모델(2450)을 도시한다. 도 24a와 유사하게, DRA(2452)는 오프셋 피드 라인(2456)을 구비한 접지 구조(2454)에 위치한다. 3개의 유전체 층(2458.1, 2458.2, 2458.3)은 도 10a에 도시된 DRA(1004)와 유사하게 서로에 대해 축 방향으로 오프셋(측 방향 시프트)하지만, 도 10a에 도시된 바와 같이 5과는 대조적으로 3개의 층만을 구비한다. 유전체 층(2458.1, 2458.2, 2458.3), 접지 구조(2454) 및 피드 라인(2456)에 대한 다른 재료 및 구조적 특성은 도 24a의 모델(2400)과 관련하여 제시된 것과 적어도 모델에 관해 비교 가능하거나 유사하다.
두 모델(2400, 2450)에 대한 결과적인 TE 및 TM 방사 모드는 도 25에 도시되고, 두 모델(2400, 2450)에 대한 연관된 방사 패턴은 도 26a 및 도 26b에 도시된다. 도 25는, DRA(2452)를 구비한 모델(2450)이, 제시된 표에 기재되고 마커 m8에 의해 식별되는 바와 같이 단지 약 3.1dB의 이득을 초래하는 DRA(2402)를 구비한 혼합 대칭 모델(2400)과 비교하여, 제시된 표에 기재되고 마커 m5에 의해 식별되는 바와 같은 약 7.2dB의 이득 및 TE 및 TM 방사 모드들 사이의 더 양호한 주파수 분리를 갖는다는 것을 도시한다. 도 26a(x-평면 분포) 및 26b(y-평면 분포)는 DRA(2452)를 구비한 모델(2450)이 개별적으로 마커 m1 및 m2에 의해 식별되는 바와 같이 약 6.5 내지 3의 인자에 의해 DRA(2402)를 구비한 모델(2400)보다 더 지시가 상당히 많고, 제시된 표에 기재된다는 것을 도시한다.
도 27a 및 27b는 도 23b에 도시된 펜스-생산 캐비티(2390) 있는, 및 도 24b에 도시된 펜스-생산 캐비티 없는 DRA(2452)를 구비한 모델(2450)에 의해 본 명세서에 개시된 일 실시예의 S(1,1) 리턴 손실 및 이득을 도시한다. 도 27a 및 27b(도 27a와 비교하여 피크에서 더 높은 분해능)는 DRA(2452)를 구비한 모델(2450)의 이득이 도 27b의 제시된 표에 기재되고, 개별적으로, 마커 m8 및 m5에 의해 식별되는 바와 같이 약 10.1 내지 7.2의 인자에 의해 펜스(2380)의 존재에 따라 개선됨을 도시한다.
비교하면, 도 28은 24a에 도시된 DRA(2402)를 구비하지만, 도 23a에 도시된 바와 같은 펜스-생산 캐비티(2365)를 구비한 모델(2400)의 S(1,1) 리턴 손실 및 이득을 도시한다. 도 28은 DRA(2402)를 구비한 모델(2400)의 결과적인 이득이 펜스(2320)의 존재와 함께 다수의 방사 모드(2901, 2902, 2903, 2904)를 갖고(도 23a를 참조하면 가장 잘 알 수 있음), 그 결과 필드 불완전성의 향상을 초래함을 도시한다.
전술한 관점에서, 특히 다른 도면 및 관련 설명과 조합하여 취해진 도 16 내지 도 28과 관련하여, 본 명세서에 제공된 개시의 일 실시예는 복수의 유전체 재료의 볼륨을 갖는 유전체 공진기 안테나를 포함하며, 복수의 볼륨의 각 볼륨은 반구 또는 돔 형태이다. 일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로 다른 볼륨에 대해 축 방향으로 중앙으로 위치된다. 또 다른 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로 다른 볼륨에 대해 동일한 측 방향으로 중앙으로 시프트된다. 일 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)은 수직으로 지향된 타원 형태를 갖는다. 일 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)의 수직으로 지향된 타원 형태는 복수의 볼륨의 중심 z-축(central z-axis)에 대해 축 방향으로 지향된다. 일 실시예에서, 제1 볼륨 V(1)은 공기와 동일한 유전 상수를 갖는다. 일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 주변에서의 주변 기하학적 경로(peripheral geometrical path)(예를 들어, 도 20, (2008) 참조)는 주변 기하학적 경로에서 TM 방사 모드를 지원하는 유전 상수를 가지며, 복수의 유전체 재료의 볼륨 내의 중심 기하학적 경로(central geometrical path)(예를 들어, 도 20, (2006) 참조)는 중앙 기하학적 경로에서 TM 방사 모드를 억제하는 유전 상수를 갖는다. 일 실시예에서, 중심 기하학적 경로에서의 TM 방사 모드는 완전히 억제된다. 일 실시예에서, 복수의 유전체 재료의 볼륨은 TE 반 파장 공진에 의해 정의되는 제1 경로 길이를 갖는 제1 전기적 경로를 갖고, TM 반 파장 공진에 의해 정의되는 제2 경로 길이를 갖는 제2 기하학적 경로를 가지며, 제2 경로 길이에 대한 제1 경로 길이의 비율(ratio of the first path length to the second path length)은 1.6 보다 크거나 같다. 도 16-28을 특히 참조하여 상기 본 명세서에 전술한 실시예가 각각 따로 설명되었지만, 다른 실시예는 본 명세서의 개시 내용과 일치하는 본 명세서에 설명된 특징의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
이제 도 29를 참조하며, 이는 돔-형태 상단을 갖는 도 23b(펜스/반사기 구비함) 및 도 20(펜스/반사기 없음)에 도시된 DRA(2000)와 유사하지만, 도시된 신호 피드(2906)을 구비한 DRA(2900)를 도시한다. DRA(2900)는 제1 볼륨(2904.1), 제2 볼륨(2904.2), 및 제3 볼륨(2904.3)을 포함하는 유전체 재료(복수의 유전체 재료의 볼륨(2904)를 가지며, 각각의 볼륨은 돔형 상단을 갖는다. 그러나, DRA(2900)는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 유전체 재료의 임의의 수의 볼륨을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시예에서, DRA(2900)는 접지 구조(2902)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결하는 복수의 유전체 재료의 볼륨(2904)을 둘러싸는 전기적 전도성 펜스(2950)를 갖는다. 또한, DRA(2900)는 복수의 유전체 재료의 볼륨(2904) 내에 배치된 재료의 보조 볼륨(auxiliary volume) V(A)(2960)을 포함하고, 볼륨 V(A)(2960)는 신호 피드(2906)와 정반대로 배치되고, 신호 피드(2906)가 안에 또는 신호 통신 상태로 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(2904)의 동일한 볼륨 V(i)(2904.2)에 임베드되거나 또는 적어도 부분적으로 임베드되고, 볼륨 V(A)(2960)는 그것이 임베드된 볼륨 V(1)(2904.2)보다 더 작은 볼륨을 갖고, 볼륨 V(A)(2960)는 그것이 임베드된 볼륨 V(1)(2904.2)의 유전 상수와 상이한 유전 상수를 갖는다. 볼륨 V(A)(2960)은 DRA(2900)의 다른 특징들과 조합하여, 파 필드 방사 패턴 및 관련 이득이 대칭 형태가 되도록 파 필드 방사 패턴에 영향을 주는 역할을 한다. 도 29에 도시된 실시예에서, 볼륨 V(i)는 제2 볼륨 V(2)(2904.2)이다. 일 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)는 그것이 내장되는 볼륨 V(2)(2904.2)에 완전히 100% 임베드된다. 일 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)은 접지 구조(2902)에 배치된다. 일 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)은 복수의 유전체 재료의 볼륨(2904)의 높이의 10 분의 1 보다 더 크거나 같고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(2904)의 높이의 3 분의 1 보다 작거나 같은 높이를 갖는다. 일 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)는 원형 포스트, 돔 또는 곡선 구조의 형태를 갖지만, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 형태일 수 있다. 일 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)는 금속 구조이다. 다른 실시예에서, 볼륨 V(A)(2960)는 공기이다. 대칭을 위한 파 필드 방사 패턴에 영향을 주기 위해, 볼륨 V(A)(2960)는 그것이 임베드된 볼륨 V(i)의 유전 상수보다 더 큰 유전 상수를 가지며, 이는 도 29에서 볼륨 V(2)이다.
이제 도 30a 및 30b를 참조하며, 이는 도 13a에 도시된 DRA(1300)와 유사한 접지 구조(3002) 파트를 형성하고 전기적으로 연결하는 전기적 전도성 펜스(3050) 및 복수의 유전체 재료의 볼륨(3004)을 갖지만, 두 개의 정렬 피쳐(alignment features)(3070.1, 3070.2)를 구비한 도 30a 및 30b에 도시된, 적어도 하나의 정렬 피쳐(3070)를 제공하는 불균일한 인테리어 형태(non-uniform interior shape)(3057)를 갖는 펜스(3050)를 구비한 DRA(3000)를 도시한다. 도시된 바와 같은, 복수의 유전체 재료의 볼륨(3004), 또는 일 예시에서, 외부 볼륨(3004.4)은 펜스(3050)의 적어도 하나의 정렬 피쳐(3070) 및 불균일한 인테리어 형태(3057)를 보완하는 보완적인 익스테리어 형태(complementary exterior shape)(3007)를 가져, 펜스(3050) 및 복수의 유전체 재료의 볼륨(3004)이 적어도 하나의 정렬 피쳐(3070) 및 보완적인 형태(3007, 3057)를 통해 서로에 대해 정의 및 고정된 정렬을 갖는다. 펜스(3050)와 복수의 유전체 재료의 볼륨(3004) 사이에 보완적인 정렬 피쳐를 제공함으로써, DRA(3000)의 어레이는 서로 보다 잘 정렬되어 파 필드 방사 패턴의 개선된 이득 및 대칭을 초래한다. 일 실시예에서, DRA(3000)는 기계적 안정성을 위해 접지 구조(3002)로부터 하나 이상의 외부 층(3004.3, 3004.4)으로 상승하고 그의 파트인 수직 돌출부(vertical protrudes)(구조적 피처)(3099.1, 3099.2, 3099.3)를 갖는다.
이제 도 31을 참조하며, 이는 도 29에 도시된 DRA(2900)와 유사하지만, 예를 들어 도 29에 도시된 볼륨 V(A)(2960)와 같은, 유전체 재료의 보조 볼륨 V(A)이 없는 DRA(3100)를 도시한다. DRA(3100)는 제1, 제2 및 제3 볼륨(3104.1, 3104.2, 3104.3)을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3104)을 갖는 것으로 도시된다. 도시된 바와 같이, 제1 볼륨 V(1)(3104.1)은 하부 부분(3109.1) 및 상부 부분(3109.2)을 가지며, 하부 부분(3109.1)은 상부 부분(3109.2)의 단면(3109.4)보다 더 넓은 단면(3109.3)을 갖는다. 본 명세서에 도시되고 설명된 다른 DRA와 유사하게, 제1 볼륨 V(1)(3104.1)의 상부 부분(3109.2)은 수직으로 지향된 적어도 부분적으로 타원형 형태를 가지며, 하부 부분(3109.1)은 상부 부분(3109.2)과 하부 부분(3109.1) 사이의 경계선(demarcation line)에서, 적어도 부분적으로 타원형 형태로부터, 접지 구조(3102)로 좁음에서 넓음으로(narrow-to-wide) 전이하는 테이퍼 형태(tapered shape)를 갖는다. 일 실시예에서, 깔때기 형태(funnel shape), 또는 테이퍼 형태의 높이는 볼륨 V(1)(3104.1)의 높이의 2 분의 1 보다 작거나 같고 볼륨 V(1)(3104.1)의 높이의 10 분의 1보다 더 크거나 같다. 본 명세서에 테이퍼 또는 깔때기 형태의 하부 부분(3109.1)가 참조되었지만, 하부 부분(3109.1)이 상부 부분(3109.2)보다 더 넓은 단면을 갖는 한 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 형태를 가질 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시예에서, 전기적 전도성 펜스(3150)는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3104)을 둘러싸고 접지 구조(3102)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결한다. 제1 볼륨 V(1)(3104.1)의 하부 부분(3109.1)을 상부 부분(3109.2)보다 더 넓게 형성함으로써, 제1 볼륨 V(1)(3104.1)은 DRA(3100)의 TE 모드 경로에 영향을 주지 않으면서 제1 볼륨V(1)(3104.1)의 중심 기하학적 경로에서 방사의 스퓨리어스 TM 모드(spurious TM modes)의 소스(source)를 더 억제하는 것으로 밝혀졌다.
이제 도 32-34를 참조하며, 이는 본 명세서에 개시된 DRA의 패밀리의 이점을 설명하기 위해 집합적으로 역할을 한다. DRA 구성 요소의 치수를 축소함으로써, 연관된 안테나에서의 중심 주파수는 동일한 스케일링 요소(scaling factor)로 스케일 업(scales up)할 시 공진한다. 이러한 스케일링의 일 예시를 제공하기 위하여, 도 30a 및 30b에 도시된 DRA(3000)와 유사한 DRA는 분석적으로 모델링된다. 도 32, 32a, 33, 33a, 34, 및 34a는 10dB 퍼센트 대역폭(percentage bandwidth)을 결과적으로 보여주는 리턴 손실 S(1,1)의 플롯(plot)과 함께, 정면도(상면도) 및 평면도(저면도) 모두에서, 개별적으로, DRA(3200, 3300, 3400)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 각 DRA(3200, 3300, 340)는 동일한 전체 구성을 가지며, 이는 도 32에 도시된 DRA(3200)를 참고하여 설명될 수 있지만 상이한 치수를 구비하며, 이는 집합적으로 도 32, 33 및 34를 참고하여 설명될 수 있다.
도 32에 도시된 바와 같이, DRA(3200)는 제2 볼륨 V(2)(3204.2) 내에 임베드된 제1 볼륨 V(1)(3204.1), 및 볼륨 V(1)(3204.1) 및 V(2)(3204.2)을 임베드하는 제3 볼륨 V(3)(3204.3)을 구비한 유전체 재료(#204)의 복수의 볼륨을 갖는다. 도 32의 정면도는 돔-형태 상단을 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3204)의 각 볼륨을 도시한다. 도 32의 평면도는 볼륨 V(1)(3204.1)에 대해 측 방향으로 시프트되는 볼륨 V(2)(3204.2)를 구비한, 타원형 형태 단면을 갖는 각 볼륨 V(1)(3204.1) 및 V(2)(3204.2)을 도시한다. 또한, 도 32의 평면도는 동일한 중심 z-축을 공유하는 볼륨 V(1)(3204.1), V(2)(3204.2) 및 V(3)(3204.3) 없이, 원형 형태 단면을 갖는 볼륨 V(3)(3204.3)을 도시한다. 복수의 유전체 재료의 볼륨(3204)은 접지 구조(3202)에 배치되고, 접지 구조(3202)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결되는 전기적 전도성 펜스(3250)에 의해 둘러싸인다. 정면도는 각진 측면벽을 갖는 펜스(3250)를 도시하고 평면도는 볼륨 V(3)(3204.3)의 원형 형태 단면을 모방하는(mimic) 원형 형태 경계(circular shaped perimeter)를 갖는 펜스(3250)를 도시한다. 신호 피드(3206)는 접지 구조(3202)에서의 전기적으로 절연된 비아(electrically isolated via)(3208)를 통과하고, 제2 볼륨 V(2)(3204.2)의 측면 엣지를 향하고 그 안에 임베드된다. 도 32에 관해 도시되고 모델링된 실시예에서, DRA(3200)는 접지 구조(3202)의 바닥으로부터 복수의 유전체 재료(3204)의 상단으로의 전체 높이가 15mm이고, 20mm × 20mm의 x 및 y 치수를 갖는 평면도 풋프린트를 갖는 접지 구조(3202)에 배치되며, 복수의 유전체 재료의 볼륨(3204) 및 펜스(3250)는 20mm × 20mm 풋프린트의 상당 부분을 차지한다. 개별적으로, 도 33 및 34에 도시된 DRA(3300, 3400)는 도 32에 도시된 DRA(3200)와 동일한 분석적으로 모델링된 구성을 가지며, 단지 상이한 스케일링된 치수를 구비한다. 이와 같이, 도 33 및 34에 도시된 DRA(3300, 3400)의 실시예의 상세한(반복적인) 설명은 본 명세서에 개시된 주제의 완전한 이해를 위해 필수적인 것은 아니다.
