(57)【要約】  ＲＦ信号用伝送管であって、誘電体プレートと、誘電体プレートの一方の面に配置された導電回路と、誘電体プレートの反対側の面に配置された導電グランドとを備え、誘電体プレートは、少なくとも１つの高比誘電率の層と１つの発砲体プレートとのサンドイッチ体を備える。誘電体プレートは、ガラスと、Ｒｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）等の発砲体プレートとのサンドイッチ体から作製し得る。ガラス及び発砲体プレートは、サンドイッチ体に、要求される総比誘電率を与えるように計算された厚さを有する。【選択図】図２
2021530881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号用伝送管であって、
誘電体プレートと、
前記誘電体プレートの一方の面に配置された第１の導電回路と、
前記誘電体プレートの反対側の面に配置された第２の導電回路と、を備え、
前記誘電体プレートは、相互に隣接する、少なくとも１つの高比誘電率層と１つの発泡体プレートとのサンドイッチ体を含むＲＦ信号用伝送管。
【請求項２】
前記高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成される請求項１に記載の伝送管。
【請求項３】
前記高比誘電率層は、ガラスから形成される請求項２に記載の伝送管。
【請求項４】
前記高比誘電率層は、ポリエチレンテレフタレートから形成される請求項２に記載の伝送管。
【請求項５】
前記発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成される請求項１に記載の伝送管。
【請求項６】
前記誘電体プレートは、上部ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と、底部ＰＥＴ層との間に挟まれた発泡体プレートを含む請求項１に記載の伝送管。
【請求項７】
前記第１の導電回路は、少なくとも１つの放射パッチを含む請求項１に記載の伝送管。
【請求項８】
前記第２の導電回路は、グランド回路を含む請求項１に記載の伝送管。
【請求項９】
アンテナであって、
絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサの上部に設けられた少なくとも１つの放射パッチと、
前記絶縁スペーサの下に設けられた少なくとも１つの遅延ラインと、
前記遅延ラインの下に設けられた可変比誘電率（ＶＤＣ）層と、
誘電体プレートと、
前記誘電体プレートの下に設けられたグランドプレーンと、
前記グランドプレーンの下に設けられた底部絶縁プレートと、
前記底部絶縁プレートの下に設けられたフィードラインと、を備え、
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、少なくとも１つの高比誘電率層と、１つの発泡体プレートとを含む、アンテナ。
【請求項１０】
前記高比誘電率層は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維含浸ポリプロピレン、又はガラスプレートの１つを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成される請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成される請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記ＶＤＣ層と当接する導電電極をさらに備える請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、２枚のガラスプレートの間に挟まれた発砲体プレートを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート、及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、２枚のＰＥＴプレートの間に挟まれた発砲体プレートを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１６】
対応の放射パッチに前記遅延ラインのそれぞれを接続する少なくとも１つの導電ビアをさらに備える、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記グランドプレーンは、少なくとも１つのウィンドウを含み、それぞれのウィンドウは、前記放射パッチの対応する１つの下に位置合わせされる、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１８】
ＲＦ伝送管を製作する方法であって、
絶縁プレートの上面上に導電回路を形成するステップであって、前記絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つを含む、導電回路形成ステップと、
グランドプレーンを発砲体プレートの底面に取り付けるステップと、
前記絶縁プレートを前記発砲体プレートに接着して、前記ガラスプレート又はＰＥＴと前記発砲体プレートとのサンドイッチ体を作製して、相互に隣接する絶縁材料の複数の層からなる誘電体を設けるステップと、を含む、ＲＦ伝送管製作方法。
