(57)【要約】  本発明は、製造処理の結果得られる所定の可変誘電率を有する新しい種類の誘電材料の製造方法に関する。製造方法の主な特徴は、第１のステップにおいて均質な誘電材料（１００）が少なくとも１つの方向に整形され、次に、結果として得られる誘電材料体（１０２）が前記少なくとも１つの方向に所定の誘電率の変動を有するようにその少なくとも一部が形成されることである。前記形成ステップは、整形された誘電材料体の少なくとも一部を変形させるサブステップと、そのように変形した誘電材料体を固定するサブステップとを含むのが有利だろう。製造ステップは、ある特定の法則（例えば、ルネベルグ、マクスウェル、．．．）に対応するがそれに限定されない所定の誘電率の変動を誘起するように構成される。また、本発明は、電磁レンズが新しい種類の誘電材料から構成されるアンテナシステムを形成するミリ波マルチビームにおいて使用されうる前記電磁レンズの製造方法に関する。【選択図】図１ｄ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの方向に所定の誘電率の変動を有する誘電材料体を製造する製造方法であって、
少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を整形する整形ステップと、
前記整形された誘電材料体を少なくとも部分的に形成する形成ステップとを備え、
前記整形ステップと形成ステップは、前記整形及び形成された誘電材料体が前記少なくとも１つの方向に所定の誘電率を有するように適応されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記形成ステップは、前記整形された誘電材料体を少なくとも部分的に変形させる変形サブステップを含むことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記形成ステップは、前記そのような整形された誘電材料体を固定する固定サブステップを含むことを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
前記変形サブステップは、圧縮力を前記整形された誘電材料体の少なくとも一部に加えることを含むことを特徴とする請求項２又は３記載の製造方法。
【請求項５】
前記整形された誘電材料体は、前記変形された誘電材料体を少なくとも部分的に圧縮するエンクロージャにより少なくとも部分的に囲まれることを特徴とする請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記整形された誘電材料体を少なくとも部分的にカプセル化する前記エンクロージャは、前記変形された誘電材料体を少なくとも部分的に共に圧縮する少なくとも２つの板を含むことを特徴とする請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
前記誘電材料体を固定する前記固定サブステップは、前記エンクロージャを構成する少なくとも２つの部分を共に定着させることを含むことを特徴とする請求項３又は請求項５又は６記載の製造方法。
【請求項８】
前記変形サブステップは、膨張力又は拡張力を前記整形された誘電材料体の少なくとも一部に加えることを含むことを特徴とする請求項２又は３記載の製造方法。
【請求項９】
前記変形サブステップは、前記整形された誘電材料体の少なくとも一部を加熱することを含むことを特徴とする請求項２又は３記載の製造方法。
【請求項１０】
前記整形ステップは、少なくとも１つの方向に前記誘電材料体の少なくとも一部を切り取ることを含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記整形ステップは、少なくとも１つの方向に前記誘電材料体の少なくとも一部を成形することを含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記誘電材料は実質的に均質であり、前記誘電材料体の形状は、前記誘電材料体の少なくとも１つの方向に実現される誘電率の変動と実質的に相関するように選択されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記誘電材料は発泡材料であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記誘電材料体は円筒形状を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの方向に前記誘電材料体の少なくとも一部を前記整形するステップは、前記円筒形誘電材料体の高さの変動が前記誘電材料体の誘電率の変動の所定の法則に実質的に対応するように、前記少なくとも１つの方向に前記変動を調整することを含むことを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの方向に前記誘電材料体の少なくとも一部を前記整形するステップは、前記円筒形誘電材料体の高さの変動が前記誘電材料体の誘電率の変動の所定の法則の離散近似に実質的に対応するように、前記少なくとも１つの方向に前記変動を調整することを含むことを特徴とする請求項１４記載の製造方法。
【請求項１７】
単一の誘電材料体から形成され且つ所定の誘電率の変動を有することを特徴とする誘電材料体。
【請求項１８】
前記誘電材料体は、少なくとも１つの方向に可変サイズの気孔を含むことを特徴とする請求項１７記載の誘電材料体。
【請求項１９】
前記気孔のサイズの変動は、前記誘電材料体の少なくとも１つの方向に誘電率の変動の所定の法則に実質的に対応するように構成されることを特徴とする請求項１８記載の誘電材料体。
【請求項２０】
前記気孔のサイズの変動は、前記誘電材料体の少なくとも１つの方向に誘電率の変動の所定の法則の離散近似に実質的に対応するように構成されることを特徴とする請求項１８記載の誘電材料体。
【請求項２１】
前記誘電材料体は、気孔を含み、各領域に異なるサイズの気孔を含む少なくとも２つの領域を有することを特徴とする請求項１８から２０のいずれか１項に記載の誘電材料体。