도 33과 관련하여 도시되고 모델링된 실시예에서, DRA(3300)는 접지 구조의 바닥으로부터 복수의 유전체 재료의 상단으로, 2.5mm의 전체높이를 가지며, 3.36mm Х 3.36mm의 x 및 y 치수를 가진 평면도 풋프린트를 갖는 접지 구조에 배치되며, 이는 DRA(3200)과 비교하여 DRA(3300)의 크기에서 6 대1 축소를 나타낸다.
도 34와 관련하여 도시되고 모델링된 실시예에서, DRA(3400)는 접지 구조의 바닥으로부터 복수의 유전체 재료의 상단으로, 1.67mm의 전체 높이를 가지며, 2.24mm x 2.24mm의 x 및 y 치수를 가진 평면도 풋 프린트를 갖는 접지 구조에 배치되며, 이는 DRA(3200)과 비교하여 DRA(3400)의 크기에서 9 대 1로 축소를 나타낸다.
3 개의 스케일링된 DRA(3200, 3300, 3400)에 대한 도 32a, 33a 및 34a에 도시된 리턴 손실 S(1,1)의 3 개의 플롯을 비교함으로써 알 수 있듯이, DRA(3200)의 중심 주파수는 10GHz이고, DRA(3300)의 중심 주파수는 60GHz (전체 크기에서 6 대 1 감소에 대한 DRA(3200)의 중심 주파수보다 6 대 1 증가)이고, DRA(3400)의 중심 주파수는 90GHz(전체 크기에서 9 대 1 축소에 대한 DRA(3200)의 중심 주파수보다 9 대 1 증가)이다. 전술한 바에 따라, 본 명세서에 개시된 DRA의 크기를 축소하는 것은, 동일한 스케일링 요소로, 스케일링된 DRA의 중심 주파수 공진에서의 스케일링 업 증가의 이로운 결과를 초래할 수 있다.
3 개의 스케일링된 DRA(3200, 3300, 3400)에 대한 도 32a, 33a 및 34a에 도시된 리턴 손실 S(1,1)의 3 개의 플롯을 비교함으로써 알 수 있듯이, 다음의 2(f1-f2)/(f1+f2)에 따라(f1은 연관된 10dB 리턴 손실의 하한 주파수(lower end frequency)를 정의하고, f2는 연관된 10dB 리턴 손실의 상한 주파수(upper end frequency)를 정의함) 정의된 무차원 10dB 퍼센트 대역폭은, 44%인 경우에서, 3 개의 DRA(3200, 3300, 3400) 모두에 대해 일관되며, 이는 스케일 불변량(scale invariant quantity)의 본 명세서에 개시된 DRA에 대한 무차원 퍼센트 대역폭을 나타낸다.
3 개의 스케일 DRA(3200, 3300, 3400)에 대해 도 32a, 33a 및 34a에 도시된 리턴 손실 S(1,1)의 3 개의 플롯을 더 비교하면, DRA 리턴 손실의 전체 프로파일은 또한 실질적으로 스케일 불변이며, 이는 스케일링 업 또는 다운된 안테나가 파운딩 스케일링된 안테나(founding scaled antenna)로서 동일하거나 실질적으로 동일한 전자기 성능을 갖기 때문에, 초기 중심 주파수를 갖는 파운딩 스케일링된 안테나에 기초하여 임의의 스케일링된 안테나의 예측 가능한 안테나 성능을 제공한다. 본 출원인은 본 유리한 결과가 본 명세서에 개시된 실질적으로 무손실 DRA에 대해 유효함을 고려하며, 이는 95% 보다 크거나 같은 효율을 갖는다.
이제 도 35-38을 참조하며, 이는 상술한 것들에 대한 대안적인 DRA 구조를 도시한다. 개별적으로 도 35 및 36 각각은 도 29에 도시된 DRA(3500)과 유사하지만, 이제 설명될 차이들을 더 갖고 보조 볼륨(auxiliary volume) V(A)(2960)이 존재하는 평면도(저면도) 및 정면도(상면도) 모두에서, 유사한 DRA(3500, 3600)을 각각 개별적으로 도시한다. 각 DRA(3500, 3600)는, i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 갖는 접지 구조(3502, 3602)에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3504, 3604)를 가지며, 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드한다. 도 35 및 36에 도시된 실시예에서, N은 3과 같고, 이는 제1 볼륨(3504.1, 3604.1), 제2 볼륨(3504.2, 3604.2), 및 제3 볼륨(3504.3, 3604.3)을, 개별적으로, 제공하며, 각 볼륨은 돔-형태 상단을 갖는다. 전기적 전도성 펜스(3550, 3650)는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3504, 3604)으로 둘러싸고, 접지 구조(3502, 3602)의 파트를 형성하고 전기적으로 연결된다. 신호 피드(3506, 3606)는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3504, 3604) 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되고, 이 경우에서는 제2 볼륨 V(2)(3504.2, 3604.2) 내에 임베드된다.
본 명세서에 개시된 다른 DRA와 같이, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는다. 대안적으로, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 V((N+1)/2)에서의 상대적 최대값으로, N은 홀수 정수인, V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는다. 일 실시예에서, 제1 상대적 최소값은 제2 상대적 최소값과 같다. N=3인 일 예시적인 실시예에서, 이와 같은 DRA(3500, 3600)는 도 35 및 36에 도시되며, 예를 들어, 제1 볼륨 V(1)은 제2 볼륨 V(2) 보다 더 낮은 유전 상수를 갖고, 제2 볼륨 V(2)은 제3 볼륨 V(3) 보다 더 높은 유전 상수를 갖는다. 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 예시적인 유전 상수 값은 본 명세서에 전술된 임의의 값 또는 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 다른 값을 포함한다.
도 35 및 36의 2개의 평면도를 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 각각의 제3 볼륨 V(3)(3504.3, 3604.3)은 원형 단면을 갖고, 각각의 제2 볼륨 V(2)(3504.2, 3604.2)는, 개별적으로, 전체 폭 W1, W2를 갖고, 개별적으로, 전체 길이 L1, L2 보다 더 작은 절단 원형 단면(truncated circular cross section)을 갖는다. DRA(3500, 3600) 사이의 주목할만한 차이는 제2 볼륨 V(2)(3504.2, 3604.2)에 대한 제1 볼륨 V(1)(3504.1, 3604.1)의 형태 또는 더 정확하게는 임베드의 정도(degree of embeddedness)에 있다. 도 35 및 36의 분석적으로 모델링된 실시예에서, W1=W2 및 L1=L2이고, 상술한 주목할만한 차이 이외의 DRA(3500) 및 DRA(3600)의 다른 구조적 특징은 실질적으로 동일하다.
도 35 및 36의 평면도를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, DRA(3500)는 제2 볼륨 V(2)(3504.2) 내에 완전히 임베드된 원형 단면을 구비한 제1 볼륨 V(1)(3504.1)을 갖는데, 비록 폭 W1에 접선 방향으로 근접할지라도, DRA(3600)는 제2 볼륨 V(2)(3604.2) 내에 완전히 임베드되지 않은 절단 원형 단면을 구비한 제1 볼륨 V(1)(3604.1)을 갖는다. 더 구체적으로, DRA(3500)에서, 제2 볼륨 V(2)(3504.2)는 제3 볼륨 V(3) (3504.3)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치된 적어도 하나의 표면(3507)을 갖는데, 비록 접선 방향으로 폭 W1에 가까울지라도, 제1 볼륨 V(1)(3504.1)는 그렇지 않다. 대조적으로, DRA(3600)는 제3 볼륨 V(3)(3604.3)과 직접적으로 밀접하게 접촉하도록 배치된 적어도 하나의 개별 표면(3607, 3609)을 갖는 제2 볼륨 V(2)(3604.2) 및 제1 볼륨 V(1)(3604.1) 모두를 갖는다.
적층 볼륨의 임베드의 정도의 차이의 결과는 도 37에 도시된 S(1,1) 리턴 손실 플롯을 참조하면 알 수 있다(당업자는 도 32, 33 및 34에 도시된 리턴 손실 플롯에 대한 유사한 플롯 프로파일을 도시한다). 플롯-1(3710)은 DRA(3500)의 성능 특성을 도시하고, 플롯-2(3720)는 DRA(3600)의 성능 특성을 도시한다. 플롯(3710)과 플롯(3720)을 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 제2 볼륨 V(2)(3604.2) 내의 제1 볼륨 V1(3604.1)의 임베드의 정도의 감소는 방사 동작 대역의 외부에서 원하지 않는 스퓨리어스 공진(spurious resonance)을 억제하게 된다. 이 경우 동작 대역은 8GHz로부터 12GHz로이며 DRA(3500, 3600)의 두 구성에서 거의 동일하다. 그러나, 이 경우 14-15GHz에 있는 (그리고 관련된 경로에 대한 원하지 않는 TE 모드, 또는 임의의 다른 모드일 수 있음) 스퓨리어스 공진은, DRA(3500)에 비해 감소된 임베드의 정도를 갖는 DRA(3600)의 구성에 대해, 더 좋게, 더 많이 억제된다(이는 14-15 GHz 범위에서의 도 37과 관련하여 도시될 수 있다). 14-15 GHz에서의 스퓨리어스 공진은 C-D 기하학적 경로 공진과 여기에서 관련된다. 요약하면, 부분 임베드 구성에서 중심 돔 볼륨(예를 들어, 공기)의 존재는 2 가지 효과를 갖는다: 1) TM 모드를 억제하는 것(전술한 바와 같이); 및, 2) 이 경로를 "전기적으로 더 길게"함으로써, C-D 기하학적 경로와 관련된 다른 스퓨리어스 공진 모드를 억제함으로써, 경로와 관련된 스퓨리어스 공진 주파수를 더 높은 주파수로 푸쉬하는 것(pushing). 스퓨리어스 공진 모드는 대응하는 전기적 경로 안의 유전체 재료의 유전 상수가 감소될 때 주파수가 상향 시프트되는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 제1 볼륨 V(1)(3604.1)이 제2 볼륨 V(2)(3604.2)에 완전히 임베드되지 않은 DRA(3600)에서, C-D 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수는 도 35에 도시된 더 완전하게 임베드된 경우(more fully embedded case)와 비교하여 더 작으며, 이는 DRA(3500)와 비교하여 DRA(3600)의 C-D 기하학적 경로에서 더 높은 유전 상수 재료의 제2 볼륨 V(2)이 적기 때문이다. 감소되는 C-D 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수의 최종 결과는 이 경로에 해당하는 공진 모드의 주파수의 상향 시프트이며, 이 경우 14-15GHz에서의 스퓨리어스 공진이다. 일부 경우에서, 스퓨리어스 공진(예를 들어, 어레이 구성에서의)은 동작 대역에서 안테나 성능을 손상시킬 수 있다. 따라서, 주파수만큼 푸쉬하는 것이 보통 좋다(또는 가능한 경우 완전하게 억제하는 것). 설명된 기술은 A-B 및 C-D 기하학적 경로 사이에 구별된 대비를 만들고, A-B 기하학적 경로를 따르는 E-라인(E-lines)으로부터 오는 모든 방사선을 갖도록 하는 것을 목표로 한다.
적어도 도 35-36을 참조하여 본 명세서에 개시된 바와 같이, 복수의 유전체 재료의 볼륨(3504, 3604)은 그 내부에서 신호 피드(3506, 3606)로부터 복수의 유전체 재료의 볼륨(3504, 3604)의 정반대 측면으로 연장하는 제1 방향을 갖는 제1 A-B 기하학적 경로, 및 그 내부에서 제1 A-B 기하학적 경로의 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖는 제2 C-D 기하학적 경로를 정의하며, 제2 C-D 기하학적 경로는 제1 기하학적 경로의 유효 유전 상수 보다 더 작은 유효 유전 상수를 갖는다.
C-D 기하학적 경로를 따른 유효 유전 상수가 A-B 경로를 따른 유효 유전 상수보다 작게 조정됨으로써, E-필드 라인을 위한 메인 경로는 선호되는 A-B 경로(favored A-B path)를 따르고, 그 결과 DRA는 A-B 경로를 따라 선호되는 TE-모드 방사를 제공할 것이고, 선호되지 않는 C-D 경로(disfavored C-D path)를 따라 원하지 않는 TE-모드 방사의 억제를 제공할 것이며, E-필드 라인을 위한 바람직하지 않은 2차 C-D 경로는 메인 A-B 경로에 직교하는 방향으로 있을 것이다. 전술한 바에 따르면, DRA(3600)는 DRA(3500)에 비해 선호되지 않는 C-D 경로를 따라 스퓨리어스 TE-모드 방사의 억제의 더 큰 정도(greater degree)를 갖지만, 폭 W1에 접선 방향으로 가깝게 있는 제1 볼륨 V(1)(3504.1)로 인해 DRA(3500)는 선호되지 않는 C-D 경로를 따라 원하지 않는 TE-모드 방사의 억제의 어느 정도를 여전히 가지며, 이는 DRA(3600)에서 달성된 정도가 아닌, C-D 기하학적 경로를 따라 유효 유전 상수를 어느 정도 감소시킨다.
이제 도 38을 참조하며, 이는 DRA(3600)와 유사하지만, 제3 볼륨 V(3)(3804.3)은, 집합적으로, 제2 볼륨 V(3)(3804.2) 및 제1 볼륨 V(1)(3804.1)의 일부분을 단지 임베드하며, 개별적으로, 제1 및 제2 볼륨 V(1)(3804.1) 및 V(2)(3804.2)의 노출된 측면 표면들(3807, 3809)에 의해 입증되듯이, 제3 볼륨 V(3)(3804.3)에 의해 임베드되지 않는 제2 볼륨 V(3)(3804.2) 및 제1 볼륨 V(1)(3804.1)의 각각의 일부분을 남긴다. 일 실시예에서, 제3 볼륨 V(3)(3804.3)과 비교하여 상대적으로 낮은 유전 상수를 갖는 재료의 컨테이너(3816)는 모든 볼륨 V(1)-V(3)을 임베드할 수 있고, 접지 구조(3802)에 전기적으로 연결되는 전기적 전도성 펜스(3850)에 의해 둘러싸인다. DRA(3800)는 A-B 기하학적 경로와 비교하여 C-D 기하학적 경로를 따라 감소된 유효 유전 상수로 인해 선호되지 않는 C-D 경로를 따라 원하지 않는 TE-모드 방사의 강화된 억제를 또한 가질 것으로 고려된다.
이제 도 36 및 38을 참조하면, DRA(3600, 3800)는 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i), 더 특별하게는 V(1)(3604.1, 3804.1) 내지 V(N)(3604.3, 3816)이, j는 2로부터 N-1로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(j)를 제공하고, 볼륨 V(j)(3604.2, 3804.3)은 볼륨 V(j-1)(3604.1, 3804.2)의 적어도 일부분이 볼륨 V(j+1)(3604.3, 3816)의 적어도 일부분과 직접적이고 밀접하게 접촉하여 배치되도록 구조적으로 배치되고 구성된다는 것을 이해할 것이다. DRA(3600, 3800)의 예시적인 실시예에서, 각 개별 볼륨 V(j+1)(3604.3, 3816)이 공기를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. DRA(3600, 3800)의 예시적인 실시예에서, j는 3보다 크거나 같을 수 있음을 이해할 것이다. DRA(3600, 3800)의 실시예에서, V(1)(3604.1, 3804.1) 또는 V(N)(3604.3, 3816)와 다른, 유전체 재료의 볼륨 V(j)은 V(1)(3604.1, 3804.1) 및 볼륨 V(N)(3604.3, 3816)의 각각의 유전체 재료의 유전 상수 보다 더 큰 유전 상수를 갖는다.