【請求項１９】
グランドプレーンを取り付けるステップは、
グランドプレーンを直接前記発砲体プレートの底面に形成するステップ、又は前記グランドプレーンを第２の絶縁プレート上に形成するステップと、前記第２の絶縁プレートを前記発砲体プレートの底面に接着するステップとの１つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［技術分野］
本開示は、概ね、導電体を絶縁するために使用される誘電材料の分野に関する。開示の誘電体は、特に、アンテナ用のＲＦ信号を伝導させるために使用されるライン等のＲＦ伝送ラインに適する。
【背景技術】
【０００２】
［関連技術］
所定の場所同士の間で電磁エネルギーを伝導させる一般的な方法は、マイクロストリッププリント技術による回路基板を使用すること又は金属導波路を用いることである。導波路に対する回路基板の利点は、回路基板が、より大量に生産可能であるとともに平坦であることである。不利な点は、高周波電子信号が進む距離に比例する損失である。金属導波路の利点は、損失がより小さく作動することだが、不利な点は、回路基板ほど薄くなく、費用効果もよくないことである。
【０００３】
一部の回路板基板は、伝搬損失が小さくなるように設計されている。典型的な低損失基板は、テフロン（登録商標）とガラスとの混合物である。しかしながら、これらの回路基板は、極めて大きい圧力を必要とする、テフロンとガラスとを平坦に押圧するプロセスのため、より高価なものとなる。
【０００４】
ポリテトラフルオロエチレン（一般にテフロンと呼称される）等の多くの低損失材料の一つの問題は、これらの材料の熱膨張及び収縮速度が、もしそうでなければ接着対象になる導電性金属のものと大きく異なることである。例として、銅のラインがテフロン上に形成される場合、テフロンは、銅とは異なる速度で温度により膨張し、ゆえに銅を剥離させる。この膨張の問題に対処するための現在の技術は、実質的な他のプロセスに加えて、テフロン材料にガラスを添加してその熱膨張係数を低減することである。
【０００５】
テフロンのような多くの低損失材料の他の問題は、表面エネルギーが低く、これにより、導電回路に接着しにくくなることである。多くの場合、グルー又は他の接着剤が使用されており、これらの材料は、負のＲＦ伝搬係数を有する。
【０００６】
テフロンのさらに不利な点は、高コストである。多くの現在の応用において、伝送回路全体をかなり低コストにする必要があり、このことが、テフロンを使用しにくくしている。
【０００７】
Ｒｏｈａｃｅｌｌ（登録商標）は、構造発砲体ベースのポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）であり、ドイツ国ＤａｒｍｓｔａｄｔのＥｖｏｎｉｋ  Ｒｏｈｍ  ＧｍｂＨから市販されている。Ｒｏｈａｃｅｌｌは、比誘電率、εｒが、比較的低く、個々の配合により異なるが、約１.０４６から１.０９３である。Ｒｏｈａｃｅｌｌ等の発泡体は、「Ｆｏａｍ  Ｆｉｌｌｅｄ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒｏｄ  Ａｎｔｅｎｎａ」という発明の名称の米国特許出願公開第２０１５／０２７６４５９号明細書に例示されているように、ＲＦシステムにおいて誘電体として使用されてきた。
【０００８】
ゆえに、例えば無線通信に使用するアンテナに使用可能な、電磁エネルギーのための改良された伝送媒体が、当該技術分野において求められている。
【発明の概要】
【０００９】
本開示の以下の発明の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本を理解してもらうためにある。この発明の概要は、本発明の広範囲の概略ではなく、それ自体特に本発明の不可欠な又は重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図しない。その唯一の目的は、以下に記載されるより詳細な説明の前置きとして簡易な形態で本発明のいくつかの概念を提示することにある。
【００１０】
開示の実施形態は、平坦で低コストの誘電材料を提供する。開示の例において、実施形態は、アンテナに適用されるが、マイクロ波、レーダー、ＬＩＤＡＲ等の高周波電子伝送を必要とする他のデバイスに適用され得る。
【００１１】
開示の実施形態において、導電体は、誘電材料により分離されている。開示の誘電材料は、現在テフロンを使用している任意の応用のための、テフロンの代替品として使用可能である。テフロンは、高性能特性を有しているものの、比較的コストが高い。開示の実施形態は、テフロンと同等の性能をかなり低コストで提供することができる。
【００１２】
幅広い態様において、誘電体プレートは、少なくとも２枚のプレートのサンドイッチ体からなり、一方は、ガラス等の高比誘電率を有し、他方は、できる限り空気と近い比誘電率を有する。ガラスの好例が、Ｖｙｃｏｒガラスであり、空気と近い比誘電率を有する材料の好例が、構造発砲体等の発泡体、例えば、Ｒｏｈａｃｅｌｌである。発泡体は、比誘電率が１．０から１．１であるべきである。
【００１３】