【請求項２２】
前記気孔は、配置される領域に従って異なる方法で事前に圧縮又は膨張されていることを特徴とする請求項２１記載の誘電材料体。
【請求項２３】
前記誘電材料体は、中央領域及び周辺領域を有し、前記中央領域から前記周辺領域に拡張する方向に前記誘電材料体の誘電率の低下又は上昇に対応するために、前記気孔のサイズは前記方向に沿って拡大又は縮小することを特徴とする請求項１８から２２のいずれか１項に記載の誘電材料体。
【請求項２４】
前記誘電材料体は、中央領域及び周辺領域とを有し、前記中央領域から前記周辺領域に拡張する方向に前記誘電材料体の誘電率の上昇又は低下に対応するために、体積単位毎の前記気孔の局所数は前記方向に沿って増加又は減少することを特徴とする請求項１８から２２のいずれか１項に記載の誘電材料体。
【請求項２５】
請求項１７から２４のいずれか１項に記載の誘電材料体を使用することを特徴とする。
【請求項２６】
請求項１７から２４のいずれか１項に記載の所定の誘電率の変動を有する誘電材料体を備えることを特徴とする電磁レンズ。
【請求項２７】
請求項２６記載の電磁レンズを備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項２８】
誘電材料体及びエンクロージャから構成された電磁レンズを製造する方法であって、
請求項１から４のいずれか１項又は請求項８から１６のいずれか１項に記載の前記誘電材料体を整形及び形成するステップと、
請求項５から７のいずれか１項に記載のエンクロージャにより前記整形及び変形された誘電材料体を囲むステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２６に記載の電磁レンズ及びエンクロージャを製造する方法であって、請求項５から７のいずれか１項に記載のエンクロージャにより前記誘電材料体を囲むステップを備えることを特徴とする方法。
【請求項３０】
前記エンクロージャは、前記電磁レンズを伝播する際に前記電磁波を誘導するように構成された金属材料を備えることを特徴とする請求項２８又は２９記載の製造方法。
【請求項３１】
前記エンクロージャは、塑性材料と、前記エンクロージャ境界部分の金属化部分である少なくとも１つの電磁遮蔽材料とを備えることを特徴とする請求項２８又は２９記載の製造方法。
【請求項３２】
請求項２８から３１のいずれか１項に記載の方法に従って製造される電磁レンズを備えることを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノリシック連続体であり且つ所定の誘電率の変動を有する新しい種類の誘電材料に関する。
また本発明は、そのような新しい種類の誘電材料を製造する方法及びこの新しい種類の誘電材料を特に通信デバイスの分野で産業用途に用いることに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ及び高精細デジタルビデオカメラを含む通信デバイスは、広範に使用され、より高い品質のサービスを要求する。
ユーザにとって使い易く且つ高画質を与える高い記録容量を有し、信頼できる通信デバイスに対する必要性が高まっている。
【０００３】
ビデオ及び写真等の画像が、ＨＤ（高精細）テレビを含む表示装置に表示される際、撮像デバイスと表示装置との間でデータを伝送するために必要とされるビットレートは、毎秒数ギガビット（Ｇｂｐｓ）の範囲である。
同様のビットレートは、記憶装置又はマルチメディアデータ（音声データ及びビデオデータ）の格納専用の物理キャリアと、撮像デバイスとの間で、データを伝送するためにも必要である。
【０００４】
画像の転送中の品質の低下を防止するために、少なくとも、ＨＤＭＩ（高精細度マルチメディアインタフェース）ケーブル等のデジタルワイヤリンクが必要である。
実際には、高解像度非圧縮マルチメディアデータはロー（ｒａｗ）モードで伝送されるため、処理及び圧縮は殆ど実行されないことが理解される。
従って、撮像デバイスのセンサにより記録されたような生データは、品質が低下することなくレンダリングされうる。
【０００５】
また、家庭内通信において、生データは、ほぼリアルタイムで伝送されることも必要である。
しかし、家庭内通信システムにおいて有線リンクを使用することにはいくつかの欠点がある。
【０００６】
例えば、カメラとテレビとの間の有線リンクにはいくつかの制限がある。
テレビ側では、接続システムは、アクセスするのが困難であるか、あるいは使用不可である恐れがある。
カメラ側では、接続システムは、非常に小型であり、カバーで隠蔽される可能性があるため、ケーブルを接続するのが困難である。また、全てのデバイスが接続される場合にはカメラ又は画面を移動するのは非常に困難となりうる。
同様に、ケーブルが家の壁に組み込まれる場合、その設置を変更するのは不可能である。これらの欠点を克服する１つの方法は、通信デバイス間で無線接続を使用する方法である。
【０００７】
しかし、上記のシステムは、毎秒数ギガビット（Ｇｂｐｓ）のオーダでデータビットレートをサポートする必要がある。ＷｉＦｉシステムは、（８０２．１１．ａ／ｂ／ｇ／ｎ標準により規定されるように）２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの無線帯域で動作しており、目標のビットレートに到達するのには適さない。従って、より高い周波数の無線帯域で通信システムを使用する必要がある。約６０ＧＨｚの無線帯域は適切な候補である。広範な帯域幅を使用する場合、６０ＧＨｚの無線通信システムは、非常に高いビットレートでデータを伝送するのに特に適している。高品質の無線通信（すなわち、低いビット誤り率）及び無許可の電力レベルで伝送する必要なく２つの通信デバイス間の十分な無線範囲を取得するために、見通し線（Ｌｉｎｅ  Ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ、ＬＯＳ）伝送を可能にする指向性（又は選択型）アンテナを使用する必要がある。その結果、高いスループットビットレートの無線伝送のために、狭ビーム形成技術が必要とある。