전술한 내용으로부터, 본 명세서에 개시된 실시예들은 다음을 포함함을 이해할 것이다: 제3 볼륨 V(3)(3504.3)이 모든 볼륨 V(1)(3504.1) 내지 V(2)(3504.2)을 집합적으로 완전히 100% 임베드하는 DRA(3500); 제3 볼륨 V(3)(3804.3)이 제2 볼륨 V(2)(3804.2) 및 제1 볼륨 V(1)(3804.1)의 일부분만 임베드하고, 제3 볼륨 V(3)에 의해 임베드되지 않는 각 볼륨 V(1)-V(2)의 일부분(3807, 3809)을 남기는 DRA(3800); 전기적 전도성 신호 피드(3606)가 접지 구조(3602)와 비-전기 접촉하는 접지 구조(3602)의 오프닝(3608) 내에 배치되고, 예를 들어 제2 볼륨 V(2)(3604.2)와 같은, 신호 피드(3606)가 전자기적으로 연결되는 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604) 중 하나 내에 배치되는 DRA(3600); 볼륨 V(1)(3604.1)이 볼륨 V(2)(3604.2)와 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 표면(3611) 및 볼륨 V(3)(3604.3)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 다른 표면을 갖는 DRA(3600); 볼륨 V(1)(3804.1)이 볼륨 V(2)(3804.2)와 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 표면(3811), 및 N> 3 인, 볼륨 V(N)(3816)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 다른 표면(3807)을 갖는 DRA(3800); 볼륨 V(1)이 아니고 볼륨 V(N)이 아닌 볼륨 V(1<i<N)(3804.2)은 볼륨 V(i-1)(3804.1)와 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 표면(3811), 및 볼륨 V(N)(3816)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 다른 표면(3809)을 갖는 DRA(3800); 신호 피드(3606)가 볼륨 V(1)이 아니고 볼륨 V(N)이 아닌 볼륨 V(1<i<N)(3604.2) 안에 또는 신호 통신 상태로(in or in signal communication) 배치되고, 볼륨 V(1<i<N)(3604.2)은 신호 피드(3606)의 측면으로부터 TE 방사 모드를 지원하는 볼륨 V(1)(3604.1)의 상단 위에 상기 반대 측면으로 연속적인 중단되지 않는 내부 기하학적 경로(continuous uninterrupted internal geometrical path)를 제공하는 DRA(3600); 볼륨 V(1)(3604.1)는 공기인 DRA(3600); 신호 피드(3606)가 볼륨 V(2)(3604.2) 안에 배치되거나 또는 전자기적으로 결합되는 DRA(3600); 접지 구조(3602)와 전기적으로 연결하며 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604) 주위에 배치되는 전기적 전도성 펜스(3650)를 갖는 DRA(3600); 전기적 전도성 펜스(3650)가 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 높이를 초과하지 않는 높이를 갖는 DRA(3600); 전기적 전도성 펜스(3650)가 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 전체 높이의 0.8배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는 DRA(3600); 전기적 전도성 펜스(3650)가 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 전체 높이의 3배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는 DRA(3600); 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)(3604.1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1)(3604.2) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)(3604.2)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는 DRA(3600); 복수의 유전체 재료의 볼륨(3604)의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)(3604.1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 V((N+1)/2)(3604.2)에서의 상대적 최대값으로, N은 홀수 정수인, V(N)(3604.3)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는 DRA(3600); 제1 상대적 최소값은 제2 상대적 최소값과 같은 DRA(3600); 전기적 전도성 접지 구조(3602)는 하나 이상의 오프닝(3608)을 포함하는 DRA(3600).
유전체 볼륨 또는 쉘(이하, 편의상 볼륨으로 지칭됨)에 사용하기 위한 유전체 재료는 원하는 전기적 및 기계적 특성을 제공하도록 선택된다. 유전체 재료는 일반적으로 열가소성 또는 열경화성 폴리머 매트릭스(thermoplastic or thermosetting polymer matrix) 및 유전 충전제(dielectric filler)를 포함하는 충전제 조성물을 포함한다. 각 유전체 층은 유전체 볼륨의 볼륨에 기초하여, 폴리머 매트릭스의 30 내지 100 볼륨 퍼센트(volume percent)(vol %), 및 충전제 조성물의 0 내지 70 vol%, 구체적으로는 폴리머 매트릭스의 30 내지 99 vol% 및 충전제 조성물의 1 내지 70 vol%, 더 구체적으로는 폴리머릭 매트릭스(polymeric matrix)의 50 내지 95 vol% 및 충전제 조성물의 5 내지 50 vol%를 포함할 수 있다. 폴리머 매트릭스 및 충전제는 10 기가헤르츠(GHz)에서 0.006 보다 작은, 구체적으로 0.0035 보다 같거나 작은 소산 인자(dissipation factor) 및 본 명세서에 개시된 목적에 부합하는 유전 상수를 갖는 유전체 볼륨을 제공하도록 선택된다. 소산 인자는 IPC-TM-650 X-대역 스트립 라인 방법(IPC-TM-650 X-band strip line method) 또는 분할 공진기 방법(Split Resonator method)에 의해 측정될 수 있다.
각각의 유전체 볼륨은 낮은 극성, 낮은 유전 상수, 및 저손실 폴리머를 포함한다. 폴리머는 1,2-폴리부타디엔(1,2-polybutadiene)(PBD), 폴리이소프렌(polyisoprene), 폴리부타디엔-폴리이소프렌 코폴리머(polybutadiene-polyisoprene copolymers), 폴리에테르이미드(polyetherimide)(PEI), 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene)(PTFE)과 같은 플루오로폴리머(fluoropolymers), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)(PEEK), 폴리아미드이미드(polyamidimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리시클로헥실렌 테레프탈레이트(polycyclohexylene terephthalate), 폴리페닐렌 에테르(polyphenylene ethers), 알릴화 폴리페닐렌 에테르(allylated polyphenylene ethers)에 기초한 것, 또는 상기 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 또한 고 극성 폴리머(higher polarity polymers)와 저 극성 폴리머(low polarity polymers)의 조합은, 에폭시 및 폴리(epoxy and poly)(페닐렌에테르(phenylene ether)), 에폭시 및 폴리(에테르이미드(etherimide)), 시아네이트 에스테르 및 폴리(cyanate ester and poly)(페닐렌에테르), 및 1,2-폴리부타디엔 및 폴리에틸렌을 포함하는 비-제한적 예시들로서 사용될 수 있다.
플루오로폴리머는 플루오르화 호모폴리머(fluorinated homopolymers), 예컨대, PTFE 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(polychlorotrifluoroethylene)(PCTFE), 및 플루오르화 코폴리머(fluorinated copolymers), 예컨대, 헥사플루오로프로필렌(hexafluoropropylene) 또는 퍼플루오로알킬비닐에테르(perfluoroalkylvinylethers)와 같은 모노머(monomer)를 구비한 클로로트리플루오로에틸렌(chlorotrifluoroethylene) 또는 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene)의 코폴리머, 비닐리덴 플루오라이드(vinylidene fluoride), 비닐 플루오라이드(vinyl fluoride), 에틸렌(ethylene) 또는 상기 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함한다. 플루오로폴리머는 상이한 적어도 하나의 이들 플루오로폴리머의 조합을 포함할 수 있다.
폴리머 매트릭스는 열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌"은 부타디엔, 이소프렌, 또는 이들의 조합으로부터 유도된 유닛을 포함하는 코폴리머 및 호모폴리머를 포함한다. 또한, 다른 코폴리머 가능한 모노머(copolymerizable monomers)로부터 유도된 유닛은 폴리머에, 예를 들어, 접목의 형태(form of grafts)로 존재될 수 있다. 예시적인 코폴리머 가능한 모노머는, 비닐아로마틱 모노머(vinylaromatic monomers), 예를 들어 스티렌(styrene), 3-메틸스티렌(3-methylstyrene), 3,5- 다이에틸스티렌(3,5-diethylstyrene), 4-n-프로필스티렌(4-n-propylstyrene), 알파-메틸스티렌(alpha-methylstyrene), 알파-메틸 비닐톨루엔(alpha-methyl vinyltoluene), 파라-히드록시스티렌(para-hydroxystyrene), 파라-메톡시스티렌(para-methoxystyrene), 알파-클로로스티렌(alpha-chlorostyrene), 알파-브로모스티렌(alpha-bromostyrene), 디클로로스티렌(dichlorostyrene), 디브로모스티렌(dibromostyrene), 테트라-클로로스티렌(tetra-chlorostyrene), 등등과 같은 치환 및 비치환된 모노비닐아로마틱 모노머(substituted and unsubstituted monovinylaromatic monomers); 및 디비닐벤젠(divinylbenzene), 디비닐톨루엔(divinyltoluene), 등과 같은 치환 및 비치환된 디비닐아로마틱 모노머(substituted and unsubstituted divinylaromatic monomers)를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 코폴리머 가능한 모노머 중 적어도 하나를 포함하는 조합은 또한 사용될 수 있다. 예시적인 열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 부타디엔 호모폴리머, 이소프렌 호모폴리머, 부타디엔-스티렌과 같은 부타디엔-비닐아로마틱 코폴리머, 이소프렌-스티렌 코폴리머와 같은 이소프렌-비닐아로마틱 코폴리머, 등을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 또한 수정될 수 있다. 예를 들어, 폴리머는 히드록실-터미네이티드(hydroxyl-terminated), 메타크릴레이트-터미네이티드(methacrylate-terminated), 카르복실레이트-터미네이티드(carboxylate-terminated), 등일 수 있다. 반응-후 폴리머(Post-reacted polymers)는 부타디엔 또는 이소프렌 폴리머의 에폭시-, 말레산무수물-(maleic anhydride-), 또는 우레탄-변성 폴리머(urethane-modified polymers)와 같이, 사용될 수 있다. 또한 폴리머는 예를 들어 디비닐 벤젠(divinyl benzene)과 같은 디비닐아로마틱 화합물(divinylaromatic compounds), 예컨대, 디비닐 벤젠으로 가교 결합된(crosslinked) 폴리부타디엔-스티렌(polybutadiene-styrene crosslinked with divinyl benzene)에 의해 가교 결합될 수 있다. 예시적인 재료는 일본, 도쿄, 니폰 소다 씨오.(Nippon Soda Co.) 및 펜실베니아(PA), 엑스톤(Exton), 캐리 밸리 하이드로카본 스페셜티 케미컬스(Cray Valley Hydrocarbon Specialty Chemicals)와 같은 그것들의 제조업자에 의해 "폴리부타디엔(polybutadienes)"으로 크게 분류된다. 또한, 조합은, 예를 들어, 폴리부타디엔 호모폴리머 및 폴리(부타디엔-이소프렌) 코폴리머의 조합이 사용될 수 있다. 또한 신디오택틱 폴리부타디엔(syndiotactic polybutadiene)을 포함하는 조합은 유용할 수 있다.
열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 실온에서 액체 또는 고체일 수 있다. 액체 폴리머는 5,000g/mol 보다 크거나 같은 수 평균 분자량(number average molecular weight)(Mn)을 가질 수 있다. 액체 폴리머는 5,000g/mol 보다 작은 Mn, 구체적으로는, 1,000 내지 3,000g/mol을 가질 수 있다. 적어도 90 wt%의 1,2 첨가를 갖는 열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리 이소프렌, 이는 가교 결합에 이용 가능한 많은 수의 펜던트 비닐 기(pendent vinyl groups) 때문에 경화시 더 큰 가교 결합 밀도(crosslink density)를 나타낼 수 있다.
폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌은 전체 폴리머 매트릭스 조성물에 대하여 최대 100 wt%, 구체적으로는 최대 75 wt%, 더 구체적으로는 10 내지 70 wt%, 훨씬 더 구체적으로는, 총 폴리머 매트릭스 조성물에 기초하여, 20 내지 60 또는 70 wt%의 양으로 제시될 수 있다.
열경화성 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌과 함께 경화될 수 있는 다른 폴리머는 특정 특성 또는 가공 변형을 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 유전체 재료의 기계적 특성 및 유전 강도의 안정성을 개선하기 위하여, 저 분자량 에틸렌-프로필렌 엘라스토머(lower molecular weight ethylene-propylene elastomer)가 시스템에 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 에틸렌-프로필렌 엘라스토머는 주로 에틸렌 및 프로필렌을 포함하는 다른 폴리머, 테르폴리머(terpolymer), 또는 코폴리머이다. 에틸렌-프로필렌 엘라스토머는 EPM 코폴리머(즉, 에틸렌 및 프로필렌 모노머의 코폴리머) 또는 EPDM 테르폴리머(즉, 에틸렌, 프로필렌 및 디엔 모노머의 테르폴리머)로 더 분류될 수 있다. 특히, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머 고무는 포화 메인 체인(saturated main chains)을 가지며, 손쉬운 가교 결합을 위해 메인 체인에서 불포화가 이용 가능하다(with unsaturation available off the main chain for facile cross-linking). 디엔(diene)이 다이사이클로펜타디엔(dicyclopentadiene)인, 액체 에틸렌-프로필렌-디엔 테르폴리머 고무가 사용될 수 있다.
에틸렌-프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber)의 분자량은 10,000 g/mol 점도 평균 분자량(viscosity average molecular weight) (Mv) 보다 작을 수 있다. 에틸렌-프로필렌 고무는 트릴리언TM(TRILENETM) CP80이라는 상품명으로, 엘에이(LA), 배턴 루지(Baton Rouge), 라이언 코폴리머(Lion Copolymer)로부터 이용 가능한, 7,200g/mol의 Mv를 갖는 에틸렌-프로필렌 고무; 트릴리언TM 65 이라는 상품명으로 라이언 코폴리머로부터 이용 가능한, 7,000 g/mol의 Mv를 갖는 액체 에틸렌-프로필렌-디시클로펜타디엔 테르폴리머 고무(liquid ethylene-propylene-dicyclopentadiene terpolymer rubbers); 및 트릴리언TM 65의 이름으로 라이언 코폴리머로부터 이용 가능한, 7,500 g/mol의 Mv를 갖는 액체 에틸렌-프로필렌-에틸리덴 노르보르넨 테르폴리머(liquid ethylene-propylene-ethylidene norbornene terpolymer)를 포함할 수 있다.
에틸렌-프로필렌 고무는 시간이 지남에 따라 유전체 재료의 특성의 안정성, 특히 유전 강도 및 기계적 특성을 유지하는데 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 이러한 양은 폴리머 매트릭스 조성물의 총 중량에 대하여 최대 20 wt%, 구체적으로 4 내지 20 wt%, 더 구체적으로는 6 내지 12 wt%이다.
코-경화성 폴리머(co-curable polymer)의 다른 타입은 불포화 폴리부타디엔- 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머이다. 이 성분은 예를 들어 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌(alpha-methyl styrene)과 같은 비닐아로마틱 화합물, 메틸 메타크릴레이트(methyl methacrylate)와 같은 메타크릴레이트(methacrylate) 또는 아크릴레이트(acrylate), 또는 아크릴로니트릴(acrylonitrile)과 같은, 에틸렌계 불포화 모노머를 구비한 주로 1,3-부가 부타디엔 또는 이소프렌(primarily 1,3-addition butadiene or isoprene)의 랜덤 또는 블록 코폴리머(random or block copolymer)일 수 있다. 엘라스토머는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 블록 및 스티렌 또는 알파-메틸 스티렌과 같은 모노비닐아로마틱 모노머로부터 유도될 수 있는 열가소성 블록을 갖는 선형 또는 그래프트-타입 블록 코폴리머(linear or graft-type block copolymer)를 포함하는 고형의 열가소성 엘라스토머일 수 있다. 이 타입의 블록 코폴리머는 스티렌-부타디엔-스티렌 트리블록 코폴리머, 예를 들어, SOL-T-6302 TM 이라는 상표명으로 텍사스(TX), 휴스턴(Houston), 에니켐 엘라스토머 아메리카(Enichem Elastomers America)로부터, VECTOR 8508MTM이라는 상표명으로 텍사스, 휴스턴, 덱스코 폴리머(Dexco Polymers)로부터 이용 가능한 것, 및 CALPRENETM 401이라는 상표명으로 다이나솔 엘라스토머(Dynasol Elastomers)로부터의 것; 및 스티렌-부타디엔 디블록 코폴리머(styrene-butadiene diblock copolymers) 및 스티렌 및 부타디엔을 포함하는 혼합 트리블록 및 디블록 코폴리머(mixed triblock and diblock copolymers), 예를 들어 name KRATON D1118이라는 상표명으로 크라톤 폴리머스(Kraton Polymers)(휴스턴, 텍사스)로부터 이용 가능한 것들을 포함한다. KRATON D1118은 33 wt% 스티렌을 포함한 혼합 디블록/트리블록 스티렌 및 부타디엔 함유 코폴리머(mixed diblock/triblock styrene and butadiene containing copolyme)이다.
선택적인 폴리부타디엔- 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 블록이 수소화되어(hydrogenated), 폴리에틸렌 블록(폴리부타디엔의 경우) 또는 에틸렌-프로필렌 코폴리머 블록(폴리이소프렌의 경우)을 형성한다는 점을 제외하고는 전술한 바와 유사한 제2 블록 코폴리머를 추가로 포함할 수 있다. 상술된 코폴리머와 함께 사용되는 경우, 보다 강인한 재료가 생산될 수 있다. 이 타입의 예시적인 제2 블록 코폴리머는 KRATON GX1855(크라톤 폴리머(Kraton Polymers)로부터 상업적으로 이용 가능하며, 이는 스티렌-고 1,2-부타디엔-스티렌 블록 코폴리머(styrene-high 1,2-butadiene-styrene block copolymer)와 스티렌-(에틸렌-프로필렌)-스티렌 블록 코폴리머(styrene-(ethylene-propylene)-styrene block copolymer)의 조합으로 여겨진다.