開示の実施形態は、可変比誘電率（ＶＤＣ）材料上に複数の放射素子を有するアンテナアレイを含む。ＶＤＣを変化させることができると、ソフトウェアを用いて、ステアリングを含む、アンテナのパラメータを制御できる。誘電層がアンテナの各種素子を分離することは、ガラスと発砲体プレートとのサンドイッチ体を用いて実施される。ガラスの、発泡体に対する厚さの比は、場が被る比誘電率が所望の総比誘電率になるように、計算される。特に、総比誘電率は、発砲体と比較してガラスの相対的厚さを増すことにより、大きくなり、又は発泡体の厚さに対してガラスの相対的厚さを減らすことにより、小さくなる。
【００１４】
他の実施形態は、ガラスプレートと発砲体プレートとの誘電体サンドイッチ体により分離された導電ラインを有する非放射型電気デバイスを提供する。
【００１５】
開示の実施形態は、ＲＦ信号用伝送管を提供し、当該伝送管は、誘電体プレートと、誘電体プレートの一方の面に配置された導電回路と、誘電体プレートの反対側の面に配置された導電グランドと、を備え、誘電体プレートは、少なくとも１つの高比誘電率層と１つの発泡体プレートとのサンドイッチ体を備える。高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成する。高比誘電率層は、ガラス、ＰＥＴ等から形成可能である。発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成する。誘電体プレートは、上部のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と底部のＰＥＴ層との間に挟まれた発砲体プレートであってよい。導電回路は、少なくとも１つの放射パッチ、又はハイブリッド結合器を設定する電気回路を含み得る。
【００１６】
他の実施形態において、アンテナであって、当該アンテナは、絶縁スペーサと、絶縁スペーサの上部に設けられた少なくとも１つの放射パッチと、絶縁スペーサの下に設けられた少なくとも１つの遅延ラインと、遅延ラインの下に設けられた可変比誘電率（ＶＤＣ）層と、誘電体プレートと、誘電体プレートの下に設けられたグランドプレーンと、グランドプレーンの下に設けられた底部絶縁プレートと、底部絶縁プレートの下に設けられたフィードラインと、を備え、絶縁スペーサ、誘電体プレート及び底部絶縁プレートの少なくとも１つは、少なくとも１つの高比誘電率層と、１つの発砲体プレートと、を備えるアンテナが提供される。高比誘電率層は、以下の１つ、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン含浸ガラス繊維、又はガラスプレートの１つを含み得る。高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成する。発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成する。アンテナは、さらに、ＶＤＣ層と当接する導電電極を含み得る。絶縁スペーサ、誘電体プレート及び底部絶縁プレートの少なくとも１つは、２枚のガラスプレートの間に挟まれた発砲体プレート又は２枚のＰＥＴプレートの間に挟まれた発砲体プレートを含み得る。アンテナは、さらに、遅延ラインのそれぞれの１本を対応の放射パッチに接続する少なくとも１つの導電ビアを備え得る。グランドプレーンは、少なくとも１つのウィンドウを備えることができ、それぞれが、放射パッチの対応の１つの下に位置合わせされる。
【００１７】
さらなる実施形態によれば、ＲＦ伝送管を製作する方法であって、当該方法は、絶縁プレートの上面上に導電回路を形成するステップであって、絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つを含む導電回路形成ステップと、グランドプレーンを発泡体プレートの底面に取り付けるステップと、絶縁プレートを発砲体プレートに接着するステップと、を含むＲＦ伝送管の製作方法が提供される。グランドプレーンを取り付けるステップは、グランドプレーンを直接発砲体プレートの底面に形成するステップ、又はグランドプレーンを第２の絶縁プレート上に形成するステップと、第２の絶縁プレートを発砲体プレートの底面に接着するステップの１つを含み得る。第２の絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つから形成してよい。
【００１８】
本発明の他の態様及び特徴は、以下の図面に関して記載される詳細な説明から明らかになる。詳細な説明及び図面が、本発明の各種実施形態の非限定的な各種の例を提供するものであって、当該例は、添付の請求項により規定されると理解すべきである。
【００１９】
本明細書に含まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を、例示するものであり、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明し図示する役割を担う。図面は、概略的に、例示の実施形態の主な特徴を図示することを意図している。図面は、実際の実施形態のすべての特徴や示される要素の相対的寸法を示すことを意図するものではなく、正確な縮尺で描いていない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、テフロン等の誘電体を用いた先行技術の構造体の断面である。
【図２】図２は、伝送装置用の誘電体の一実施形態を図示する。
【図３】図３は、伝送装置のさらに別の実施形態を図示する。