【０００８】
発見フェーズの間、無線ネットワークの各ノード対は、通信パラメータを開始しなければならない。従って、無線周波数（ＲＦ）リンクを用いて最高の品質を得るために、アンテナ角度を設定する必要がある。
【０００９】
通信パラメータは低いビットレートで伝送されることが可能であり、これにより、ＲＦリンクのバジェット（例えば、アンテナ利得）の必要性を軽減できる。ゆえに、到達可能な範囲内の全てのノードを検出するために、広アンテナビームを形成できる。
その結果、アンテナは、後続のフェーズ中に狭ビーム及び広ビームの双方を形成しなければならない。
従って、上述の用途において必要とされるアンテナは、上下に大きなビームを有しつつ、水平に狭ビームを取得するように再構成可能であるべきである。
【００１０】
いわゆるスマートアンテナ又は再構成可能アンテナは、音声アプリケーション及びビデオアプリケーションにより必要とされる距離に到達させるために使用される。スマートアンテナは、支柱に分散された放射素子のネットワーク（例えば、アレイ）を主に含む。各放射素子は、送出／受信モードで狭ビーム又はビームの集合を形成するために、位相及び電力（又は利得）において電気的に制御される。各ビームは操作され、また、制御されうる。その結果、アンテナ素子毎に専用の位相制御装置及び電力増幅器が必要であるため、アンテナのコストは増加する。
【００１１】
狭ビームを得るために、いくつかのアンテナ素子に電力供給する必要があるため、結果としてエネルギー消費が著しく増加する恐れがある。消費電力は、特にバッテリ駆動型ポータブルデバイスにとって深刻な障害である。
また、スマートアンテナの幾何学的な大きさは、小型ポータブルデバイスにとって更なる大きな制限である。
【００１２】
従来技術において知られるスマートアンテナは、基板上の正方配列に配置された放射素子（例えば、１６個）のネットワークを含む。各放射素子は、波長の半分の寸法（すなわち、６０ＧＨｚの範囲の場合は２．５ｍｍ）を有し、アンテナ素子間の空間は、少なくとも波長の１／４分なければならない。その結果、スマートアンテナの表面はかなり広く、ポータブルデバイスに一体化するにはかなり不都合である。特にアンテナの製造時に使用された材料が半導体技術に基づく基板を含む場合、これによりコストは上昇する。後者の場合、ポータブルデバイスの大量販売用の生産のための最終コストは非常に高くなる恐れがある。
【００１３】
ＰＣＢパッチを使用する平面操縦アンテナは、Ｓｉｂｅａｍ（製品ＳＢ９２２０／ＳＢ９２１０）により提案されている。このアンテナは、所定の方向の大きな集合にエネルギーを送出する。可能な方向の数は、放射素子の数の関数である。
【００１４】
しかし、そのような設計に対して多くの放射素子が必要である。アンテナ素子間の相互インダクタンスは、この技術にとって重大な欠点であり、結果として結合を介してエネルギーを浪費することになる。更に、固有対称性により、エネルギーは望ましくない方向に送出される。別の欠点は、各放射素子に送出される信号の振幅及び位相の双方を適応させる必要があることである。そのような動作は、６０ＧＨｚの周波数ではコストがかかる。
【００１５】
既知の方法として、球面電磁レンズは、操縦可能なアンテナにおいて使用される。基本概念は、Ｒ．  Ｌｕｎｅｂｕｒｇ（Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｐｒｅｓｓ、１９６４年）に記載されている。球面レンズは、減少する屈折率の傾斜を有する誘電材料から形成される。レンズ（一般にルネベルグレンズと呼ぶ）の相対比誘電率は、以下の規則に従い、レンズの半径方向位置ｒと共に変動する。
【００１６】
εr (r) = 2 - (r/R)2  （ｒ  ＝  ０，．．，Ｒ）
水平のビームは、縁端に沿っていくつかの細いビームでレンズに放射することで適切に制御される。ルネベルグレンズは、多くの用途、主にレーダ反射器及び高高度プラットホーム受信機を備える用途において使用されうる。球状のレンズが主に使用される。
【００１７】
ルネベルグレンズの２つの実装技術が既知であり、それらは、Ｓ．  Ｒｏｎｄｉｎｅａｕ、Ｍ．  Ｈｉｍｄｉ、  Ｊ．  Ｓｏｒｉｅｕｘ、Ａ  Ｓｌｉｃｅｄ  Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｌｕｎｅｂｕｒｇ  Ｌｅｎｓ、ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｐｒｏｐａｇａｔ．  Ｌｅｔｔ．、２（２００３年）、１６３〜１６６ページに記載されるように、ドリルで穴をあけること、又は、国際公開第２００７／００３６５３号に記載されるように、異なる離散比誘電率（誘電率とも呼ぶ）を有する複数の誘電材料を使用することから成る。
【００１８】
最初に引用された上述の実装技術に関して、ルネベルグの法則は、均質な誘電材料においてドリルで穴をあけることにより近似される。空気は、これらの穴を満たし、ドリル穴の数及び位置に従って誘電率を局所的に変化させる。ルネベルグの法則に適切に近似するためには、数千の穴が必要だろう。結果として得られる穴の密度は、特にレンズの外側境界線の近傍で高くなる。従って、結果として得られる電磁レンズは、壊れやすく、製造が非常に困難である。特に、電磁レンズの寸法が小さい場合、その大量生産は、コスト及び時間に関して最適化が困難である。
【００１９】
２番目に引用された実装技術に関して、誘電材料体（a dielectric material body）は、種々の均質な誘電材料の階層積層である。各層は異なる誘電率定数を有する。しかし、誘電材料体はモノリシックではないため、ある特定のエアギャップが、誘電材料体を構成する誘電材料の層の間に現れる恐れがある。この結果、性能は低下し、誘電材料体が電磁レンズとして使用される場合は、常に最終製品の品質に影響を及ぼす恐れがある。また、異なる離散誘電率を有する材料を使用しても、誘電材料体内で平滑な誘電率の変動を有することは不可能である。