불포화 폴리부타디엔- 또는 폴리이소프렌-함유 엘라스토머 성분은 폴리머 매트릭스 조성물의 총 중량에 대하여 2 내지 60 wt%, 구체적으로는 5 내지 50 wt%, 더 구체적으로는 10 내지 40 또는 50 wt%의 양으로 폴리머 매트릭스 조성물에 존재할 수 있다.
특정한 특성 또는 가공 변형을 위해 첨가될 수 있는 다른 코-경화성 폴리머는 폴리에틸렌 및 에틸렌 옥사이드 코폴리머과 같은 에틸렌의 호모폴리머(homopolymers) 또는 코폴리머; 천연 고무; 폴리디시클로펜타디엔(polydicyclopentadiene)과 같은 노르보르넨 폴리머(norbornene polymers); 수소 첨가 스티렌-이소프렌-스티렌 코폴리머(hydrogenated styrene-isoprene-styrene copolymers) 및 부타디엔-아크릴로니트릴 코폴리머(butadiene-acrylonitrile copolymers); 불포화 폴리에스테르(unsaturated polyesters); 등을 포함하며, 이에 제한되진 않는다. 이들 코폴리머의 레벨은 일반적으로 폴리머 매트릭스 조성물에서의 총 폴리머의 50 wt% 보다 작다.
또한, 프리 라디칼-경화성 모노머(Free radical-curable monomers)는 예를 들어 경화 후 시스템의 가교 결합 밀도를 증가시키기 위한 특정 특성 또는 가공 변형을 위해 첨가될 수 있다. 적합한 가교 결합제(crosslinking agents)일 수 있는 예시적인 모노머는, 예를 들어, 디비닐 벤젠(divinyl benzene), 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate), 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate) 및 다작용성 아크릴레이트 모노머(multifunctional acrylate monomers)(예컨대, 펜실베니아, 뉴타운 스퀘어(Newtown Square), 사토머 USA(Sartomer USA)로부터 이용 가능한 SARTOMERTM 폴리머), 또는 이들의 조합을 포함하면 이들의 모두는 상업적으로 이용 가능하다. 사용되는 경우, 가교 결합제는 폴리머 매트릭스 조성물에서의 총 폴리머의 총 중량을 기준으로, 최대 20 wt%, 구체적으로는 1 내지 15 wt%의 양으로 폴리머 매트릭스 조성물에 존재할 수 있다.
경화제(curing agent)는 올레핀 반응성 부위(olefinic reactive sites)를 갖는 폴리엔(polyenes)의 경화 반응을 촉진시키기 위해 폴리머 매트릭스 조성물에 첨가될 수 있다. 경화제는 유기 과산화물(organic peroxides), 예를 들어 디쿠밀 퍼옥시드(dicumyl peroxide), t-부틸 퍼벤조에이트(t-butyl perbenzoate), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시) 헥산(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy)hexane), α,α-디-비스(t-부틸 퍼옥시)디이소프로필벤젠(α,α-di-bis(t-butyl peroxy)diisopropylbenzene), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시) 헥신-3(2,5-dimethyl-2,5-di(t-butyl peroxy) hexyne-3), 또는 상기 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 탄소-탄소 개시제(Carbon-carbon initiators), 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 폴리머 매트릭스 조성물에서의 폴리머의 총 중량을 기준으로 1.5 내지 10 wt% 일 수 있다.
일부 실시예에서, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머는 카르복시-작용화된다(carboxy-functionalized). 작용화는 분자에서 (ⅰ) 탄소-탄소 이중 본드(carbon-carbon double bond) 또는 탄소-탄소 삼중 본드(carbon-carbon triple bond), 및 (ⅱ) 카르복시산(carboxylic acid), 무수물(anhydride), 아미드(amide), 에스테르 또는 산할로겐화물(acid halide)을 포함하는, 카르복시기 중 적어도 하나를 모두 갖는 다작용성 화합물을 사용하여 달성될 수 있다. 특정 카르복시기는 카르복시산 또는 에스테르이다. 카르복시산 작용기를 제공할 수 있는 다작용성 화합물의 예시는 말레산(maleic acid), 말레 산 무수물(maleic anhydride), 푸마르산(fumaric acid) 및 시트르산(citric acid)을 포함한다. 특히, 말레산 무수물(maleic anhydride)로 부가된 폴리부타디엔은 열경화성 조성물에 사용될 수 있다. 적절한 말레인화 폴리부타디엔 폴리머(Suitable maleinized polybutadiene polymers)는, 예를 들어, RICON 130MA8, RICON 130MA13, RICON 130MA20, RICON 131MA5, RICON 131MA10, RICON 131MA17, RICON 131MA20, 및 RICON 156MA17이라는 상표명으로 크레이 밸리(Cray Valley)로부터 상업적으로 이용 가능하다. 적절한 말레인화 폴리부타디엔-스티렌 코폴리머(Suitable maleinized polybutadiene-styrene copolymers)는 예를 들어 RICON 184MA6이라는 상표명으로 사토머로부터 이용 가능하다. RICON 184MA6은 스티렌 함량이 17 내지 27wt %이고 Mn이 9,900g/mol 인 말레 산 무수물로 부가된 부타디엔-스티렌 폴리머이다.
폴리머 매트릭스 조성물, 예를 들면, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머 및 다른 폴리머에서의 다양한 폴리머의 상대적인 양은, 사용되는 특정 전도성 금속 접지 판 층, 회로 재료의 원하는 특성 및 유사한 고려 사항에 따를 수 있다. 예를 들어, 폴리(아릴렌 에테르(arylene ether))의 사용은 전도성 금속 성분, 예를 들어 신호 피드, 접지 또는 반사기 성분과 같은 구리 또는 알루미늄 성분에 대해 증가된 본드 강도를 제공할 수 있다. 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머의 사용은, 예를 들어 이들 폴리머가 카르복시-작용화될 때, 복합체의 고온 내성을 증가시킬 수 있다. 엘라스토머 블록 코폴리머의 사용은 폴리머 매트릭스 재료의 성분을 상용화시키는 기능을 할 수 있다. 특정 애플리케이션에 대해 원하는 성질에 따라, 과도한 실험없이 각 성분의 적절한 양을 결정할 수 있다.
적어도 하나의 유전체 볼륨은 유전 상수, 소산 인자, 열팽창 계수(coefficient of thermal expansion) 및 유전체 볼륨의 다른 특성을 조정하도록 선택된 미립자 유전 충전제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전 충전제는 이산화티탄(titanium dioxide)(루틸(rutile) 및 아나타제(anatase)), 티탄산 바륨(barium titanate), 티탄산 스트론튬(strontium titanate), 실리카(silica)(융합 무정형 실리카(fused amorphous silica) 포함), 커런덤(corundum), 규회석(wollastonite), Ba2Ti9O20, 고체 유리 구(solid glass spheres), 합성 유리 또는 세라믹 중공 구(, synthetic glass or ceramic hollow spheres), 석영(quartz), 질화 붕소(boron nitride), 질화 알루미늄(aluminum nitride), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 베릴리아(beryllia), 알루미나(alumina), 알루미나 삼수화물(alumina trihydrate), 마그네시아(magnesia), 운모(mica), 탈크(talcs), 나노클레이(nanoclays), 수산화 마그네슘(magnesium hydroxide), 또는 상기 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 포함할 수 있다. 단일 제2 충전제, 또는 제2 충전제의 조합을 사용하여 원하는 특성의 균형을 제공할 수 있다.
선택적으로, 충전제는 실리콘-함유 코팅(silicon-containing coating), 예를 들면, 유기작용성 알콕시 실란 커플링제(organofunctional alkoxy silane coupling agent)로 표면 처리될 수 있다. 지르코네이트 또는 티타네이트 커플링제(zirconate or titanate coupling agent)가 사용될 수 있다. 이러한 커플링제는 폴리머릭 매트릭스(polymeric matrix)에서 충전제의 분산 dispersion (을 개선시키고 최종 DRA의 수분 흡수를 감소시킬 수 있다. 충전제 성분은 충전제의 중량을 기준으로 제2 충전제로서 마이크로스피어(microspheres)의 5 내지 50 vol% 및 융합 무정형 실리카(fused amorphous silica)의 70 내지 30 vol%를 포함할 수 있다.
또한, 각 유전체 볼륨은 볼륨을 화염에 견디는데 유용한 난연제(flame retardant)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 난연제는 할로겐화(halogenated) 또는 비할로겐화(unhalogenated)될 수 있다. 난연제는 유전체 볼륨의 볼륨을 기준으로 0 내지 30 vol%의 양으로 유전체 볼륨에 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 난연제는 무기물이며 입자의 형태로 존재한다. 예시적인 무기물 난연제는, 예를 들어, 1 nm 내지 500 nm, 바람직하게는 1 내지 200 nm, 또는 5 내지 200 nm, 또는 10 내지 200 nm의 볼륨 평균 입자 직경(volume average particle diameter)을 갖는 금속 수화물(metal hydrate)이며; 대안적으로는 볼륨 평균 입자 직경은 500 nm 내지 15 마이크로미터, 예를 들어 1 내지 5마이크로미터이다. 금속 수화물은 Mg, Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu, Ni 또는 전술한 것 중 적어도 하나를 포함하는 조합과 같은 금속의 수화물이다. Mg, Al 또는 Ca의 수화물이가 특히 바람직하며, 예를 들어 수산화 알루미늄(aluminum hydroxide), 수산화 마그네슘(magnesium hydroxide), 수산화 칼슘(calcium hydroxide), 수산화 철(iron hydroxide), 수산화 아연(zinc hydroxide), 수산화 구리(copper hydroxide) 및 수산화 니켈(nickel hydroxide); 및 칼슘 알루미네이트(calcium aluminate), 이수 석고(gypsum dihydrate), 아연 보레이트(zinc borate) 및 바륨 메타보레이트(barium metaborate)의 수화물이다. 이들 수화물의 복합체는, 예를 들어 Mg 및 Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu 및 Ni 중 하나 이상을 함유하는 수화물이 사용될 수 있다. 바람직한 복합 금속 수화물은 M이 Ca, Al, Fe, Zn, Ba, Cu 또는 Ni이고, x가 0.1 내지 10이고, y가 2로부터 32로인 화학식 MgMx.(OH)y를 갖는다. 난연제 입자는 분산 및 다른 특성을 개선하기 위해 코팅되거나 다르게 처리될 수 있다.
유기물 난연제는 무기물 난연제에 추가하여 또는 별도로 사용될 수 있다. 무기물 난연제의 예시는 멜라민 시아누레이트(melamine cyanurate), 미세 입자 크기 멜라민 폴리포스페이트(fine particle size melamine polyphosphate), 아로마틱 포스피네이트(aromatic phosphinates), 디포스포네이트(diphosphinates), 포스포네이트(phosphonates) 및 포스페이트(phosphates)와 같은 다양한 다른 포스포러스-함유 화합물(phosphorus-containing compounds), 특정 폴리실세스퀴옥산(certain polysilsesquioxanes), 실록산(siloxanes), 및 헥사클로로엔도메틸렌테트라히드로프탈산(hexachloroendomethylenetetrahydrophthalic acid)(HET 산), 테트라브로모프탈산(tetrabromophthalic acid) 및 디브로모네오펜틸 글리콜(dibromoneopentyl glycol)과 같은 할로겐 화합물(halogenated compounds)을 포함한다. 난연제(브롬-함유 난연제(bromine-containing flame retardant)와 같은)는 20 phr(수지의 백 파트 당 파트(parts per hundred parts of resin)) 내지 60 phr, 구체적으로 30 내지 45 phr의 양으로 존재할 수 있다. 브롬계 난연제(brominated flame retardants)의 예시는 Saytex BT93W(에틸렌 비스테트라브로모프탈이미드(ethylene bistetrabromophthalimide)), Saytex 120(테트라데카브로모디페녹시 벤젠(tetradecabromodiphenoxy benzene)) 및 Saytex 102(데카브로모디페닐 옥사이드(decabromodiphenyl oxide))를 포함한다. 난연제는 상승 작용제(synergist)와 함께 사용될 수 있는데, 예를 들어, 할로겐화 난연제는 삼산화 안티몬(antimony trioxide)과 같은 상승 작용제와 함께 사용될 수 있고, 포스포러스-함유 난연제(phosphorus-containing flame retardant)는 멜라민(melamine)과 같은 질소-함유 화합물(nitrogen-containing compound)과 함께 사용될 수 있다.
유전체 재료의 각 볼륨은 폴리머 매트릭스 조성물 및 충전제 조성물을 포함하는 유전체 조성물로부터 형성된다. 각 볼륨은 유전체 조성물을 접지 구조 층 상에 직접 주조함으로써(casting) 형성될 수 있거나, 접지 구조 층 상에 증착될(deposited) 수 있는 유전체 볼륨이 생산될 수 있다. 각 유전체 볼륨을 생산하는 방법은 선택된 폴리머에 기초할 수 있다. 예를 들어, 폴리머가 PTFE와 같은 플루오로폴리머(fluoropolymer)를 포함하는 경우, 폴리머는 제1 캐리어 액체(carrier liquid)와 혼합될 수 있다. 상기 조합은 제1 캐리어 액체에서의 폴리머 입자의 분산(dispersion), 예컨대, 제1 캐리어 액체에서의 폴리머의 솔루션(solution), 또는 제1 캐리어 액체에서의 폴리머의 모노머릭 또는 올리고머릭 전구체(monomeric or oligomeric precursor)의 또는 폴리머의 액체 방울(liquid droplets)의 에멀젼(emulsion)을 포함할 수 있다. 폴리머가 액체인 경우, 제1 캐리어 액체는 필요하지 않을 수 있다.
존재하는 경우, 제1 캐리어 액체의 선택은 폴리머릭이 유전체 볼륨으로 도입되는 형태 및 특정 폴리머릭에 기초될 수 있다. 폴리머릭을 솔루션으로서 도입하고자 하는 경우, 특정 폴리머에 대한 용제(solvent)가 캐리어 액체로서 선택되고, 예컨대, N-메틸 피롤리돈(N-methyl pyrrolidone)(NMP)은 폴리이미드(polyimide)의 솔루션에 적합한 캐리어 액체일 수 있다. 분산으로서 폴리머를 도입하고자 하는 경우, 캐리어 액체는 용해되지 않는 액체(liquid in which the is not soluble)를 포함할 수 있으며, 예컨대, 물은 PTFE 입자의 분산에 적합한 캐리어 액체일 것이며, 폴리아미드산(polyamic acid)의 에멀젼 또는 부타디엔 모노머의 에멀젼에 적합한 캐리어 액체일 것이다.
유전체 충전제 성분은 선택적으로 제2 캐리어 액체에 분산되거나, 제1 캐리어 액체(또는 제1 캐리어가 사용되지 않는 액체 폴리머)와 혼합될 수 있다. 제2 캐리어 액체는 동일한 액체일 수 있거나 제1 캐리어 액체와 혼화성인(miscible) 제1 캐리어 액체 이외의 액체일 수 있다. 예를 들어, 제1 캐리어 액체가 물인 경우, 제2 캐리어 액체는 물 또는 알코올을 포함할 수 있다. 제2 캐리어 액체는 물을 포함할 수 있다.
충전제 분산은 제2 캐리어 액체가 붕규소 마이크로스피어(borosilicate microspheres)를 습윤(wet)시킬 수 있도록 제2 캐리어 액체의 표면 장력을 변경시키는데 효과적인 양의 계면활성제(surfactant)를 포함할 수 있다. 예시적인 계면활성제 화합물은 이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제를 포함한다. TRITON X-100TM은 수성 충전제 분산에 사용하기 위한 예시적인 계면활성제임이 밝혀졌다. 충전제 분산은 충전제의 10 내지 70 vol% 및 계면활성제의 0.1 내지 10 vol%를 포함할 수 있으며, 나머지는 제2 캐리어 액체를 포함할 수 있다.
폴리머 및 제1 캐리어 액체 및 제2 캐리어 액체에서의 충전제 분산의 조합은 결합되어 주조 혼합물을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 주조 혼합물은 결합된 폴리머 및 충전제의 10 내지 60 vol% 및 결합된 제1 및 제2 캐리어 액체 40 내지 90 vol%를 포함한다. 주조 혼합물에서의 폴리머 및 충전제 성분의 상대적인 양은 후술하는 바와 같이 최종 조성물에 원하는 양을 제공하도록 선택될 수 있다.