【図４Ａ】図４Ａは、開示の誘電サンドイッチ体を用いたソフトウェア制御型アンテナの一実施形態を図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、開示の誘電サンドイッチ体を用いたソフトウェア制御型アンテナの一実施形態を図示する。
【図５】図５は、開示の誘電サンドイッチ体を用いた非放射型電子デバイスの一実施形態を図示する。
【図６】図６は、ＲＦ伝送管の変形実施形態を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで、創意に富んだ誘電サンドイッチ体の実施形態を図面に関して記載する。様々な用途のために又は様々な利点を得るために、種々の実施形態又はそれらの組合せを使用することができる。本明細書に開示する種々の特徴は、得ようとする結果次第で、利点を要件や制約と両立させて、部分的に又はそのすべてを単独で又は他の特徴と組み合わせて使用することができる。ゆえに、特定の利点は種々の実施形態に関して強調されるが、開示の実施形態に限定されるわけではない。すなわち、本明細書に開示する特徴は、これらの特徴を記載した実施形態に限定されるものではなく、他の特徴と「混合及び適合させて」、他の実施形態に組み込むことができる。
【００２２】
図１は、誘電材料１００としてテフロンを用いる先行技術のデバイスの断面を図示する。この例では、テフロンの比誘電率は、εｒ＝２．２であるのに対して、その損失係数（誘電正接−抵抗損失）は、ｔｇδ＝０．０００９である。グランド導体１０５が、誘電体１００の底部に設けられ、マイクロストリップ等の導電及び／又は放射電極１１０が、誘電体１００の上部に設けられる。誘電体の厚さをｈで示している。
【００２３】
図１の開いた矢印は、結果として生じる界を図示する。図１に図示するように、界の一部分は、誘電材料の中のみを進むが、界のある程度の部分は、空中と誘電材料の中との両方を進む。したがって、実効比誘電率は、空気の比誘電率と、テフロン（又は使用される他の誘電材料）の比誘電率とのある平均である。実効比誘電率は、有効体積で加重した、２つの比誘電率の積の平方根と相関する。図１の図面において、空気の比誘電率は１であるので、図１の構造体の実効比誘電率は、テフロンのものと等しい。
【００２４】
図２は、革新的な誘電体の構成を用いた包括的な実施形態を図示する。図２の実施形態では、誘電サンドイッチ体２００は、２つの材料からなるものであって、高い比誘電率を有するプレート２０２、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維含浸ポリプロピレン又はガラスプレートと、空気に近い比誘電率を有する材料、例えばＲｏｈａｃｅｌｌのように、例えば殆どが空気の構造発泡体のプレート２０４と、からなる。２枚のプレート厚さの比、ｈ１／ｈ２は、所望の実効比誘電率となるように計算する。例えば、図２の実施形態では、Ｖｙｃｏｒガラスを用いることができる。Ｖｙｃｏｒガラスは、Ｃｏｒｎｉｎｇ社が市販している高石英ガラスであり、熱膨張係数が非常に低い。製作に用いられる製法によって、Ｖｙｃｏｒガラスは、比誘電率が３．８〜４．４、損失係数が０．０００３であり得る。プレート２０４は、Ｒｏｈａｃｅｌｌからなり、比誘電率が約１．０６、損失係数が０．０００３である。よって、本例では、両方のプレートの厚さを同じに、すなわち、ｈ１／ｈ２＝１にすると、実効比誘電率は、εｒ＝２．１５９となり、その一方、実効損失係数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｌｏｓｓ  ｆａｃｔｏｒ）（直列加法）（ｓｅｒｉａｌｌｙ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）は、ｔｇδ＝０．０００９となる。
【００２５】
図２の例から、開示の実施形態が、相互に隣接する絶縁材料の多層からなる誘電体を提供し、これにより、テフロンと同様の実効比誘電率となるように調整可能な低損失誘電体が作り出されることが、分かる。一例において上層は、ガラスプレートからなる。図２に、３つの放射素子のアレイ２１０を図示しているが、簡略化のため、１つの放射素子２１０の界の線のみを示している。
【００２６】
図３は、多層型誘電体の手法を用いる別の実施形態の断面を図示する。図３の実施形態の誘電サンドイッチ体３００は、３つの層、第１のガラスプレート３０２と、第２のガラスプレート３０３と、空気で満たされた空間３０６とからなる。プレート３０２及び３０３は、スペーサ３０８を用いて、正確にｈ２分離させて、離しておく。グランドプレートをガラス３０３の底面上に形成し、一方で、伝送ライン又は放射電極をガラス３０２の上面に形成している。ガラスプレート３０２及びガラスプレート３０３の厚さ、ｈ１、ｈ３は、それぞれ、一旦、その間にある空気の層３０６とともに計算すると、所望の実効比誘電率を得られるように計算される。この場合、ｈ１＋ｈ３＝ｈ２、すなわち、上部ガラスプレートの厚さに底部ガラスプレートの厚さを加えた厚さは、空気の間隙と等しく、そこで、実効比誘電率は、２．０９となる。
【００２７】
よって、図３の実施形態は、スペーサを用いて、空気の間隙をその間に作るように分離させた２枚のプレートから作製した誘電体プレートを提供する。プレートのそれぞれは、Ｖｙｃｏｒガラス等のガラスから作製することができる。その上、スペーサも、Ｖｙｃｏｒガラスから作製してよい。グランドプレートを１枚のガラス上に形成し、放射パッチの導電ラインを他方のガラスプレート上に形成可能である。