【００２０】
その結果、これらの２つの製造技術では、高品質の誘電材料体及び電磁レンズを生産できない。更に、そのようなアンテナシステムは、組み立てが困難であり、高いエネルギー消費量を有する。
【００２１】
使用可能な製品は、殆どが低所で放射線を発することができる衛星通信用パラボラアンテナの代替物である。しかし、それらは、上下に定角及び水平にビームステアリングを必要とする用途には適さない。
【００２２】
また、ビーム形成及びビームステアリングの技術は従来技術において説明される。国際公開第２００９０１３２４８号において、アンテナシステムは、狭ビーム又はセクタ形の（すなわち、広）ビームを構成できるレンズに基づいて考慮される。アンテナシステムは、再構成可能な放射図を有する。このアンテナは、車載レーダの用途に非常に適しているが、無線ポータブルデバイスに対しては制限がある。ポータブルデバイスにおいてそれらを使用することは、球面レンズ又は半球型レンズがとる形態及び容積のために適合しない。上記のアンテナを製造することも、産業的な見地から困難である。特に、球面レンズ又は半球型レンズを形成する同軸の均質な誘電体球殻の組み立ての問題が残る。特に、１６個の異なる方向の狭ビームに対する１６０°及び１０°の方位角の要件を考慮する場合、所定の平面におけるアンテナ源の数も大きな制限である。従って、この実装は適さない。
【００２３】
米国特許第６，５４９，３４０（Ｂ１）号公報及び米国特許第６，５９２，７８８（Ｂ１）号公報において、更なる製造方法が記載されている。
米国特許第６，５４９，３４０（Ｂ１）号公報において、誘電体レンズは、膨張性材料の射出成形により製造される。誘電材料体は、合成樹脂、発泡剤及び誘電率調整剤から構成される。誘電材料は、粒体を均一に分散することで誘電性が規定される粒状凝集体から構成される。粒体は、誘電材料体全体を凝固するために境界が結合される熱可塑性材料である。この均質な誘電材料体は、衛星応用において使用されるアンテナシステムの焦点調整装置であるルネベルグレンズを形成する。製造方法は球面レンズを生成するように構成されるが、結果としてその実装は、多くのものを必要とし、非常にコストがかかる。更に、レンズは、ルネベルグの法則又はマクスウェルの法則に近似するように均質な誘電材料のいくつかの層を適用することで実現されるため、層の間のエアギャップの問題が解決されない。
【００２４】
米国特許第６，５９２，７８８（Ｂ１）号公報において、合成樹脂、発泡剤及び誘電率調整剤を含む膨張性材料の射出成形に基づく誘電体レンズの製造方法が記載されている。この方法は、一定の誘電率を有するレンズを製造することに適しており、この方法では、誘電材料体がルネベルグの法則又はマクスウェルの法則等の所定の法則を実現する電磁レンズは製造できない。
【００２５】
本発明は、上記を念頭において考案されている。
【発明の概要】
【００２６】
第１の態様によると、本発明は、少なくとも１つの方向に所定の誘電率の変動を有する誘電材料体を製造する製造方法であって、少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を整形するステップと、整形された誘電材料体を少なくとも部分的に形成するステップとを備え、前記ステップは、整形及び形成された誘電材料体が前記少なくとも１つの方向に所定の誘電率を有するように構成される製造方法に関する。
【００２７】
尚、誘電材料体は、単一の誘電材料ブロックから形成されるか、あるいは、誘電材料体が主に多層積層又はブロック毎の積層の結果として得られる既知の技術とは部分的に異なるように形成される。従って、本発明に係る単一の誘電材料体は、従来技術のように、種々の誘電率値の層の間の可能なエアギャップの影響を受けない。
【００２８】
ここで、単一の材料ブロック又は処理の開始時に存在する部分に対する、方法のステップにより与えられる変換の結果として、製造方法により得られる単一の誘電材料体は、誘電率が変動する。
この元の単一の材料ブロックは元の誘電率を有し、この材料ブロックに適用された方法のステップは、元の誘電率とは異なる所望の誘電率の変動が得られるように材料内の誘電率を変更する。
これに対して、従来技術において、組み立て前に異なる層に存在する元の誘電率値は、組み立て後も変化しない。
単一の誘電材料体は、モノリシック連続体とみなされてもよい。
【００２９】
整形ステップ及び形成ステップは、誘電率の所定の変動を誘起するように製造中に協働する。形成ステップは、整形された誘電材料体を少なくとも部分的に変形させるサブステップを更に含んでもよい。整形された誘電材料体の変形サブステップにより、誘電材料体の最終形状（例えば、球状又は円筒形状）を実質的に得ることが可能になる。
【００３０】
形成ステップは、整形された誘電材料体を固定するサブステップを更に含んでもよい。特に、誘電材料体が弾性材料又は可撓性材料を含む場合、整形及び変形された誘電材料体は、最終形態を維持するように固定される。
【００３１】
可能な応用例において、変形サブステップは、圧縮力を整形された誘電材料体の少なくとも一部に加えることを含む。変形サブステップの間圧縮力を加えることは、製造方法の好適な実現例の一部である。弾性誘電材料及び非弾性（硬質）誘電材料の双方は、整形された誘電材料体の最終形態が得られるように圧縮されてもよい。尚、本発明の意味の範囲内の硬質、すなわち非弾性誘電材料は、その後整形されるように加熱される必要がある誘電材料である。
【００３２】
可能な特徴によると、整形された誘電材料体は、変形された誘電材料体を少なくとも部分的に圧縮するエンクロージャにより少なくとも部分的に囲まれてもよい。軟質、すなわち弾性の誘電材料体は、変形サブステップ後に機械的に維持される必要がある。
【００３３】
更なる可能な特徴によると、整形された誘電材料体を少なくとも部分的にカプセル化（encapsulated）するエンクロージャは、変形された誘電材料体を少なくとも部分的に共に圧縮する少なくとも２つの板を含む。この圧縮装置は、特に単純で実現し易い。