주조 혼합물의 점도(viscosity)는 특정 캐리어 액체 또는 캐리어 액체의 조합에서의 호환성에 기초하여 선택된 점도 조절제(viscosity modifier)의 첨가에 의해 조정되어, 유전체 복합 재료(the dielectric composite material)로부터 중공 구 충전제(hollow sphere filler)의 분리, 즉 침강 또는 부유를 저지하고 종래의 제조 설비와 호환성이 있는 점도를 갖는 유전체 복합 재료를 제공할 수 있다. 수성 주조 혼합물(aqueous casting mixtures)에서 사용하기에 적합한 예시적인 점도 조절제는, 예컨대, 폴리아크릴산 화합물(polyacrylic acid compounds), 식물성 검(vegetable gums) 및 셀룰로오스 기반 화합물(cellulose based compounds)을 포함한다. 적합한 점도 조절제의 구체적인 예시는 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 메틸 셀룰로오스(methyl cellulose), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 구아 검(guar gum), 로커스트 빈 검(locust bean gum), 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스(sodium carboxymethylcellulose), 알긴산 나트륨(sodium alginate) 및 검 트라가칸트(gum tragacanth)를 포함한다. 점도-조정된 주조 혼합물의 점도는 유전체 복합 재료를 선택된 제조 기술에 적응시키기 위해 애플리케이션에 의해 도포시에 최소 점도 이상으로 더 증가될 수 있다. 일 실시예에서, 점도-조정된 주조 혼합물은 10 내지 100,000 센티포이즈(centipoise) (cp)의 점도를 나타낼 수 있고; 구체적으로는 실온에서 측정한 100 cp 및 10,000 cp이다.
대안적으로, 점도 조절제는 캐리어 액체의 점도가 관심있는 시간 동안 분리되지 않는 주조 혼합물을 제공하기에 충분하다면 생략될 수 있다. 구체적으로, 매우 작은 입자, 예컨대, 0.1 마이크로미터 보다 작은 등가 구경(equivalent spherical diameter)을 갖는 입자의 경우, 점도 조절제의 사용은 필요하지 않을 수 있다.
점도-조정된 주조 혼합물의 층은 접지 구조 층 상에 주조될 수 있거나, 또는 딥-코팅(dip-coated)되고 그 다음에 만들어질(shaped) 수 있다. 주조는, 예를 들어, 딥 코팅, 플로우 코팅(flow coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 나이프-오버-롤(knife-over-roll), 나이프-오버-플레이트(knife-over-plate), 미터링 로드 코팅(metering rod coating) 등에 의해 달성될 수 있다.
캐리어 액체 및 가공 보조제(carrier liquid and processing aids), 즉 계면 활성제 및 점도 조절제는, 예를 들어, 증발에 의해 또는 열분해에 의해 캐스트 볼륨(cast volume)으로부터 제거되어 폴리머의 유전체 볼륨 및 마이크로스피어를 포함하는 충전제를 강화(consolidate)시킬 수 있다.
폴리머 매트릭스 재료 및 충전제 성분의 볼륨은, 예컨대, 열가소성을 소결 시키거나 열경화성 조성물을 경화 또는 후 경화시키기 위해 볼륨의 물리적 특성을 수정시키기 위해 추가로 가열될 수 있다.
다른 방법에서, PTFE 복합 유전체 볼륨은 페이스트 압출 및 캘린더링 공정(paste extrusion and calendaring process)에 의해 만들어 질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 유전체 볼륨은 주조된 다음 부분적으로 경화될 수 있다("B-스테이지(B-staged)"). 그러한 B-스테이지 볼륨은 저장되고 이후에 사용될 수 있다.
접착 층(adhesion layer)은 전도성 접지 층과 유전체 층 사이에 배치될 수 있다. 접착 층은 폴리(아릴렌 에테르(arylene ether)); 및 부타디엔, 이소프렌 또는 부타디엔 및 이소프렌 유닛을 포함하고, 코-경화성 모노머 유닛(co-curable monomer units)의0 내지 50 wt% 보다 작거나 같은 카복시-작용화된 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머를 포함할 수 있다; 접착 층(adhesive layer)의 조성물은 유전체 볼륨의 조성물과 동일하지 않다. 접착 층은 평방 미터 당 2 내지 15 그램의 양으로 존재할 수 있다. 폴리(아릴렌 에테르)는 카르복시-작용화된 폴리(아릴렌 에테르)를 포함할 수 있다. 폴리(아릴렌 에테르)는 폴리(아릴렌 에테르) 및 환형 무수물(cyclic anhydride)의 반응 생성물 또는 폴리(아릴렌 에테르) 및 말레산무수물의 반응 생성물일 수 있다. 카르복시-작용화 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머는 카르복시-작용화된 부타디엔-스티렌 코폴리머일 수 있다. 카르복시-작용화된 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머는 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머 및 환형 무수물의 반응 생성물일 수 있다. 카르복시-작용화된 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌 폴리머는 말레인화 폴리부타디엔-스티렌(maleinized polybutadiene-styrene) 또는 말레인화 폴리이소프렌-스티렌 코폴리머(maleinized polyisoprene-styrene copolymer)일 수 있다.
일 실시예에서, 폴리부타디엔 또는 폴리이소프렌과 같은 열경화성 재료에 적합한 다중-단계 공정은 150 내지 200℃의 온도에서 과산화물 경화 단계(peroxide cure step)를 포함할 수 있고, 부분적으로 경화된(B-스테이지) 스택은 고-에너지 전자선 조사 경화(E- 빔 경화) 또는 불활성 분위기(inert atmosphere) 하에서 고온 경화 단계를 받을 수 있다. 2-단계 경화의 사용은 결과적인 복합물(resulting composite)에 가교 결합의 비정상적 고 도(unusually high degree of cross-linking)를 부여할 수 있다. 제2 단계에서 사용되는 온도는 폴리머의 분해 온도, 또는 250 내지 300℃일 수 있다. 이 고온 경화는 오븐에서 수행될 수 있지만 프레스(press)에서, 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.
본딩 층(bonding layer)은 임의의 둘 이상의 유전체 층 사이에 배치되어 층을 접착시킬 수 있다. 본딩 층은 원하는 특성에 기초하여 선택되며, 예를 들어 저 융점 열가소성 폴리머(low melting thermoplastic polymer) 또는 2 개의 유전체 층을 본딩시키기 위한 다른 조성물일 수 있다. 일 실시예에서, 본딩 층은 유전체 충전제를 포함하여 그것의 유전 상수를 조정한다. 예를 들어, 본딩 층의 유전 상수는 DRA의 대역폭을 개선시키거나 그렇지 않으면 수정하도록 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, DRA, 어레이 또는 그 구성 요소, 특히 유전체 볼륨 중 적어도 하나는 유전체 재료를 형성하기 위해 유전체 조성물을 성형함으로써 형성된다. 일부 실시예에서, 모든 부피가 성형된다. 다른 실시예에서, 초기 부피 V(i)를 제외한 모든 볼륨은 성형된다. 또 다른 실시예에서, 최외측 볼륨 V(N)만이 성형된다. 성형 및 다른 제조 방법의 조합은 3D 프린팅 또는 잉크젯 프린팅과 같이 사용될 수 있다.
성형(Molding)은, 선택적으로 임베드된 피쳐 또는 표면 피쳐로서 또 다른 DRA 성분(들)과 함께 유전체 볼륨의 신속하고 효율적인 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 금속, 세라믹 또는 기타 인서트(insert)를 몰드(mold)에 배치하여 신호 피드, 접지 구성 요소 또는 반사기 구성 요소와 같은 DRA의 구성 요소를 임베드 또는 표면 피쳐로서 제공할 수 있다. 대안적으로는, 임베드된 피쳐는 3D 프린팅하거나 볼륨 상에 잉크젯으로 프린팅한 다음, 추가로 성형할 수 있다; 또는 DRA의 최외측 표면 상에 표면 피쳐를 3D 프린팅 또는 잉크젯 프린팅할 수 있다. 적어도 하나의 볼륨을 직접적으로 접지 구조 상에, 또는 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 포함하는 컨테이너로 성형하는 것도 가능하다.
몰드는 패키지 또는 최외측 쉘 V(N)을 제공하기 위해 성형된 또는 기계 가공된 세라믹을 포함하는 몰드 인서트(mold insert)를 가질 수 있다. 세라믹 인서트(ceramic insert)의 사용은 손실이 더 낮아지고 효율이 더 높아지고; 성형된 알루미나에 대한 낮은 직접 재료 비용으로 인한 비용 절감; 폴리머의 제조된 및 제어된 (구속된) 열팽창의 용이성을 이끌어낼 수 있다. 또한, 이것은 열팽창의 균형 계수(balanced coefficient of thermal expansion)(CTE)를 제공하여, 전체 구조가 알루미늄 또는 구리의 CTE와 일치하도록 할 수 있다.
각 부피는 상이한 몰드에서 성형될 수 있고, 볼륨은 이어서 조립된다. 예를 들어, 제1 볼륨은 제1 몰드에서, 제2 볼륨은 제2 몰드에서 성형될 수 있고, 그 다음 볼륨이 조립된다. 일 실시예에서, 제1 볼륨은 제2 볼륨과 상이하다. 별도의 제조를 통해 모양이나 구성과 관련하여 각 볼륨을 사용자 정의할 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료의 폴리머, 첨가제의 타입 또는 첨가제의 양은 다양할 수 있다. 접착 층은 하나의 볼륨의 표면을 다른 볼륨의 표면에 본드시키기 위해 도포될 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 볼륨은 제1 성형 볼륨 상으로 또는 그 위에 성형될 수 있다. 포스트베이크 또는 라미네이션 사이클(postbake or lamination cycle)은 사용되어 볼륨 사이에서 임의의 공기를 제거할 수 있다. 또한, 각 볼륨은 첨가제(additive)의 상이한 타입 또는 양을 포함할 수 있다. 열가소성 폴리머가 사용되는 경우, 제1 및 제2 볼륨은 상이한 용융 온도(melt temperatures) 또는 상이한 유리 전이 온도(glass transition temperatures)를 갖는 폴리머를 포함할 수 있다. 열경화성 조성물이 사용되는 경우, 제1 볼륨은 제2 볼륨을 성형하기 전에 부분적으로 또는 완전히 경화될 수 있다.
하나의 볼륨(예컨대, 제1 볼륨)으로서 열경화성 조성물 및 다른 볼륨(예컨대, 제2 볼륨)으로서 열가소성 조성물을 사용할 수도 있다. 이들 실시예들 중 어느 하나에서, 충전제는 각 볼륨의 열 팽창(CTE)의 계수 또는 유전 상수를 조정하도록 변화될 수 있다. 예를 들어, 각 볼륨의 CTE 또는 유전체는 온도가 변화함에 따라 공진 주파수가 일정하게 유지되도록 오프셋 될 수 있다. 일 실시예에서, 내부 볼륨은 실리카와 마이크로스피어(마이크로벌룬(microballoons))의 조합으로 충전된 저 유전 상수(<3.5) 재료를 포함할 수 있어 외부 볼륨과 일치하는 CTE 특성으로 원하는 유전 상수가 달성된다.
일부 실시예에서, 성형은 열가소성 폴리머 또는 열경화성 조성물 및 유전체 재료의 임의의 다른 성분을 포함하는 주사 가능한 조성물을 사출 성형하여 유전체 재료의 적어도 하나의 볼륨을 제공한다. 각 볼륨은 개별적으로 사출 성형한 다음 조립하거나, 제2 볼륨은 제1 볼륨으로 또는 그 위에 성형될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 외부 몰드 형태(outer mold form) 및 내부 몰드 형태(inner mold form)를 갖는 제1 몰드에서 제1 볼륨을 반응 사출 성형하는 단계; 내부 몰드 형태를 제거하고 그것을 제2 볼륨의 내부 치수를 정의하는 제2 내부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 상기 제1 볼륨에서 제2 볼륨을 사출 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 볼륨은 최외측 쉘 V(N)이다. 대안적으로, 상기 방법은 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 제1 볼륨을 사출 성형하는 단계; 외부 몰드 형태를 제거하고 그것을 제2 볼륨의 외부 치수를 정의하는 제2 외부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 제2 볼륨을 제1 볼륨 상에 사출 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 볼륨은 최내측 볼륨 V(1)이다.
주사 가능한 조성물(injectable composition)은 먼저 세라믹 충전제 및 시레인(silane)을 조합하여 충전제 조성물을 형성한 다음 충전제 조성물을 열가소성 폴리머 또는 열경화성 조성물과 혼합함으로써 준비될 수 있다. 열가소성 폴리머의 경우, 폴리머는 세라믹 충전제 및 시레인 중 하나 또는 둘 모두와 혼합되기 전, 후에 또는 도중에 용융될 수 있다. 주사 가능한 조성물은 몰드에서 사출 성형될 수 있다. 사용되는 용융 온도, 사출 온도 및 성형 온도는 열가소성 폴리머의 용융 및 유리 전이 온도(melt and glass transition temperature)에 좌우되며, 예를 들어 150 내지 350℃ 또는 200 내지 300℃일 수 있다. 성형은 65 내지 350 킬로파스칼(kiloPascal)(kPa)의 압력에서 발생할 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 볼륨은 열경화성 조성물을 반응 사출 성형함으로써 준비될 수 있다. 반응 사출 성형은 가교 결합이 제1 성형 볼륨의 용융 특성을 현저하게 변경시킬 수 있기 때문에, 제1 성형 볼륨을 사용하여 제2 성형 볼륨을 성형하는데 특히 적합하다. 반응 사출 성형은 열경화성 조성물을 형성하기 위해 적어도 2 개의 스트림(streams)을 혼합하는 단계, 및 몰드에 열경화성 조성물을 주입하는 단계를 포함 할 수 있으며, 제1 스트림은 촉매(catalyst)를 포함하고, 제2 스트림은 활성화제(activating agent)를 선택적으로 포함한다. 제3 스트림 또는 제2 스트림 및 제1 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 모노머 또는 경화성 조성물(curable composition)을 포함할 수 있다. 제3 스트림 또는 제2 스트림 및 제1 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두가 열경화성 조성물을 주입하기 전에 몰드에 첨가될 수 있다.
예를 들어, 볼륨을 준비하는 방법은 촉매 및 제1 모노머 또는 경화성 조성물을 포함하는 제1 스트림 및 선택적인 활성화제 및 제2 모노머 또는 경화성 조성물을 포함하는 제2 스트림을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 모노머 또는 경화성 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제를 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 제3 스트림으로서 첨가될 수 있으며, 예를 들어 제3 모노머를 추가로 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 제1 및 제2 스트림의 주입 이전에 몰드 내에 있을 수 있다. 하나 이상의 스트림의 도입은 불활성 가스(inert gas), 예를 들어 질소(nitrogen) 또는 아르곤(argon) 하에서 발생할 수 있다.
혼합은 사출 성형 기계의 헤드 스페이스(head space)에서, 또는 인라인 믹서(inline mixer)에서, 또는 몰드로의 주입 중에 발생할 수 있다. 혼합은 0 내지 200 섭씨 온도(degrees Celsius)(℃) 보다 더 크거나 같은 온도, 구체적으로는, 15 내지 130℃ 또는 0 내지 45℃, 더 구체적으로는 23 내지 45 ℃에서 발생할 수 있다.
몰드는 0 내지 250℃ 보다 더 큰 온도, 구체적으로는 23 내지 200℃ 또는 45 내지 250℃, 더 구체적으로는 30 내지 130℃ 또는 50 내지 70℃에서 유지될 수 있다. 몰드를 채우는 데는 0.25 내지 0.5 분이 걸릴 수 있으며, 이 시간 동안, 몰드 온도가 떨어질 수 있다. 몰드가 채워진 후, 열경화성 조성물의 온도는, 예를 들어, 0° 내지 45℃의 제1 온도로부터, 45 내지 250℃의 제2 온도로 증가할 수 있다. 성형은 65 내지 350 킬로파스칼(kiloPascal)(kPa)의 압력에서 발생할 수 있다. 성형은 5와 같거나 더 작은 분동안, 구체적으로는 2와 같거나 작은 분, 더 구체적으로는, 2 내지 30초동안 발생할 수 있다. 중합(polymerization)이 완료된 후, 기판은 몰드 온도에서 또는 감소된 몰드 온도에서 제거될 수 있다. 예를 들어, 방출 온도(release temperature) Tr은 성형 온도(molding temperature) Tm 보다 10°C 작거나 같을 수 있다(Tr = Tm - 10°C).