【００２８】
よって、理解できるように、一態様によれば、放射デバイスであって、誘電体プレートと、誘電体プレートの底面に形成された導電グランドプレーンと、誘電体プレートの上面に形成された放射素子とを備え、誘電体プレートは、ガラスプレート及び発砲体プレートを含む、放射デバイスが提供される。
【００２９】
革新的な誘電サンドイッチ体を用いて作製された放射デバイスの一例を、図４Ａ〜図４Ｂに示す。米国特許出願第１５／６５４，６４３号明細書において、本出願人は、図４Ａ〜図４Ｂのものと類似する放射デバイスアレイを用いた多層ソフトウェアデファインドアンテナを開示しており、よって、放射素子の１つと関連する関連部品のみを、本明細書において繰り返す。図４Ｂは、図４Ａにおいて平面視で示したデバイスの断面であり、図４Ａは、本明細書に開示の誘電サンドイッチ体を用いて構成された多層ソフトウェアデファインドアンテナを示す一例である。
【００３０】
放射パッチは、パッチ４１０として示し、遅延ラインは、導電ライン４１５として示している。放射パッチは、上部誘電体スペーサ４００に、一般に、誘電（絶縁）プレート又は誘電シートの形態で、形成されるが、本実施形態では、ガラスプレート４０２と、発砲体プレート４０４、例えば、Ｒｏｈａｃｅｌｌとからなる誘電サンドイッチ体から作製している。放射パッチ４１０は、例えば導電膜の接着、スパッタリング、プリント等によって、ガラスの上面に形成される。パッチの場所において、ビア４２５が、ガラス４０２と発泡体４０４とに形成され、導体が、ビアを通って、パッチ４１０の背面に接続される。遅延ライン４１５が、発砲体プレート４０４の底面（又は上部バインダー４４２の上面）に形成され、ビア４２５中の導体に物理的かつ電気的に接続される。すなわち、遅延ライン４１５から、ビア４２５中のコンタクトを通って、放射パッチ４１０に連続的なＤＣ電気接続が存在する。図４Ａに示すように、遅延ライン４１５は、蛇行導電ラインであり、所望の遅延を生じるのに十分な長さを具えるように任意の形状をとることができ、これにより、ＲＦ信号に所望の位相シフトが発生する。
【００３１】
遅延ライン４１５における遅延は、可変比誘電率材料４４４を有する可変比誘電率（ＶＤＣ）プレート４４０により制御される。ＶＤＣプレート４４０を構成するための任意の方法が、アンテナの実施形態とともに用いることに適切となり得るが、特定の実施形態における省略表現として、ＶＤＣプレート４４０を、上部バインダー４４２（例えばガラス、ＰＥＴ等）と、可変比誘電率材料４４４（例えば、ねじれネマチック液晶層）と、下部バインダー４４６とからなるものとして図示する。他の実施形態では、バインダー層４４２及び４４４の一方又は両方を省略してよい。あるいは、エポキシ又はガラスビーズ等の接着剤をバインダー層４４２及び／又は４４４の代わりに使用することができる。また、図４Ｂに図示したように、バインダーの１つ又は両方を、本明細書に開示の実施形態によってサンドイッチ体として構成可能である。一例として、底部バインダー４４６を、発砲体プレート４４８とガラスプレート４４９とを有する二層のサンドイッチ体として示す。
【００３２】
一部の実施形態において、例えば、ねじれネマチック液晶層を使用する場合、ＶＤＣプレート４４０はまた、上部バインダー４４２の底部へ成膜及び／又は接着することができるアライメント層を含む。アライメント層は、液晶分子を限られた基板の端縁部にアライメントするため、ラビングされるか又はＵＶ照射により硬化されるポリイミド系ＰＶＡ等の材料の薄層であり得る。
【００３３】
ＶＤＣプレート４４０の実効比誘電率は、ＶＤＣプレート４４０中にＤＣ電位をかけることにより制御することができる。その目的で、電極が形成されて、制御可能な電位に接続される。電極を形成するために種々の構成が存在するが、開示の実施形態においていくつかの例を示す。図４Ｂに示す構成では、２つの電極４４３及び４４７の、一つを上部バインダー４４２の下面に、もう一つを底部バインダー４４６の上面に設けている。一例として、電極４４７を可変電位４４１に接続し、電極４４３をグランドに接続した状態で、示している。破線で示す一代替例として、電極４４３も可変電位４３９に接続することができる。
【００３４】
よって、可変電位４４１及び／又は可変電位４３９の出力電圧を変化させることによって、ＶＤＣ材料の、電極４４３及び４４７付近における比誘電率を変化させ、これにより、遅延ライン４１５上を進むＲＦ信号を変化させることができる。可変電位４４１及び／又は可変電位４３９の出力電圧を変更することは、コントローラ、Ｃｔｌに、可変電位４４１及び／又は可変電位４３９の適切な出力電圧を設定するように適切な制御信号を出力させるソフトウェアを走らせるコントローラを使用して、行うことができる。同様に、従来のコントローラを、制御信号及び共通信号を提供してアンテナの特性を制御することに使用可能である。よって、アンテナの性能及び特徴は、ソフトウェアを使用して制御可能であり、つまりソフトウェア制御アンテナである。
【００３５】