【００３４】
製造方法の可能な一実現例において、整形された誘電材料体を固定する固定サブステップは、エンクロージャを構成する少なくとも２つの部分を共に定着させることを含む。整形及び形成された軟質誘電材料は、特に、形成ステップが誘電材料の弾性分域において実質的に行われる時にエンクロージャによって維持される必要がある。
【００３５】
別の可能な特徴によると、変形サブステップは、膨張力又は拡張力を整形された誘電材料体の少なくとも一部に加えることを含む。更なる可能な特徴によると、変形サブステップは、整形された誘電材料体の少なくとも一部を加熱することを含む。加熱することは、実質的に、整形された誘電材料体の変形を制御し且つ容易にするために使用される。加熱することは、硬質、すなわち非弾性誘電材料に適用された変形サブステップの間必要である。
【００３６】
可能な特徴によると、整形ステップは、少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を切り取ることを含む。誘電率の変動は、主に整形ステップにより判定される。あるいは、整形ステップは、少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を成形することを含むのが有利だろう。
従って、整形された誘電材料体の製造を正確に再現することがより容易となりうる。
【００３７】
可能な特徴によると、誘電材料は実質的に均質であり、誘電材料体の形状は、該誘電材料体の少なくとも１つの方向で得られる誘電率の変動と実質的に関係するように選択される。
【００３８】
可能な一実現例において、誘電材料は発泡材料である。そのような材料は、整形が容易なことを証明する。
【００３９】
更なる可能な特徴によると、誘電材料体は円筒形状を有する。従って、誘電率の変動の法則はいずれの半径方向でも同一である。
【００４０】
誘電材料体が円筒形状を有する場合、少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を整形するステップは、該円筒形の誘電材料体の高さの変動が、誘電材料体の誘電率の変動の所定の法則に実質的に対応するように、該少なくとも１つの方向に前記変動を調整することを含む。
【００４１】
また、誘電材料体が円筒形状を有する場合、少なくとも１つの方向に誘電材料体の少なくとも一部を整形するステップは、該円筒形の誘電材料体の高さの変動が該誘電材料体の誘電率の変動の所定の法則の離散近似に実質的に対応するように、該少なくとも１つの方向に該変動を調整することを含む。従って、誘電率の段階的な変動は、この製造方法により実現されうる。所望の法則の可変傾斜及び他のあらゆる近似（例えば、スプライン関数を使用することによる）等の他の変動も、製造方法により取得されうる。
【００４２】
別の態様によると、また、本発明は、単一の誘電材料体から形成され且つ所定の誘電率の変動を有する新しい種類の誘電材料体に関する。
【００４３】
可能な特徴によると、誘電材料体は、少なくとも１つの方向に可変サイズの気孔（又は胞）を含む。誘電率の傾斜的変動も、製造方法により実現されうる。
【００４４】
更に誘電材料体は、該誘電材料体の少なくとも１つの方向に誘電率の変動の所定の法則に実質的に対応するように構成される気孔（又は胞）のサイズの変動を有する。これは、誘電率の変動の所定の法則を調整することで気孔のサイズの変動が調整されうる新しい種類の誘電材料である。
【００４５】
可能な特徴によると、誘電材料体は、該誘電材料体の少なくとも１つの方向に誘電率の変動の所定の法則の離散近似に実質的に対応するように構成される気孔（又は胞）のサイズの変動を有する。誘電率の変動の法則のあらゆる種類の離散近似に従う気孔のサイズの変動を有する新しい種類の誘電材料が取得されうる。
【００４６】
別の可能な特徴によると、誘電材料体は、気孔（又は胞）を含み、各領域に異なるサイズの気孔（又は胞）を含む少なくとも２つの領域を有する。誘電率の変動を提供するために、異なる材料を組み立てる必要はない。
【００４７】
可能な特徴によると、気孔は、配置される領域に従って異なる方法で事前に圧縮又は膨張されている。
【００４８】
可能な特徴によると、誘電材料体は、中央領域及び周辺領域を有し、誘電材料体の誘電率の低下又は上昇に対応するために、該中央領域から該周辺領域に拡張する方向に沿って気孔（又は胞）のサイズは拡大又は縮小している。
【００４９】
別の可能な特徴によると、誘電材料体は、中央領域及び周辺領域を有し、誘電材料体の誘電率の上昇又は低下に対応するために、中央領域から周辺領域に拡張する方向に沿って体積単位毎の気孔（又は胞）の局所数は増加又は減少している。
【００５０】
別の態様は、上述の態様のいずれかに係る誘電材料体を使用することである。電磁レンズを製造するためにそのような誘電材料体を使用することは、多くの可能な使用方法の１つである。
【００５１】
更に別の態様によると、また、本発明は、所定の誘電率の変動を有する誘電材料体を備える電磁レンズに関する。新しい種類の誘電材料体は、電磁レンズとして使用されるのに非常に適している。しかし、他の多くの技術的応用が可能である。
【００５２】
更なる一態様によると、また、本発明は、所定の誘電率の変動を有する誘電材料体である電磁レンズを備えるアンテナに関する。新しい種類の誘電材料体は、誘電材料体が電磁レンズとして使用されるアンテナシステムにおいて使用されるのにも非常に適している。しかし、他の多くの産業用途が可能である。
【００５３】
別の態様によると、また、本発明は、誘電材料体を整形及び形成するステップと、エンクロージャにより整形及び変形された誘電材料体を囲むステップとを備える誘電材料体及びエンクロージャから構成された電磁レンズを製造する方法に関する。
【００５４】