볼륨이 몰드로부터 제거된 후, 그것은 후-경화될(post-cured) 수 있다. 후-경화는 5분 보다 크거나 같은 동안 100 내지 150°C, 구체적으로는, 140 내지 200°C의 온도에서 경화될 수 있다.
다른 실시예에서, 유전체 볼륨은 임베드된 피쳐 또는 표면 피쳐를 구비한 유전체 재료의 볼륨, 유전체 재료의 볼륨을 형성하기 위해 압축 성형함으로써 형성될 수 있다. 각 볼륨은 개별적으로 압축 성형된 다음 조립될 수 있거나, 제2 볼륨은 제1 볼륨으로, 또는 그 위에 압축 성형될 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 제1 볼륨을 압축 성형하는 단계; 내부 몰드 형태를 제거하고 그것을 제2 볼륨의 내부 치수를 정의하는 제2 내부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 제1 볼륨에서 제2 볼륨을 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서 제1 볼륨은 최외측 쉘 V(N)이다. 대안적으로, 상기 방법은 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 제1 볼륨을 압축 성형하는 단계; 외부 몰드 형태를 제거하고 그것을 제2 볼륨의 외부 치수를 정의하는 제2 외부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 제2 볼륨을 제1 볼륨 상에 압축 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 제1 볼륨은 최내측 볼륨 V(1)일 수 있다.
압축 성형은 열가소성 또는 열경화성 재료와 함께 사용될 수 있다. 몰드 온도와 같은 열가소성 재료의 압축 성형의 조건은 열가소성 폴리머의 용융 및 유리 전이 온도에 의존하며, 예를 들어 150 내지 350℃, 또는 200 내지 300℃ 일 수 있다. 성형은 65 내지 350 킬로파스칼 (kPa)의 압력에서 발생할 수 있다. 성형은 5 보다 작거나 같은 분 동안, 구체적으로는 2 보다 작거나 같은 분, 더 구체적으로는 2 내지 30 초 동안 발생할 수 있다. 열경화성 재료는 B-스테이지 이전에 압축 성형되어 B-명시된 재료(B-stated material) 또는 완전히 경화된 재료를 생산할 수 있으며; 또는 B-스테이지 된 후에 압축 성형될 수 있고, 몰드에서 또는 성형 후에 완전히 경화될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 유전체 볼륨은 미리 설정된 패턴으로 복수의 층을 형성하고 층을 융합함으로써, 즉 3D 프린팅함으로써 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 3D 프린팅은 단일 층(잉크젯 프린팅) 대 복수의 융합된 층(3D 프린팅)의 형성에 의한 잉크젯 프린팅과 구별된다. 층의 총 수는, 예를 들어, 10으로부터 100,000으로의 층, 또는 20 내지 50,000 층, 또는 30 내지 20,000 층과 같이 다양할 수 있다. 미리 결정된 패턴에서의 복수의 층은 융합되어 아티클(article)을 제공한다. 본 명세서에서 "융합된(fused)"은 임의의 3D 프린팅 공정에 의해 형성되고 본딩된 층을 의미한다. 3D 프린팅 중에 복수의 층을 통합, 본딩 또는 강화하는데 효과적인 임의의 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 융합은 층의 각각의 형성 중에 발생한다. 일부 실시예에서, 융합은 후속 층이 형성되는 동안 또는 모든 층이 형성된 후에 발생한다. 미리 설정된 패턴은 당 업계에 공지된 바와 같이 원하는 아티클의 3 차원 디지털 표현으로부터 결정될 수 있다.
3D 프린팅은 임베드된 피쳐 또는 표면 피쳐로서 다른 DRA 구성 요소(들)과 함께 선택적으로, 유전체 볼륨의 신속하고 효율적인 제조를 가능하게 한다. 예를 들어, 프린팅 중에 금속, 세라믹 또는 기타 삽입물을 배치하여 신호 피드, 접지 구성 요소 또는 반사기 구성 요소와 같은 DRA의 구성 요소를 임베드 또는 표면 피쳐로 제공할 수 있다. 대안적으로, 임베드된 피쳐는 볼륨 상에 잉크젯으로 프린팅 또는 3D 프린팅될 수 있고, 추가로 프린팅되거나; 또는 표면 피쳐는 DRA의 최외측 표면 상에 3D 프린팅 또는 잉크젯 프린팅될 수 있다. 또한 적어도 하나의 볼륨을 유전 상수가 1과 3 사이인 재료를 포함하는 컨테이너로, 또는 접지 구조 상에 직접 3D 프린팅하는 것이 가능하다.
제1 볼륨은 제2 볼륨과 별도로 형성될 수 있고, 제1 및 제2 볼륨은, 선택적으로는 그 사이에 배치된 접착 층과 함께, 조립된다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 제2 볼륨이 제1 볼륨에 프린팅될 수 있다. 따라서, 상기 방법은 제1 볼륨을 제공하기 위해 제1 복수의 층을 형성하는 단계; 및 제1 볼륨의 외부 표면에 제2 복수의 층을 형성하여 제1 볼륨에 제2 볼륨을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 볼륨은 최내측 볼륨 V(1)이다. 대안적으로, 상기 방법은 제1 볼륨을 제공하기 위해 제1 복수의 층을 형성하는 단계; 및 제1 볼륨의 내부 표면에 제2 복수의 층을 형성하여 제2 볼륨을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 볼륨은 최내측 볼륨 V(N)이다.
예를 들어, 융합된 증착 모델링(fused deposition modeling)(FDM), 선택적 레이저 소결(selective laser sintering)(SLS), 선택적 레이저 용융(selective laser melting)(SLM), 전자 빔 용융(electronic beam melting)(EBM), 빅 에어리어 첨가제 제조(Big Area Additive Manufacturing)(BAAM), ARBURG 플라스틱 자유 가공 기술(ARBURG plastic free forming technology), 라미네이티드 물체 제조(laminated object manufacturing)(LOM), 펌핑 증착(pumped deposition)(예를 들어, http://nscrypt.com/micro-dispensing에서 설명한대로, 제어된 페이스트 압출(controlled paste extrusion)이라고도 함) 또는 기타 3D 프린팅 방법이 사용될 수 있다. 3D 프린팅은 프로토타입(prototypes)의 제작이나 생산 과정에서 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 볼륨 또는 DRA는 3D 또는 잉크젯 프린팅에 의해서만 제조되어, 유전체 볼륨 또는 DRA를 형성하는 방법은 압출, 성형 또는 라미네이션 공정이 없다.
재료 압출 기술(Material extrusion techniques)은 열가소성 수지(thermoplastics)에 특히 유용하며, 복잡한 피쳐를 제공하는데 사용될 수 있다. 재료 압출 기술은 ASTM F2792-12a에 설명된 다른 것들뿐만 아니라, FDM, 펌핑된 증착(pumped deposition) 및 융합된 필라멘트 제조(fused filament fabrication)와 같은 기술을 포함한다. 융합된 재료 압출 기술에서, 아티클은 층을 형성하도록 증착될 수 있는 유동성 상태(flowable state)로 열가소성 재료를 가열함으로써 생산될 수 있다. 층은 x-y 축에서 미리 결정된 형상 및 z-축에서 미리 결정된 두께를 가질 수 있다. 유동성 재료는 상술한 바와 같이 로드(roads), 또는 특정 프로파일을 제공하기위한 다이(die)를 통해 증착될 수 있다. 층은 증착될 때 냉각되고 응고된다. 후속하는 용융된 열가소성 재료의 층은 이전에 증착된 층에 융합되고, 온도가 떨어지면 고형화된다. 다수의 후속 층의 밀어냄(Extrusion)은 원하는 형태를 빌드한다. 특히, 아티클은 층을 형성하기 위해 x-y 평면에서 기판에 하나 이상의 로드로서 유동성 재료를 증착시킴으로써 아티클의 3 차원 디지털 표현으로부터 형성될 수 있다. 기판에 대한 디스펜서(dispenser)(예컨대, 노즐(nozzle))의 위치는 (x-y 평면에 수직인) z-축을 따라 증분되고(incremented), 공정은 이어서 디지털 표현으로부터 아티클을 형성하기 위해 반복된다. 따라서, 분배된 재료는 "성형 재료"뿐만 아니라 "빌드 재료"로도 지칭된다.
일부 실시예에서, 층은 2 개 이상의 노즐로부터 압출되고, 각각은 상이한 조성물을 압출한다. 다수의 노즐이 사용되는 경우, 상기 방법은 단일 노즐을 사용하는 방법보다 더 신속하게 제품 물체(product objects)를 생산할 수 있고, 상이한 폴리머 또는 폴리머, 상이한 색상 또는 질감 등의 블렌드(blends)를 사용하는 관점에서 유연성을 증가시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 단일 층의 특성 또는 조성물은 2 개의 노즐을 사용하여 증착 동안 변화될 수 있거나, 또는 2 개의 인접한 층의 특성 또는 조성물 특성이 변화될 수 있다. 예를 들어, 하나의 층은 유전체 충전제의 높은 볼륨 퍼센트를 가질 수 있고, 후속 층은 유전체 충전제의 중간 볼륨을 가질 수 있고, 그 다음 층은 유전체 충전제의 낮은 부피 퍼센트를 가질 수 있다.
재료 압출 기술은 열경화성 조성물의 증착에 추가로 사용될 수 있다. 예를 들어, 적어도 2 개의 스트림이 혼합 및 증착되어 층을 형성할 수 있다. 제1 스트림은 촉매를 포함할 수 있고 제2 스트림은 선택적으로 활성화제를 포함할 수 있다. 제3 스트림 또는 제2 스트림 및 제1 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 모노머 또는 경화성 조성물(예컨대, 수지)을 포함할 수 있다. 제3 스트림 또는 제2 스트림 및 제1 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 유전체 충전제 및 첨가제 중 하나 또는 둘 모두가 열경화성 조성물을 주입하기 전에 몰드에 첨가될 수 있다.
예를 들어, 볼륨을 준비하는 방법은 촉매 및 제1 모노머 또는 경화성 조성물을 포함하는 제1 스트림과 선택적 활성화제 및 제2 모노머 또는 경화성 조성물을 포함하는 제2 스트림을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 또는 경화성 조성물은 동일하거나 상이할 수 있다. 제1 스트림 및 제2 스트림 중 하나 또는 둘 모두는 유전체 충전제를 포함할 수 있다. 유전체 충전제는 제3 스트림으로서 첨가될 수 있으며, 예를 들어 제3 모노머를 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 스트림의 증착은 불활성 가스, 예를 들어 질소(nitrogen) 또는 아르곤(argon) 하에서 발생할 수 있다. 혼합은 증착 이전에, 인라인 믹서(inline mixer)에서, 또는 층의 증착 중에 발생할 수 있다. 전체 또는 부분 경화(폴리머리제이션(polymerization) 또는 가교 결합)는 증착 이전, 층의 증착 중, 또는 증착 후에 개시될 수 있다. 일 실시예에서, 부분 경화는 층의 증착 이전 또는 도중에 개시되고, 전체 경화는 층의 증착 후에 또는 볼륨을 제공하는 복수의 층의 증착 후에 개시된다.
일부 실시예에서, 당해 기술 분야에 공지된 바와 같은 지지 재료(support material)는 지지 구조를 형성하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 이들 실시예에서, 빌드 재료 및 지지 재료는 아티클의 제조 중에 선택적으로 분배되어 아티클 및 지지 구조를 제공할 수 있다. 지지 재료는 지지 구조의 형태로 존재할 수 있는데, 예를 들면, 층화 공정(layering process)이 원하는 정도로 완료될 때 기계적으로 제거되거나 씻겨 버릴(washed away) 수 있는 스캐폴딩(scaffolding)이 존재할 수 있다.
미리 설정된 패턴으로 연속 층을 형성하기 위해 선택적 레이저 소결(SLS), 선택적 레이저 용융(SLM), 전자 빔 용융(EBM) 및 바인더(binder) 또는 용제의 파우더 베드 제팅(powder bed jetting)과 같은 스테레오리소그래피 기술(Stereolithographic techniques)은 또한 사용될 수 있다. 스테레오리소그래피 기술은 열경화성 조성물에 특히 유용하며, 각 층을 폴리머라이징(polymerizing) 또는 가교 결합시킴으로써 층-바이-층 축적(layer-by-layer buildup)이 발생할 수 있기 때문이다.
유전체 공진기 안테나 또는 어레이 또는 그 구성 요소의 제조를 위한 또 다른 방법에서, 제2 볼륨은 제1 볼륨의 표면에 유전체 조성물을 도포함으로써 형성될 수 있다. 도포는 예를 들어 딥-코팅, 스핀 캐스팅, 분무, 솔질, 롤 코팅, 또는 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 의한 코팅, 캐스팅 또는 분무에 의한 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 제1 볼륨이 기판에 형성되고, 마스크가 도포되며, 제2 볼륨을 형성하기 위한 유전체 조성물이 도포된다. 이 기술은 제1 볼륨이 최내측 볼륨 V(1)이고 기판이 안테나 어레이의 제조에 직접 사용되는 접지 구조 또는 다른 기판인 경우에 유용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 유전체 조성물은 열가소성 폴리머 또는 열경화성 조성물을 포함할 수 있다. 열가소성은 적합한 용제에 용해되거나 용융될 수 있다. 열경화성 조성물은 용제에 용해되거나, 액체 열경화성 조성물일 수 있다. 용제는 열, 공기 건조, 또는 다른 기술에 의해 유전체 조성물을 도포한 후에 제거될 수 있다. 열경화성 조성물은 제2 볼륨을 형성하기 위해 도포한 후에 B-스테이지화되거나, 완전히 폴리머라즈되거나 경화될 수 있다. 폴리머리제이션 또는 경화는 유전체 조성물을 도포하는 동안 개시될 수 있다.
유전체 조성물의 성분은 원하는 특성, 예를 들면 유전 상수를 제공하도록 선택된다. 일반적으로, 제1 및 제2 유전체 재료의 유전 상수는 상이하다.
일부 실시예에서, 제1 볼륨은 최내측 볼륨 V(1)이고, 모든 후속 볼륨을 포함하는 하나 이상은 전술한 바와 같이 도포된다. 예를 들어, 최내측 볼륨 V(1)에 후속하는 모든 볼륨은, 유전체 조성물을 제1 볼륨에 도포하는 것으로부터 시작하여, 유전체 조성물을 각 볼륨 V(i)의 아래에 있는 것에 순차적으로 도포함으로써 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수의 볼륨 중 하나만이 이러한 방식으로 도포된다. 예를 들어, 제1 볼륨은 볼륨 V(N-1)일 수 있고 제2 볼륨은 최외측 볼륨 V(N)일 수 있다.
본 명세서에 제공된 도면들 중 몇 개가 특정 치수를 나타내지만, 언급된 치수는 관련 분석적으로 모델링된 실시예에 대해서만 비-제한적인 예시적인 목적으로 제공되는 것으로 이해될 것이며, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 다른 치수는 고려된다.
본 명세서에 개시된 예시적인 실시예에 대한 비-제한적인 참조인 추가 예시로서, 본 명세서에 제공된 일부 도면들은 중앙에 배열된 신호 피드 또는 축 방향으로 오프셋 된 신호 피드를 갖는 평평한 상단을 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨을 도시하고, 여기서 복수의 유전체 재료의 볼륨의 z-축 단면은 타원형 형태인 반면, 다른 도면은 신호 피드를 위한 특정 위치가 없는 반구형 또는 돔-형태의 상단을 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨을 도시하고, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 z-축 단면은 원형 또는 타원형 형태인 반면, 다른 도면은 DRA(본 명세서에 개시된 임의의 DRA로 이해되는)를 둘러싸는 펜스/반사기를 도시하고, 다른 도면은 예를 들어, 도 20을 참조하면, 복수의 유전체 재료의 볼륨을 일반적인 의미로 도시한다. 전술한 모든 것으로부터, 하나의 도면 또는 도면들의 세트에 도시된 실시예로부터의 특정 특징(예를 들어, 유전체 재료의 층/볼륨의 수, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 외부 형태, 신호 피드의 위치, 복수의 유전체 재료의 볼륨의 단면 형태, 또는 펜스/반사기의 존재 도는 부재)는 이러한 특징들을 구체적으로 도시하지 않은 다른 도면들 또는 도면들의 세트에 도시된 실시예들에서 이용될 수 있으며, 이러한 조합들이 대안적인 실시예의 완전한 매트릭스에 이러한 모든 특징들을 구체적으로 설명하지 않고서 본 명세서에 명확하고 간결하게 개시되는 것으로 이해하도록 당업자를 위한 설명을 제공하기 위해 본 명세서에 개시된 특징들의 조합의 수가 철저하고 불필요하기 때문인 것으로 이해할 수 있다. 임의의 및 모든 이러한 조합은 본 명세서에서 고려되고, 첨부된 청구 범위에 제시된 청구된 발명의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
DRA 또는 DRA의 어레이와 관련된 피쳐의 특정 조합이 본 명세서에 개시되었지만, 이들 특정 조합은 단지 설명 목적을 위한 것이며, 이들 피쳐들의 임의의 또는 단지 일부의 임의의 조합이, 동등하게 또는 분명하게, 개별적으로 또는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 피쳐들과 함께 조합으로, 임의의 조합으로, 및 모두 일 실시예에 따라, 이용될 수 있다. 임의의 및 모든 이러한 조합이 본 명세서에 고려되고, 개시된 방명의 범위 내로 간주된다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 바와 같은, 접지 구조, 신호 피드 및/또는 펜스가 부재하는, 본 명세서에 개시된 복수의 유전체 재료의 볼륨은, 전자 필터 또는 공진기로서 유용할 수 있다. 이러한 필터 또는 공진기 구조체, 또는 본 명세서에 개시된 복수의 유전체 재료의 볼륨의 유용한 임의의 다른 장치는 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되고 간주된다.