この点において、本説明において、グランドという用語の使用は、一般に許容可能なグランド電位、すなわち、接地電位と、共通又は基準電位を指し、当該共通又は基準電位は、設定電位又は浮遊電位でよいことを明確にすべきである。例えば、従来のＬＣＤディスプレイコントローラは、ピクセルごとに２つの信号を出力し、この信号の一方を、グランド又は共通信号と呼ぶ。同様に、図面において、グランド用の記号が使用されているが、これは互換的に接地又は共通電位のいずれかを意味するように簡略表現として使用している。よって、グランドという用語が本明細書中に使用されるときは常に、設定電位又は浮遊電位でよい共通電位又は基準電位という用語が含まれている。
【００３６】
送信モードにおいて、ＲＦ信号が、コネクタ４６５（例えば、同軸ケーブルコネクタ）を介してフィードパッチ４６０に印加される。図４Ｂに示したように、フィードパッチ４６０と遅延ライン４１５との間に電気ＤＣ接続は存在しない。しかしながら、開示の実施形態において、層は、フィードパッチ４６０と遅延ライン４１５との間にＲＦ短絡が得られるように設計している。図４Ｂに図示したように、バックプレーン導電グランド（又は共通）４５５が、バックプレーン絶縁体（又は誘電体）４５０の上面又は底部バインダー４４６の底面上に形成される。バックプレーン導電グランド４５５は、概ね、アンテナアレイの全領域を覆う導体の層である。各ＲＦフィード位置において、ウィンドウ（ＤＣ遮断部）４５３がバックプレーン導電グランド４５５に設けられる。ＲＦ信号は、フィードパッチ４６０からウィンドウ４５３を通って進み、遅延ライン４１５に結合される。受信時には反対のことが起こる。よって、ＤＣオープン及びＲＦ短絡が遅延ライン４１５とフィードパッチ４６０との間に形成される。バックプレーン絶縁体４５０はまた、本明細書に開示の実施形態によって構成可能であり、当該実施形態は、この例では、ガラスプレート４５２と、発砲体プレート４５４と、ガラスプレート４５６とを含む。
【００３７】
よって、理解できるように、一態様によれば、放射デバイスであって、誘電体プレートと、誘電体プレートの上面に形成された放射素子と、誘電体バックプレートと、誘電体バックプレートの底面に形成された導電グランドプレーンと、誘電体プレートと誘電体バックプレートとの間に挟まれた可変誘電率材料とを備える放射デバイスが提供され、誘電体プレートと誘電体バックプレートの少なくとも１つは、ガラスのプレート及び発泡体のプレートを含む。
【００３８】
ここまで図示してきたように、本明細書に開示の実施形態は、アンテナ及びアンテナアレイ等の放射素子に使用可能である。しかしながら、本発明の態様によれば、電子デバイス又は構成要素であって、デバイスと関連付けられた可変比誘電率セクタに印加される電位に基づき変動し得る電気特性又は作用を有するとともに、低コストの誘電サンドイッチ体を組み込んでいる、電子デバイス又は構成要素も、提供可能である。本発明の態様によれば、電子デバイス又は構成要素は、ベンド、パワースプリッタ、フィルター、ポート、位相器、周波数シフタ、減衰器、結合器、コンデンサ、インダクタ、ダイプレクサ、ハイブリッドビームフォーミングネットワークを含み得、電子デバイスに加えて放射素子も含み得る。いくつかのデバイスは、Ｒｏｇｅｒｓ又はＰＣＰを使用した先行技術と同様に、同じ誘電サンドイッチ体上に形成可能である。
【００３９】
開示の態様によれば、本出願人の米国特許出願第号明細書に開示の電子デバイスは、サンドイッチ型誘電体プレートを用いて変更され、これにより、さらに低コストで、同じ性能を提供することができる。図５は、４ポート型ハイブリッド結合器５００の一実施形態を図示する。任意のＶＤＣなしに、ポート１における信号入力は、位相変化を伴わないポート２への出力と、９０度の位相変化を伴うポート３への出力とに、分かれる。同様に、ポート４への信号入力は、位相変化を伴わないポート３への出力と、９０度の位相変化を伴うポート２への出力とに、分かれる。このことを、図５に示した表により表している。しかしながら、図５の実施形態では、ＶＤＣ用の任意選択的な配置をいくつか示しており、その全て又はいくつかは、ハイブリッド結合器５００の操作上の所望の制御によって、実施可能である。
【００４０】
例えば、ＶＤＣ５０３を、入力ポート１のラインの下に設ける。電位をＶＤＣ５０３の電極にかけることによって、入力信号の位相を制御し得る。その結果、出力ポート２及び３の両方における位相は、ＶＤＣ５０３における電位により生じる位相変化に基づいてともに変動することになる。このことは、出力２における位相が、入力ポート１における入力信号の位相と相違し得ることを、意味する。他方で、出力２における位相は、ＶＤＣ５０７における電位により個別に変化させることができるその結果、出力ポート３における位相は、入力ポート１における入力から９０度のままとなるが、出力ポート２における位相は、ＶＤＣ５０７にかけられた電位によって、ゼロでなくなる。その上、電位を、ＶＤＣ５２７の電極にかけて、出力ポート３における位相を、ポート２における出力とは別に変動させることができる。よって、ポート２における出力は、ポート１における入力と同じ位相のままとなり得るが、ポート３における出力は、ポート１における入力に対して９０度変更し得る。同じ効果を、電位をＶＤＣ５２３、５０７及び５２７にかけることにより、入力ポート４の入力に及ぼすことができる。さらに、通常、ポート１における入力信号は、出力ポート２と３との間において等しいエネルギーで分けられることになる。しかしながら、ＶＤＣ５０８、５２８、５１５Ａ及び５１５Ｂにおける電位を制御することにより、それぞれの出力ポートへ出力されるエネルギー量を変化させ、よって、それぞれのポートにおける出力の増幅を制御できる。