この製造方法の可能な特徴によると、エンクロージャは、電磁レンズを伝播する際に電磁波を誘導するように構成された金属材料を備えてもよい。既に言及したように、軟質誘電材料体は、誘電材料体を機械的に維持するためにエンクロージャにより（少なくとも部分的に）カプセル化される必要がある。そのような場合、金属エンクロージャは、レンズを伝播する際に電磁波を誘導する追加機能も有してもよい。
【００５５】
電磁レンズの製造方法の別の可能な特徴によると、エンクロージャは、塑性材料と、エンクロージャ境界部分の金属化部分である少なくとも１つの電磁遮蔽材料とを備えてもよい。
【００５６】
別の態様によると、また、本発明は、上述の方法のいずれか１つに従って製造される電磁レンズを備えるアンテナの製造に関する。
【００５７】
添付の図面を参照して限定しない例として与えられた以下の説明から、他の特徴及び利点が明らかになるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１ａ】本発明の一実施形態に係る誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態に係る誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図１ｃ】本発明の一実施形態に係る誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図１ｄ】本発明の一実施形態に係る誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図２ａ】ルネベルグの法則に従う誘電率の変動を示す図である。
【図２ｂ】誘電材料体を製造し且つルネベルグの法則に対応する誘電率を有するために用いる圧縮率を示す図である。
【図２ｃ】圧縮される前にルネベルグの法則に従って整形された誘電体の形状を示す図である。
【図３ａ】マクスウェルの法則に対応する誘電率を有する誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図３ｂ】マクスウェルの法則に対応する誘電率を有する誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図４ａ】所望の誘電率の変動の離散近似に従って誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図４ｂ】所望の誘電率の変動の離散近似に従って誘電材料体を製造する方法を示す図である。
【図５】硬質発泡材料のブロックから開始する電磁レンズの製造工程を示す図である。
【図６】本発明に係るアンテナシステムにおける電磁レンズの種々の構成要素の可能な配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
次に、本発明の一般的な一実施形態に従って、所定の誘電率の変動を有する誘電材料体を製造する方法を説明する。
【００６０】
本実施形態によると、誘電材料体（a dielectric material body）は、単一の誘電材料のブロック、又は、いくつかのブロック、部品又は層の組み立て又は積層に起因しない断片から製造される。
前記誘電体ブロックは、場合によっては軟質（弾性）誘電材料又は硬質（非弾性）誘電材料から構成されうる。
【００６１】
誘電材料の例は、使用されたプレス機械モデル、並びに圧縮及び温度に関するその性能に応じて、且つ応用が電磁レンズに向けられる場合にはレンズのサイズに応じてＤＩＶＩＮＹＣＥＬＬ  Ｈ又はＲＯＨＡＣＥＬＬ  ＩＧ、Ａ、ＨＦ及びＷＦである。これらの材料に関する更なる情報は、以下のウェブサイト、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉａｂｇｒｏｕｐ．ｃｏｍ／ｅｕｒｏｐｅ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／ｅ＿ｄｉｖｉｎｙｃｅｌｌ＿ｆ．ｈｔｍｌ及びｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｏｈａｃｅｌｌ．ｃｏｍ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｒｏｈａｃｅｌｌ／ｅｎ／ａｂｏｕｔ／ｐａｇｅｓ／ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐｘを参照してもよい。
【００６２】
単一の誘電体ブロックから開始する図１ａ及び図１ｂにおいて、製造方法の第１のステップを示す。図１ｃ及び図１ｄは、前記製造方法の説明を更に完全なものにする。
【００６３】
軟質誘電材料ブロック又は硬質誘電材料ブロックから開始する製造方法が適用されてもよい。
例として、この方法は電磁レンズを製造するために使用されてもよい。例えばそのような製造レンズは、放射アンテナ素子、導波管及びケースを備えるアンテナシステムに組み込まれてよい。
【００６４】
図１ａに示されるような製造方法の第１のステップにおいて、気孔又は胞１１０を含む軟質誘電材料又は硬質誘電材料から構成された単一の均質な発泡板又は発泡ブロック１００が提供される。発泡板１００は、Ｚ軸に従う断面図で示され、Ｘ軸に沿って拡張する。発泡体１００の相対誘電率εｒは、以下の式により求められうる。
【００６５】
εｒ  ＝  （εｇａｓ  ＊  Ｚｇ  ＋εｒ０  ＊  Ｚｍ）／（Ｚｇ  ＋  Ｚｍ）
式中、εｇａｓは、気孔１１０に含まれた気体の誘電率を表し、εｒ０は、気孔間の材料の誘電率を表す。また、記号Ｚｇは、Ｚ軸に従う発泡体の断面に存在する各気泡の寸法の合計を表し、Ｚｍは、Ｚ軸に従う発泡体の総厚さを表し、これは合計Ｚｇではない。気孔に密閉された気体は、空気、二酸化炭素、窒素又は真空の誘電率に近い誘電率を有する他のあらゆる気体であってもよい。気孔は空隙であってもよく、その場合、気孔の誘電率はε０  ＝  １である。
【００６６】
製造方法における、上記に続くステップにおいて、発泡板１００（誘電材料体）は、図１ｂに示されるように所望の誘電率の変動の法則の転換により又はそれに従って少なくとも１つの方向に整形される。
【００６７】