상술한 관점에서, 본 명세서에 개시된 일부 실시예는 다음의 이점들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 마이크로파 및 밀리미터 파 애플리케이션에서 광대역 및 고 이득 어레이에 적합한 다중 층 유전체 설계; 3D 프린팅 제조 공정에 사용하기에 적합한 다층 유전체 설계; 95%보다 더 높을 수 있는 효율을 가진 초 고밀도 다층 설계; 완전한 마이크로파 및 밀리미터 주파수 범위에서 전통적인 패치 안테나를 대체할 수 있는 다층 설계; 단일 셀(단일 DRA)의 이득은 8dB 만큼 심지어 그 이상으로 높을 수 있음; 50% 대역폭 또는 더 크게 달성할 수 있는 DRA; 다중 층에 사용된 재료의 유전 상수에 따라 최적화된 공진기 형태를 설계할 수 있는 능력; 및, 접지 변형을 포함하여 단일 셀의 이득을 균형 잡기 위해 다양한 기술을 사용할 수 있는 능력.
특정한 치수 값 및 유전 상수 값이 특정 DRA와 관련하여 본 명세서에서 설명되었지만, 이들 값은 설명의 목적일 뿐이며, 본 명세서에 개시된 목적에 적합한 임의의 이러한 값은 본 명세서에 개시된 발명의 범위를 손상시키지 않고 이용될 수 있다는 것으로 이해할 것이다.
본 명세서에 개시된 모든 범위는 엔드포인트(endpoints)를 포함하고, 엔드포인트는 서로 독립적으로 조합될 수 있다. "조합(Combinations)"은 블렌드(blends), 혼합물(mixtures), 합금(alloys), 반응 생성물(reaction products) 등을 포함한다. "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서, 양 또는 중요성을 나타내지 않고, 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다. "일(a)"및 "일(an)" 및 "상기(the)"의 용어는 양의 제한을 나타내지 않으며, 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "또는"은 달리 명시하지 않는 한 "또는"을 의미한다.
안테나와 관련된 피쳐들의 특정 조합이 본 명세서에 설명되었지만, 이들 특정 조합은 단지 설명의 목적일 뿐이며, 이들 피쳐들 중 임의의 조합은, 일 실시예에 따라 모두, 임의의 조합으로, 본 명세서에 개시된 피쳐들 중 임의의 조합으로 또는 개별적으로, 명시적으로 또는 등가적으로 이용될 수 있다. 임의의 및 모든 그러한 조합이 본 명세서에서 고려되며, 본 개시의 범위 내에서 고려된다.
전술한 것을 모두 고려하여, 본 발명의 실시예는 다음 실시예를 포함하는 것으로 이해될 것이다.
실시예-1: 유전체 공진기 안테나(DRA)는: 전기적 전도성 접지 구조; i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 갖는 상기 접지 구조에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -; 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되도록 배치되고 구조화되는 신호 피드를 갖는다.
실시예-2: 실시예-1의 DRA에 있어서, 각각의 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 완전히 100% 임베드하는 적층 쉘을 형성한다.
실시예-3: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)를 완전히 100% 임베드한다.
실시예-4: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 상기 신호 피드는 상기 접지 구조와 비-전기 접촉하는 상기 접지 구조의 오프닝 내에 배치되고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 내에 배치된다.
실시예-5: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 상기 신호 피드 상의 전기 신호에 의해 여기될 때 상기 DRA는 3D 방사 패턴 내의 단일 포인트에서 각각 수축 가능한 폐쇄 루프 경로들의 패밀리에 의해 정의되는 단일 요소 호모토피 그룹에 대응하는 위상 공간을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴을 생산하도록 구성된다.
실시예-6: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 상기 신호 피드 상의 전기 신호에 의해 여기될 때 상기 DRA는 단일 포인트에서 수축 가능하지 않은 폐쇄 루프 경로의 패밀리에 의해, 및 단일 포인트에서 수축 가능한 폐쇄 루프 경로의 패밀리에 의해 정의되는 두-요소 호모토피 그룹에 대응하는 위상 공간을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴을 생산하도록 구성된다.
실시예-7: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수 ε(i)를 갖는다, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따른다: ε(i+1)*V(i+1)
Figure pct00056
ε(i)*V(i); ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00057
공기의 유전 상수.
실시예-8: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수 ε(i)를 갖는다, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따른다: ε(i)*V(i)
Figure pct00058
C(f); C(f)는 주어진 주파수에서 상수이고; ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00059
공기의 유전 상수.
실시예-9: 유전체 공진기 안테나(DRA)는: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 갖는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -을 포함하고; 전기 신호를 통해 여기될 때 상기 DRA는 3D 방사 패턴 내의 단일 포인트에서 각각 수축 가능한 폐쇄 루프 경로들의 패밀리에 의해 정의되는 단일 요소 호모토피 그룹에 대응하는 위상 공간을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴을 생산하도록 구성된다.
실시예-10: 유전체 공진기 안테나(DRA)는: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -을 포함하고; 전기 신호를 통해 여기될 때 상기 DRA는 단일 포인트에서 수축 가능하지 않은 폐쇄 루프 경로의 패밀리에 의해, 및 단일 포인트에서 수축 가능한 폐쇄 루프 경로의 패밀리에 의해 정의되는 두-요소 호모토피 그룹에 대응하는 위상 공간을 점유하는 파 필드 3D 방사 패턴을 생산하도록 구성된다.
실시예-11: 유전체 공진기 안테나(DRA)는: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -을 포함하고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수 ε(i)를 갖고, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따름: ε(i+1)*V(i+1)
Figure pct00060
ε(i)*V(i); ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00061
공기의 유전 상수.
실시예-12: 유전체 공진기 안테나(DRA)는: i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -을 포함하고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 각 적층 볼륨은 유전 상수 ε(i)를 갖고, 상기 유전 상수 및 상기 각 개별 층의 볼륨은 다음의 관계식에 따름: ε(i)*V(i)
Figure pct00062
C(f); C(f)는 주어진 주파수에서 상수이고; ε(1)*V(1)를 제외하고, ε(1)
Figure pct00063
공기의 유전 상수.
실시예-13: 실시예 9-12 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 전기적 전도성 접지 구조; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되도록 배치되고 구조화되는 신호 피드; 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 접지 구조에 배치된다.
실시예-14: 실시예 13의 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 상기 접지 구조와 비-전기 접촉하는 상기 접지 구조의 오프닝 내에 배치되고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 내에 배치된다.
실시예-15: 실시예 1-14 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 제1 볼륨 V(1)은 수직으로 지향된 적어도 부분적으로 타원 형태를 갖는다.
실시예-16: 실시예 15의 DRA에 있어서: 상기 제1 볼륨 V(1)의 수직으로 지향된 적어도 부분적으로 타원 형태는 상기 복수의 볼륨의 중심 z-축에 대해 축 방향으로 정렬된다.
실시예-17: 실시예 1-16 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 제1 볼륨 V(1)은 공기와 같은 유전 상수를 갖는다.
실시예-18: 실시예 1-17 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 주변에서의 주변 기하학적 경로는 상기 주변 기하학적 경로에서 TM 방사 모드를 지원하는 유전 상수를 갖고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 내의 중심 기하학적 경로는 상기 중심 기하학적 경로에서 상기 TM 방사 모드를 억제하는 유전 상수를 갖는다.
실시예-19: 실시예 18의 DRA에 있어서: 상기 중심 기하학적 경로에서의 상기 TM 방사 모드는 완전히 억제된다.
실시예-20: 실시예 1-19 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 TE 반 파장 공진에 의해 정의되는 제1 경로 길이를 갖는 제1 전기적 경로를 갖고, TM 반 파장 공진에 의해 정의되는 제2 경로 길이를 갖는 제2 기하학적 경로를 갖고, 상기 제1 경로 길이에 대한 상기 제2 경로 길이의 비율은 1.6 보다 크거나 같다.
실시예-21: 실시예 20의 DRA에 있어서: 상기 TE 반 파장 공진은
Figure pct00064
에 의해 정의되며, R은 상기 DRA의 전체 높이이고, εr은 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 외부 주변에서의 상대 유전율이고; 상기 TM 반 파장 공진은
Figure pct00065
에 의해 정의되며, εair는 공기의 유전율(permittivity)이다.
실시예-22: 실시예 1-8 및 13 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 상기 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1) 내에 배치 및 전자기적으로 결합되고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 상기 신호 피드의 종축에 대해 중앙으로 배치되고 평행한 중심 종축을 갖고, 상기 신호 피드의 종축은 상기 접지 구조에 수직이다.
실시예-23: 실시예 1-8 및 13 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 상기 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)과 다른 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 내에 배치 및 전자기적으로 결합된다.
실시예-24: 실시예 1-8, 13 및 23 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되고 평행한 중심 종축을 가지며, 각 중심 종축은 상기 접지 구조에 수직이다.
실시예-25: 실시예 1-8, 13 및 23 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로에 대해 동일한 측 방향으로 측 방향 시프트되고 평행한 중심 종축을 가지며, 각 중심 종축은 상기 접지 구조에 수직이다.
실시예-26: 실시예 1-8, 13 및 23 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 갖는 상기 접지 구조에 배치되는 컨테이너를 더 갖고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 컨테이너 내에 임베드되며; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되고 평행한 중심 종축을 가지며, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 컨테이너의 중심 종축에 대하여 측 방향으로 중앙으로 시프트되고, 각 중심 종축은 상기 접지 구조에 수직이다.
실시예-27: 실시예 1-8, 13 및 23 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 포함하는 상기 접지 구조에 배치되는 컨테이너를 더 갖고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 컨테이너 내에 임베드되고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은, 상기 컨테이너의 종축에 대해, 및 서로에 대해 중앙으로 배치되는 중심 종축을 갖고 - 각 종축은 상기 접지 구조에 수직임 -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 외부 볼륨 V(N)은 비대칭 형태를 갖는다.
실시예-28: 실시예 1-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는다.
실시예-29: 실시예 1-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 V((N+1)/2)에서의 상대적 최대값으로, V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖고, N은 홀수 정수이다.
실시예-30: 실시예 28-29 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 제1 상대적 최소값은 상기 제2 상대적 최소값과 같다.
실시예-31: 실시예 1-8, 13 및 22-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 상기 신호 피드에 축 방향으로 중심에 있고 축 방향으로 서로 중심에 있는 원통형 형태의 단면(cylindrical shaped cross section)을 갖는다.
실시예-32: 실시예 1-8, 13 및 22-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 상기 신호 피드에 축 방향으로 중심에 있고 축 방향으로 서로 중심에 있는 타원형 형태의 단면(elliptical shaped cross section)을 갖는다.
실시예-33: 실시예 1-8, 13 및 22-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 원통형 형태를 갖는다.
실시예-34: 실시예 1-8, 13 및 22-27 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 타원형 형태를 갖는다.
실시예-35: 실시예 1-8, 13 및 23 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 상기 유전체 재료의 제2 볼륨 V(2) 내에 배치되고 전자기적으로 결합된다.
실시예-36: 실시예 1-8 및 13 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨 및 상기 임베드된 신호 피드는 아치를 형성하고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 아치형 볼륨은 상기 접지 평면에 배치되는 상기 개별 아치형 볼륨의 두 단부(ends)를 갖는다.
실시예-37: 실시예 1-8 및 13 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 상기 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1) 내에 배치되고 전자기적으로 결합되고; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 반구형 형태를 갖고; 및 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 갖는 상기 접지 구조에 배치되는 컨테이너를 더 포함하며 - 상기 컨테이너는 반구형 형태를 갖음 -; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 컨테이너 내에 임베드되며; 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 서로에 대해 중앙으로 배치되는 천정 축을 가지며, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 컨테이너의 천정 축에 대해 측 방향으로 중앙으로 시프트되고; 및 상기 신호 피드는 상기 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1) 내에서 아치형이 되고 상기 제1 볼륨 V(1)의 천정 축으로부터 중심을 벗어나 상기 제1 볼륨 V(1)으로 들어간다(enters the first volume V(1) off center from the zenith axis of the first volume V(1)).
실시예-38: 실시예 25의 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 그것의 개별 중심 종축에 길이 방향으로 지향된 연장된 돔 형태를 갖고; 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 주위에 원주 방향으로 배치되고, 상기 접지 구조의 파트(part of the ground structure)를 형성하고 전기적으로 연결하는 전기적 전도성 펜스를 더 포함한다.
실시예-39: 실시예 38의 DRA에 있어서: 상기 유전체 재료의 제1 볼륨 V(1)은 상기 전기적 전도성 펜스의 원주의 중심에 대해 중앙으로 배치된다.
실시예-40: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 각 볼륨은 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 인접한 볼륨과 직접적으로 밀접하게 접촉한다.
실시예-41: 실시예 1-8, 13, 22-27 및 31-39 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 신호 피드는 구리 와이어, 동축 케이블, 마이크로스트립, 도파관, 표면 일체형 도파관, 또는 전도성 잉크를 포함한다.
실시예-42: 실시예 1-8, 13, 22-27, 31-39 및 41 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 주위에 원주 방향으로 배치되고, 상기 접지 구조의 파트를 형성하고 전기적으로 연결하는 전기적 전도성 펜스를 더 포함한다.
실시예-43: 임의의 이전 실시예에 따른 DRA에 있어서: N은 5와 같다.
실시예-44: DRA 어레이는: x 바이 y 어레이 패턴으로 임의의 이전 실시예에 따른 복수의 DRA(plurality of DRA's)를 포함하고, 여기서 x 및 y는 정수이다.
실시예-45: 실시예 44의 DRA 어레이는: x는 y와 같다.
실시예-46: 실시예 1-8, 13, 22-27, 31-39 및 41-42 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 내에 배치된 하나 이상의 재료의 볼륨 V(A)를 더 갖고, 상기 볼륨 V(A)는 상기 신호 피드와 정반대로 배치되고, 상기 신호 피드가 안에 또는 신호 통신 상태로 배치되는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 동일한 볼륨 V(i)에 적어도 부분적으로 임베드되고, 상기 볼륨 V(A)는 적어도 부분적으로 임베드되는 상기 볼륨 V(i) 보다 더 작은 볼륨을 갖고, 상기 볼륨 V(A)는 적어도 부분적으로 임베드되는 상기 볼륨 V(i)의 유전 상수와 다른 유전 상수를 갖는다.
실시예-47: 실시예 46에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 임베드되는 상기 볼륨 V(i)에 완전히 100% 임베드된다.
실시예-48: 실시예 46-47 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 상기 접지 구조에 배치된다.
실시예-49: 실시예 46-48 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 높이의 10분의 1 보다 더 크거나 같고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 높이의 3분의 1 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는다.
실시예-50: 실시예 46-49 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 임베드되는 상기 볼륨 V(i)의 유전 상수 보다 더 큰 유전 상수를 갖는다.
실시예-51: 실시예 46-49 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 금속 포스트(metal post)이다.
실시예-52: 실시예 46-49 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 공기이다.
실시예-53: 실시예 46-52 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 볼륨 V(A)는 볼륨 V(2)에 임베드된다.
실시예-54: 실시예 38, 39 및 42 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 전기적 전도성 펜스는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 3배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는다.
실시예-55: 실시예 38, 39 및 42 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 전기적 전도성 펜스는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.8배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는다.