【００４１】
図５に示したデバイスの断面構造は、図５の吹き出しの中に見て取れる。要素５２７は、可変比誘電率材料であり、電源Ｖから電位を受け取る。導電ライン５２０は、誘電体プレート５５０の上部に形成され、当該誘電体プレート５５０は、本明細書に開示の実施形態の任意の実施形態によって作製し得る。例えば、ガラスプレートと発砲体プレートのサンドイッチ体から作製し得る。同じことが、バックプレート５５５にも当てはまり、バックプレート５５５もまた、本明細書に開示の実施形態の任意の実施形態により、作製し得る。例えば、それは、ガラスプレートと発砲体プレートのサンドイッチ体から作製し得る。
【００４２】
よって、理解できるように、一態様によれば、電子デバイスであって、バックプレートと、誘電体プレートと、バックプレートと誘電体プレートとの間に挟まれた可変比誘電率材料と、電位を、可変比誘電率材料にかけるように構成された電極と、誘電体プレート上部に形成された導電ラインと、を備え、誘電体プレート及びバックプレートの少なくとも１つは、ガラスのプレートと発泡体のプレートと、を備える電子デバイスが提供される。
【００４３】
図６は、ＲＦ伝送管の変形実施形態を図示し、ＲＦ伝送管は、放射式、非放射式、又はその両方、例えば、放射パッチにつながる非放射式伝送ラインであってよい。図６の実施形態では、誘電サンドイッチ体２００が、２つの材料、高比誘電率を有するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の上層６０７と、空気の比誘電率と近い比誘電率を有する材料、例えば、概ね空気である、例えばＲｏｈａｃｅｌｌのような構造発泡体６０４のプレートと、ＰＥＴの底層６０８とからなる。２枚のＰＥＴ層と、発砲体プレートとの厚さの比、（ｈ１＋ｈ３）／ｈ２は、所望の実効比誘電率となるように計算する。例えば、図６の例では、３ＧＨｚにおいて約４．０の比誘電率を有するＰＥＴ層を用いている。ＰＥＴの製作に用いられる製法によって、比誘電率にある程度違いがある場合があるが、３．８〜４．４の範囲内である。
【００４４】
図２の例では、導電ライン又はパッチ６１０は、ＰＥＴ６０７の上面に製作する。導電グランドプレーン６０５は、ＰＥＴ６０８の底面に製作する。その後、ＰＥＴ層を発泡コア６０４に接着する。これによって、導電ライン６１０と導電グランドプレーン６０５とのＰＥＴ上への製作が、プリント、スパッタリング、打ち込み等、種々の技術を用いて大変容易になるので、製作が非常に容易となる。その上、導電回路６１０及び６０５は、迅速かつ経済的なリールトゥリール法を用いて、ＰＥＴ上に容易に製作可能である。
【００４５】
全てのＲＦアンテナがそうであるように、受発信は、対称的であるので、一方の説明は、等しく他方に当てはまる。本説明では、発信を説明することの方が容易な場合があるが、受信は、単に反対の方向で、同じものとなる。
【００４６】
本明細書に説明したプロセス及び技術が、本質的に、任意の特定の装置に関連するものではなく、構成要素の任意の適切な組み合わせにより実施可能であることを理解すべきである。さらに、本明細書に説明した教示に従って、種々のタイプの汎用デバイスを使用することができる。本発明を特定の例に関して説明してきたが、これらは、あらゆる点で限定というよりは例示を意図したものである。本発明の実施に多様な組合せが適するということを当業者は理解するだろう。
【００４７】
さらに、本発明の他の態様は、本明細書に開示の本発明の明細及び実施を検討することにより、当業者に明らかになるだろう。記載の実施形態の種々の態様及び／又は構成要素は、単独で又は任意の組合せで使用することができる。明細書及び例は、例示に過ぎないとみなすべきであり、本発明の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示されるものであることを意図している。
【図１】
2021530881.tif 000003
【図２】
2021530881.tif 000004
【図３】
2021530881.tif 000005
【図４Ａ】
2021530881.tif 000006
【図４Ｂ】
2021530881.tif 000007
【図５】
2021530881.tif 000008
【図６】
2021530881.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和3年4月30日(2021.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号用伝送管であって、
誘電体プレートと、
前記誘電体プレートの一方の面に配置された複数の放射パッチと、
前記誘電体プレートの反対側の面に配置され、それぞれが前記複数の放射パッチの１つに結合された複数の遅延ラインと、
可変比誘電率（ＶＤＣ）層と、
前記ＶＤＣ層と当接し、複数の導電電極の各ペアの導電電極が遅延ラインの１つに対応する複数の導電電極と、
複数のウィンドウを有し、それぞれが遅延ラインの１つと位置合わせされたグランドプレーンと、を備え、
前記誘電体プレートは、少なくとも１つの高比誘電率層と１つの発泡体プレートとのサンドイッチ体を含むＲＦ信号用伝送管。