図１ｂに示されるように、ブロック１００の周辺のゾーン又は縁端の高さは、周辺ゾーンより高い中央ゾーンを維持するように材料を切り取ることで低くされており、高さは平滑に低くなる。従って、高さの変動はこのように調整される。整形された発泡板１０１は、元の発泡板又は発泡ブロック１００を成形することで取得されてもよい。
【００６８】
次のステップは、整形された発泡板を少なくとも部分的に形成するステップである。
【００６９】
このステップにおいて、整形された発泡板１０１は、圧縮力を加えられることで変形する。以下において詳述されるように、場合によっては、整形された発泡板１０１は、圧縮フェーズの前又は圧縮フェーズ中にも加熱されてもよい。
【００７０】
機械圧力は、いくつかの方向に且つ誘電材料体のいくつかの部分に加えられてもよい。ここでは簡略化するために、整形された発泡板１０１は、Ｚ軸方向にのみ圧縮される。その結果、気孔は、楕円形状であると仮定されてもよく、あるいはＺ方向に平たくされる不規則に規定された形態になってもよい。
【００７１】
発泡体が圧縮前及び圧縮中にも加熱される場合、気孔に含まれた気体が該気孔からなくなることがあり得、その結果、望ましくない著しい半径方向の変形は避けられる。これにより、気孔の形状及び寸法を制御できるようになる。特に前記誘電材料が例えば電磁レンズとして使用される場合、気孔の最大寸法を制御する必要がある。そのような場合、最大寸法は、電磁レンズを放射するために使用された波長の１／１０を超えるべきではない。温度を制御することで気孔の形状及び寸法を制御できるようになる。
【００７２】
図１ｃは、整形された板１０１の上側又は下側に配設された上部板１２０及び下部板１２１によりかけられた圧縮力の一実現例を示す。図１ｃは、圧縮力が加えられる前の状況を示す。
【００７３】
誘電材料が軟質の場合、発泡板１０１は、圧縮を開始するとすぐに図１ｄの断面図に示された矩形形状１０２になる。整形された発泡板１０１は、矢印の方向に従って互いにより近接する２つの板１２０と１２１との間で弾性的に変形している。次に２つの板１２０及び１２１は、発泡板１０２に対するエンクロージャを形成するように固定位置に維持される必要がある。より具体的には、２つの板は、誘電材料体を定着させるように例えば接着により変形及び整形された発泡板１０２に固定される。
この機械的なエンクロージャに含まれた発泡板１０２は、所定の誘電率の変動を有する。
【００７４】
誘電材料が硬質の場合、発泡板１０１は、軟化されるように最初に加熱される必要がある。圧縮を開始すると、加熱及び整形された発泡板１０１は、矢印の方向に従って互いにより近接する２つの板１２０と１２１との間で永続的に（弾性を超えて）変形する。発泡板１０２は、図１ｄの断面図に示された矩形形状になる。この変形は冷却後も永続し、板１２０及び１２１は除去可能である。発泡板１０２は、所定の誘電率の変動を有する。
【００７５】
尚、発泡板又は発泡ブロックが軟質の場合、発泡材料が板１２０及び１２１の長さ（２Ｒの直径）を超えてＸ軸方向に沿って更に変形すること（望ましくない半径方向の変形）を防止するために、追加の側板（不図示）は、板１０１の側辺に対して配設される（板１０１のこれらの側辺は、それぞれ板１２０及び１２１と接触する上側及び下側に隣接する）。
そのような追加の側板は、硬質誘電材料が整形される前に軟化されている場合にも使用されてもよい。
【００７６】
整形及び変形された発泡板の中央領域（体積値ｘは、Ｘ軸１５０に沿う０値に近接する）に近接する気孔の体積は減り、その誘電率はεｒ０に近接する。一方、周辺領域（体積値ｘは、Ｘ軸１５０に沿う値−Ｒ及びＲに近接する）において、整形及び変形された発泡板の誘電率はεｇａｓに近接する。結果として得られる整形及び変形された発泡板の誘電率εｒは、Ｘ軸１５０に対応して軸１４０上に示される（図１ｄ）。
【００７７】
図１ｄに示されるように、誘電率の変動又は傾斜は単一の均質な材料において発生し、結果として得られる誘電材料体１０２は、異なる誘電率値を有するあらゆる種類のいくつかの材料の積層又は組み立てではない。誘電材料体１０２は、Ｘ軸方向に可変サイズの気孔又は胞を含む。
【００７８】
気孔又は胞のサイズの変動は、誘電材料体の少なくとも１つの方向における誘電率の変動の所定の法則に、実質的に対応するように適応される。誘電材料体１０２は、所定の誘電率の変動を特徴とする。誘電材料体１０２は、各領域に気孔又は胞を含む少なくとも２つの領域を有する。一方の領域は、他方の領域の気孔の１つ又は複数のサイズとは異なる少なくとも１つのサイズを含む気孔を有する。この他方の領域は、第１の領域と隣接してもよい。
【００７９】
特に、誘電材料体１０２は、中央領域１３０及び周辺領域１３２を有する。気孔又は胞のサイズは、中央領域から周辺領域に拡張する方向に誘電材料体の誘電率の低下に対応するために、該方向に沿って拡大している。
【００８０】
換言すると、体積単位毎の気孔又は胞の局所数は、該方向において誘電材料体の誘電率の低下に対応するために、中央領域から周辺領域にかけて減少している。
【００８１】
既に言及したように、誘電率の特定の法則は製造方法において使用されてもよい。説明のため、ルネベルグレンズを製造するために、製造方法の一実現例を説明する。レンズの相対比誘電率は、図２ａに示されるように以下の規則に従い、レンズの正規化半径方向位置ｘに従って変動する。
εｒ（ｘ）  ＝  ２  −  ｘ２
（ｘが［−１，．．，０，．．，１］に属する場合）
採用される発泡板の形態を判定するために、先行する式は、ＺｇとＺｍとの関係を以下のように生成する。
（εｇａｓ  ＊  Ｚｇ  ＋  εｒ０  ＊  Ｚｍ）／（Ｚｇ  ＋Ｚｍ）  ＝  ２  −  ｘ２
（ｘが］−１，１［に属する場合）
ＺｇとＺｍとの合計として形状Ｚを示すと、以下の関数は、間隔］−１，１［に属するｘ値毎に求められ、発泡体の形状を正確に記述する。
Ｚ（ｘ）  ＝  Ｚｍ  ＊  （１  ＋  （２  −  εｒ０  −ｘ２）／（ｘ２  −１））
（ｘが］−１，１［に属する場合）