실시예-56: 실시예 38, 39, 42, 54 및 55 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 전기적 전도성 펜스는 적어도 하나의 정렬 피쳐(alignment feature)를 제공하는 불균일한 인테리어 형태를 갖고; 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨은 상기 펜스의 적어도 하나의 정렬 피쳐 및 불균일한 인테리어 형태를 보완하는 보완적인 익스테리어 형태를 가져, 상기 펜스 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨이 적어도 하나의 정렬 피쳐를 통해 서로에 대해 정의 및 고정된 정렬을 갖는다.
실시예-57: 실시예 1-8, 13, 22-27, 31-39, 41-42 및 46-56 중 어느 하나에 따른 DRA에 있어서: 상기 제1 볼륨 V(1)은 상부 부분 및 하부 부분을 갖고, 상기 하부 부분은 상기 상부 부분 보다 더 넓다.
실시예-58: 실시예 57에 따른 DRA에 있어서: 상기 상부 부분은 수직으로 지향된 적어도 부분적 타원 형태를 갖고, 상기 하부 부분은 적어도 부분적 타원 형태로부터 상기 접지 구조로 좁음에서 넓음으로 전이하는 테이퍼 형태를 갖는다(the lower portion has a tapered shape that transitions narrow-to-wide from the at least partial ellipsoidal shape to the ground structure).
실시예-59: 실시예 58에 따른 DRA에 있어서: 상기 테이퍼 형태의 높이는 상기 볼륨 V(1)의 높이의 10분의 1 보다 더 크거나 같고, 상기 볼륨 V(1)의 높이의 2분의 1 보다 더 작거나 같다.
실시예-60: 실시예 1-8, 13, 22-27,31-39,41-42 및 46-59 중 어느 하나에 따른, 상기 DRA의 어레이, 또는 DRA의 제조를 위한 방법에 있어서, 상기 방법은: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨, 또는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 모든 볼륨을 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-61: 실시예 60의 상기 방법에 있어서, 상기 적어도 하나의 볼륨은 상기 신호 피드 또는 상기 접지 구조를 제공하기 위해 전기적 전도성 금속 삽입물(electrically conductive metal insert) 상에 성형된다.
실시예-62: 실시예 60-61 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 최외측 볼륨 V(N)의 외부 몰드 부분으로 금속 층을 삽입하는 단계, 및 상기 최외측 볼륨 V(N)에 상기 접지 구조 또는 상기 신호 피드를 제공하도록 상기 금속 층 상에 상기 최외측 볼륨 V(N)을 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-63: 실시예 60-62 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 일 볼륨 상에 피쳐를 잉크젯 프린팅 또는 3D 프린팅하는 단계를 더 포함한다.
실시예-64: 실시예 60-63 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨은 세라믹(ceramic)을 갖는 몰드 삽입물(mold insert)에 성형된다.
실시예-65: 실시예 60-64 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨은 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 갖는 컨테이너에 또는 상기 접지 구조 상에 성형된다.
실시예-66: 실시예 60-65 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 성형하는 단계는 제1 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 제1 볼륨, 및 상기 제1 몰드와 다른 제2 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 제2 볼륨을 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-67: 실시예 66의 상기 방법에 있어서, 상기 제2 볼륨의 표면에 상기 제1 볼륨의 표면을 고착시키는 단계를 더 포함한다.
실시예-68: 실시예 60-65 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 제1 볼륨을 성형하는 단계, 및 상기 제1 볼륨 상에 또는 상기 제1 볼륨으로(into or onto the first volume) 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 제2 볼륨을 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-69: 실시예 60-68 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨을 사출 성형하는(injection molding) 단계를 포함한다.
실시예-70: 실시예 69의 상기 방법에 있어서: 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 사출 성형하는 단계; 상기 내부 몰드 형태를 제거하고, 그것을 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨의 내부 치수를 정의하는 제2 내부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 상기 제1 볼륨에 상기 제2 볼륨을 사출 성형하는 단계를 더 포함한다.
실시예-71: 실시예 70의 상기 방법에 있어서: 상기 제1 볼륨은 상기 최외측 볼륨 V(N)이다.
실시예-72: 실시예 69의 상기 방법에 있어서: 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 사출 성형하는 단계; 상기 외부 몰드 형태를 제거하고, 그것을 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨의 외부 치수를 정의하는 제2 외부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 상기 제1 볼륨 상에 상기 제2 볼륨을 사출 성형하는 단계를 더 포함한다.
실시예-73: 실시예 72의 상기 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최내측 볼륨 V(1)이다.
실시예-74: 실시예 69-73 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 사출 성형하는 단계는: 경화성 조성물, 및 상기 조성물을 경화시키는데 효과적인 촉매 시스템(catalyst system)을 포함하는 열경화성 조성물(thermosetting composition)을 사출 성형하는 단계; 및 상기 경화성 조성물을 경화시켜 적어도 하나의 볼륨을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예-75: 실시예 60-68 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨을 압축 성형하는(compression molding) 단계를 포함한다.
실시예-76: 실시예 75의 상기 방법에 있어서, 상기 압축 성형하는 단계는: 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 압축 성형하는 단계; 상기 내부 몰드 형태를 제거하고, 그것을 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨의 내부 치수를 정의하는 제2 내부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 상기 제1 볼륨에 상기 제2 볼륨을 사출 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-77: 실시예 76의 상기 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최외측 볼륨 V(N)이다.
실시예-78: 실시예 76의 상기 방법에 있어서, 상기 압축 성형하는 단계는: 외부 몰드 형태 및 내부 몰드 형태를 갖는 제1 몰드에서 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 압축 성형하는 단계; 상기 외부 몰드 형태를 제거하고, 그것을 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨의 외부 치수를 정의하는 제2 외부 몰드 형태로 대체하는 단계; 및 상기 제1 볼륨 상에 상기 제2 볼륨을 압축 성형하는 단계를 포함한다.
실시예-79: 실시예 77의 상기 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최내측 볼륨 V(1)이다.
실시예-80: 1-8, 13, 22-27, 31-39, 41-42 및 46-59 중 어느 한 항에 따른, 상기 DRA의 어레이, 또는 상기 DRA의 제조를 위한 방법에 있어서, 상기 방법은: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨을 제공하기 위해 미리 설정된 패턴에서의 유전체 조성물을 포함하는 복수의 융합된 층을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예-81: 실시예 80의 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 융합된 층은 상기 접지 구조 또는 상기 신호 피드를 제공하는 전기적 전도성 금속 구성 요소(electrically conductive metal component) 상에 형성된다.
실시예-82: 실시예 80-81 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 융합된 층의 층 상에 금속 구성 요소를 프린팅하는 단계를 더 포함한다.
실시예-83: 실시예 82의 상기 방법에 있어서, 상기 프린팅은 상기 최외측 볼륨 V(N)에 상기 접지 구조 또는 상기 신호 피드를 제공하도록 상기 최외측 볼륨 V(N)에 있다.
실시예-84: 실시예 80-83 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 적어도 하나의 볼륨은 1과 3 사이의 유전 상수를 갖는 재료를 포함하는 컨테이너에, 또는 상기 접지 구조 상에 형성된다.
실시예-85: 실시예 80-84 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨과 별개로 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 형성하는 단계를 더 포함한다.
실시예-86: 실시예 85의 상기 방법에 있어서, 상기 제2 볼륨의 표면에 상기 제1 볼륨의 표면을 고착시키는 단계를 더 포함한다.
실시예-87: 실시예 80-86 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서: 상기 복수의 유전체의 볼륨 중 제1 볼륨을 제공하도록 제1 복수의 융합된 층(first plurality of fused layers)을 형성하는 단계; 및 상기 제1 볼륨에 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨을 제공하도록 상기 제1 볼륨의 외부 표면에 제2 복수의 융합된 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
실시예-88: 실시예 87의 상기 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최내측 볼륨 V(1)이다.
실시예-87: 실시예 80-86 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서: 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 제공하도록 제1 복수의 융합된 층을 형성하는 단계; 및 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨을 제공하도록 상기 제1 볼륨의 내부 표면에 제2 복수의 융합된 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
실시예-90: 실시예 89의 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최외측 볼륨 V(N)이다.
실시예-91: 실시예 80-90 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 복수의 융합된 층 중 적어도 하나의 층을 형성하는 동안, 또는 상기 복수의 융합된 층 중 2 개의 인접한 층을 형성하는 동안 상기 유전체 조성물을 변경하는 단계를 더 포함한다.
실시예-92: 실시예 80-91 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 유전체 조성물은 열가소성 폴리머(thermoplastic polymer)를 포함한다.
실시예-93: 실시예 80-91 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 유전체 조성물은 열경화성 조성물(thermosetting composition)를 포함한다.
실시예-94: 실시예 93의 방법에 있어서, 상기 복수의 융합된 층을 형성하기 전 또는 동안에 상기 열경화성 조성물의 가교(crosslinking) 또는 폴리머리제이션(polymerization)을 개시하는 단계를 더 포함한다.
실시예-95: 실시예 93의 방법에 있어서, 상기 복수의 융합된 층을 형성한 후 상기 열경화성 조성물의 가교 결합 또는 폴리머리제이션을 개시하는 단계를 더 포함한다.
실시예-96: 실시예 1-59 중 어느 하나에 따른, 상기 DRA의 어레이, 또는 상기 DRA의 제조를 위한 방법에 있어서, 상기 방법은: 제1 유전 상수를 갖는 제1 유전체 재료로부터 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제1 볼륨을 형성하는 단계; 및 제2 유전 상수를 갖는 제2 유전체 재료로 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 제2 볼륨을 제공하기 위해 상기 제1 볼륨의 표면에 유전체 조성물을 도포하는 단계를 포함한다.
실시예-97: 실시예 96의 상기 방법에 있어서, 상기 도포하는 단계는 딥-코팅(dip-coating), 분무(spraying), 솔질(brushing), 롤 코팅(roll coating), 또는 전술한 것들 중 적어도 하나를 포함하는 조합에 의한 것이다.
실시예-98: 실시예 96-97 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 유전체 조성물은 용제에 용해된 열가소성 폴리머, 또는 열가소성 폴리머를 포함한다.
실시예-99: 실시예 96-97 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 유전체 조성물은 용제에서의 열경화성 조성물, 또는 액체 열경화성 조성물을 포함한다.
실시예-100: 실시예 99의 상기 방법에 있어서, 상기 도포 동안 또는 후에 상기 열경화성 조성물을 경화 또는 폴리머라이징하는 단계를 더 포함한다.
실시예-101: 실시예 96-100 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전 상수는 상이하다.
실시예-102: 실시예 96-101 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 제1 볼륨은 상기 최내측 볼륨 V(1)이다.
실시예-103: 실시예 96-102 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 제2 볼륨은 상기 최외측 볼륨 V(N)이다.
실시예-104: 실시예 96-103 중 어느 하나에 따른 상기 방법에 있어서, 상기 최내측 볼륨 V(1)에 후속하는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 모든 볼륨은 유전체 조성물을 각 볼륨 중 아래에 있는 것에 순차적으로 도포함으로써 형성된다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이 가해질 수 있고 등가물이 구성 요소로 대체될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 특정 상황 또는 재료를 교시에 적응시키도록 많은 수정이 가해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최선 또는 유일한 모드로서 개시된 특정 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 범주 내에 있는 모든 실시예를 포함할 것으로 의도된다. 또한, 도면 및 상세한 설명에서, 예시적인 실시예가 개시되어 있으며, 특정 용어 및/또는 치수가 이용될 수도 있지만, 달리 언급되지 않는 한, 일반적인 목적, 예시적 및/또는 설명적 의미로만 사용되며 제한의 목적으로 사용되지는 않는다.

Claims (22)

  1. 유전체 공진기 안테나(DRA)에 있어서,
    전기적 전도성 접지 구조;
    i는 1로부터 N으로의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)을 형성하도록 배치되는, N은 3 보다 더 크거나 같은 정수인, N 볼륨을 포함하는 상기 접지 구조에 배치되는 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 볼륨 V(1)은 최내측 제1 볼륨을 형성하고, 연속적 볼륨 V(i+1)은 볼륨 V(i) 위에 배치 및 적어도 부분적으로 임베드하는 적층 쉘을 형성하고, 볼륨 V(N)은 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)을 적어도 부분적으로 임베드함 -;
    상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 이상에 전자기적으로 결합되는 신호 피드; 및
    상기 신호 피드로부터 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 정반대 측면으로 연장하는 제1 방향을 갖는 제1 기하학적 경로를 그 안에 정의하고, 상기 제1 기하학적 경로의 제1 방향에 직교하는 제2 방향을 갖는 제2 기하학적 경로를 그 안에 정의하는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 - 상기 제2 기하학적 경로는 상기 제1 기하학적 경로의 유효 유전 상수보다 더 작은 유효 유전 상수를 갖음 -
    을 포함하는 DRA.
  2. 제1항에 있어서,
    볼륨 V(N)은 집합적으로 모든 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)를 완전히 100% 임베드하는
    DRA.
  3. 제1항에 있어서,
    볼륨 V(N)은 볼륨 V(N)에 의해 임베드되지 않은 각 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)의 일부분을 남겨두고, 볼륨 V(1) 내지 V(N-1)의 일부분만을 임베드하는
    DRA.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 신호 피드는 상기 접지 구조와 비-전기 접촉하는 상기 접지 구조의 오프닝 내에 배치되고, 상기 신호 피드가 전자기적으로 결합되는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 중 하나 내에 배치되는
    DRA.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼륨 V(1)은 볼륨 V(2)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제1 표면, 및 볼륨 V(3)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제2 표면을 갖는
    DRA.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼륨 V(1)은 볼륨 V(2)와 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제1 표면, 및 N> 3 인, 볼륨 V(N)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제2 표면을 갖는
    DRA.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼륨 V(1)이 아니고 볼륨 V(N)이 아닌 볼륨 V(1<i<N)은 볼륨 V(i-1)와 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제1 표면, 및 볼륨 V(N)과 직접적으로 밀접하게 접촉하여 배치되는 제2 표면을 갖는
    DRA.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 피드는 볼륨 V(1)이 아니고 볼륨 V(N)이 아닌 볼륨 V(1<i<N) 안에 또는 신호 통신 상태로 배치되고, 볼륨 V(1<i<N)은 상기 신호 피드의 측면으로부터 TE 방사 모드를 지원하는 볼륨 V(1)의 상단 위에 상기 반대 측면으로 연속적인 중단되지 않는 내부 기하학적 경로를 제공하는
    DRA.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼륨 V(1)는 공기인
    DRA.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 피드는 볼륨 V(2) 안에 배치되거나 또는 전자기적으로 결합되는
    DRA.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접지 구조의 파트를 형성하고 전기적으로 연결하며 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨 주위에 배치되는 전기적 전도성 펜스
    를 더 포함하는 DRA.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 펜스는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 높이를 초과하지 않는 높이를 갖는
    DRA.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 펜스는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.8배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는
    DRA.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 펜스는 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 0.2배 보다 더 크거나 같고, 상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 전체 높이의 3배 보다 더 작거나 같은 높이를 갖는
    DRA.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 볼륨 V(2) 내지 V(N-1) 중 하나에서의 상대적 최대값으로, 볼륨 V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는
    DRA.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 재료의 볼륨의 직접적으로 인접한 볼륨은 볼륨 V(1)에서의 제1 상대적 최소값으로부터 V((N+1)/2)에서의 상대적 최대값으로, N은 홀수 정수인, V(N)에서의 제2 상대적 최소값으로 되돌아가는, 범위에 이르는 상이한 유전 상수 값을 갖는
    DRA.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제1 상대적 최소값은 상기 제2 상대적 최소값과 같은
    DRA.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 전도성 접지 구조는 하나 이상의 오프닝을 포함하는
    DRA.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(i)는, j는 2 내지 N-1의 정수인, 연속적 및 순차적 적층 볼륨 V(j)의 관련된 것들을 제공하고, 볼륨 V(j)는 볼륨 V(j-1)의 적어도 일부분이 볼륨 V(j+1)의 적어도 일부분과 직접적이고 밀접하게 접촉하도록 구조적으로 배치되고 구성된다.
    DRA.
  20. 제19항에 있어서,
    볼륨 V(j+1)는 공기를 포함하는
    DRA.
  21. 제19항에 있어서,
    j는 3 보다 더 크거나 같은
    DRA.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼륨 V(1) 또는 볼륨 V(N)과 다른, 상기 볼륨 V(j)의 유전체 재료는 볼륨 V(1) 및 볼륨 V(N)의 각각의 유전체 재료의 유전 상수 보다 더 큰 유전 상수를 갖는
    DRA.
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