【請求項２】
前記高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成される請求項１に記載の伝送管。
【請求項３】
前記高比誘電率層は、ガラスから形成される請求項２に記載の伝送管。
【請求項４】
前記高比誘電率層は、ポリエチレンテレフタレートから形成される請求項２に記載の伝送管。
【請求項５】
前記発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成される請求項１に記載の伝送管。
【請求項６】
前記誘電体プレートは、上部ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と、底部ＰＥＴ層との間に挟まれた発泡体プレートを含む請求項１に記載の伝送管。
【請求項７】
各放射パッチは前記複数の遅延ラインの２つに結合されている、請求項１に記載の伝送管。
【請求項８】
それぞれが、遅延ラインの１つにＲＦ信号を伝送するよう構成された複数のフィードラインをさらに備える請求項１に記載の伝送管。
【請求項９】
アンテナであって、
絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサの上部に設けられた少なくとも１つの放射パッチと、
前記絶縁スペーサの下に設けられた少なくとも１つの遅延ラインと、
前記遅延ラインの下に設けられた可変比誘電率（ＶＤＣ）層と、
誘電体プレートと、
前記誘電体プレートの下に設けられたグランドプレーンと、
前記グランドプレーンの下に設けられた底部絶縁プレートと、
前記底部絶縁プレートの下に設けられたフィードラインと、を備え、
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、少なくとも１つの高比誘電率層と、１つの発泡体プレートとを含む、アンテナ。
【請求項１０】
前記高比誘電率層は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ガラス繊維含浸ポリプロピレン、又はガラスプレートの１つを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記高比誘電率層は、３．８〜４．４の比誘電率を有するように形成される請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記発泡体は、１．０〜１．１の比誘電率を有するように形成される請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記ＶＤＣ層と当接する導電電極をさらに備える請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、２枚のガラスプレートの間に挟まれた発砲体プレートを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記絶縁スペーサ、前記誘電体プレート、及び前記底部絶縁プレートの少なくとも１つが、２枚のＰＥＴプレートの間に挟まれた発砲体プレートを含む、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１６】
対応の放射パッチに前記遅延ラインのそれぞれを接続する少なくとも１つの導電ビアをさらに備える、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記グランドプレーンは、少なくとも１つのウィンドウを含み、それぞれのウィンドウは、前記放射パッチの対応する１つの下に位置合わせされる、請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１８】
ＲＦ伝送管を製作する方法であって、
絶縁プレートの上面上に導電回路を形成するステップであって、前記絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つを含む、導電回路形成ステップと、
グランドプレーンを発砲体プレートの面に取り付けるステップと、
前記絶縁プレートを前記発砲体プレートに接着して、複合プレートを形成するステップと、
可変比誘電率（ＶＤＣ）層を形成するステップと、
複数の遅延ラインを前記可変比誘電率（ＶＤＣ）層面上に形成するステップと、
導電電極を前記可変比誘電率（ＶＤＣ）層面上に形成するステップと、
前記可変比誘電率（ＶＤＣ）層を前記複合プレートに取り付けるステップと、
複数の放射パッチを形成し、それぞれの放射パッチを前記複数の遅延ラインの対応する１つに結合するステップとを含む、ＲＦ伝送管製作方法。
【請求項１９】
グランドプレーンを取り付けるステップは、
グランドプレーンを直接前記発砲体プレートの底面に形成するステップ、又は前記グランドプレーンを第２の絶縁プレート上に形成するステップと、前記第２の絶縁プレートを前記発砲体プレートの底面に接着するステップとの１つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の絶縁プレートは、ガラスプレート又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の１つを含む、請求項１９に記載の方法。
【国際調査報告】
2021530881.tif 000010