記述の残りの部分において、簡略化のために、εｇａｓ  ＝  １及びεｒ０  ＝  ２．２である。その結果、適用すべき圧縮率Ｚ（ｘ）／Ｚｇ（ｘ）は、図２ｂに示されるように得られる圧縮率である。
【００８２】
所望の誘電率の法則に従う整形の結果として得られる発泡板２００の最終形状（２つの板２１０及び２１１を使用した圧縮前）を図２ｃに示す。ここで、デカルト座標系２２０が使用される。図１ｄの軸１４０及び１５０と同一の意味を有する軸２２１及び２２２が更に使用される。
【００８３】
更に例として、本発明の製造方法において他の誘電率の法則が使用されてもよい。
例えば、マクスウェル誘電率の法則を図３ａに示す。
図３ｂは、結果として得られる整形及び変形された誘電材料体においてマクスウェルの法則を帰納するように適切に整形される誘電材料体２００を示す。
【００８４】
本発明に係る製造方法の更なる実現例により、個別の階段を介して誘電率の変動を実現できるようになる。そのような場合、誘電率の変動の法則は、図４ａに示されるような誘電材料体において（切り取ることで）整形されている個別の階段により近似される。先の実施形態と同様に、誘電材料体２００は単一の誘電材料ブロックである。
【００８５】
整形された誘電材料体２００の圧縮中、板４１０及び４１１は、共により近接しており、図４ｂに示されるような位置に到達する。結果として得られる整形及び変形された誘電材料体４００は、モノリシック連続体を介した個別の階段により変動する誘電率を有する。
【００８６】
誘電材料が硬質、すなわち非弾性である場合、圧縮前及び圧縮中に更なる加熱が必要である。圧縮及び冷却後、発泡板４００の形態が固定されると、金属板４１０及び４１１は除去することが可能である。
【００８７】
軟質誘電材料の場合、圧縮後、発泡板は、板４１０及び４１１を含むエンクロージャ内に固定又は維持される必要がある。これらの板は、例えば接着により発泡板に定着又は固定される。
【００８８】
双方の場合、この実現は、誘電材料体が単一の材料の断片又は部品から形成され且つ連続体であることが好ましいために、領域間のエアギャップのリスクを全く有さずに、図４ａの個別の階段部又は肩部の場所と幾何学的に対応して誘電率の異なる領域を有する誘電材料体に対応する。換言すると、これはモノリシック連続体であると考えられてもよい。
【００８９】
図５は、誘電率の段階的な変動を有する誘電材料体の製造工程を示す。ＤＩＶＩＮＹＣＥＬＬ型の硬質誘電材料のブロック５００は、最初に整形されて階段形式５０１を得る。例として、材料は、次に約６０℃まで加熱され、その後約１０バールの圧縮力により且つ４の圧縮率で圧縮される。圧縮板はここでは示されない。そして、発泡板は、結果として耐久形５１０となる。
【００９０】
尚、上述の全ての実施形態に適用されてもよい加熱温度は、材料に応じて５０℃〜１００℃の範囲内であってもよい。加えられる圧力は、７バール〜１５バールであってもよい。用途に応じて他の種類の誘電材料が使用されてもよい。
【００９１】
表示５２０は発泡板５１０の上面図であり、表示５３０はその底面図である。発泡板５１０は、場合によっては、図中符号５４０で示される機械的なエンクロージャ内に搭載され、且つ天板５４１及び底板５４２を含んでもよい。囲まれた発泡板５４０は、電磁レンズとして使用されうる。天板５４１及び底板５４２が金属材料を含む場合、機械的なエンクロージャは、レンズにおいて電磁波を更に誘導する。
【００９２】
より一般的には、方法の上述の実施形態に従って製造されている整形及び変形された誘電材料体は、多くの異なる用途において使用されてもよい。
【００９３】
ある特定の用途において、製造された誘電材料体は、アンテナシステムに組み込まれうる電磁レンズとして使用される。そのような場合、製造された誘電材料体は、軟質誘電材料体を圧縮するかあるいは単に硬質誘電材料体を囲むエンクロージャにより少なくとも部分的にカプセル化（encapsulated）される。このエンクロージャは、金属材料から構成された２つの板から成るのが有利である。あるいは、エンクロージャは、エンクロージャの塑性部分と誘電材料体との間に配設された境界部分上に電磁遮蔽材料の役割をする少なくとも１つの金属化部分を有する塑性材料を更に備えてもよい。
【００９４】
図６は、エンクロージャ内にカプセル化された図１ｄの誘電材料体１０２を示す。
図６において、エンクロージャは、整形及び変形された誘電材料体１０２をカプセル化する天板６００及び底板６１０である２つの金属板を含む。板６００及び６１０は、それらの間に電磁レンズをしっかりと維持するように互いに固定される。例えば双方の部品６００及び６１０は、図６には示されないねじにより共に組み立てられる。
【００９５】
また、図６の断面図に示されるように、エンクロージャの金属部分は、マイクロストリップライン６３０と誘電材料体１０２との間に形成されたリッジ導波管６２０を含む。導波管は、マイクロストリップライン６３０を介して基板６４０上に配設された電子部品６５０から発生するＲＦ電気信号をｍアンテナ素子として電磁レンズ１０２を通して放射される電磁ＲＦ信号に変換する。
【図１ａ】
2015505182.tif 000003
【図１ｂ】
2015505182.tif 000004
【図１ｃ】
2015505182.tif 000005
【図１ｄ】
2015505182.tif 000006
【図２ａ】
2015505182.tif 000007
【図２ｂ】
2015505182.tif 000008
【図２ｃ】
2015505182.tif 000009
【図３ａ】
2015505182.tif 000010
【図３ｂ】
2015505182.tif 000011
【図４ａ】
2015505182.tif 000012
【図４ｂ】
2015505182.tif 000013
【図５】
2015505182.tif 000014
【図６】
2015505182.tif 000015
【国際調査報告】
2015505182.tif 000016
2015505182.tif 000017
2015505182.tif 000018