(57)【要約】  本開示の少なくともいくつかの態様は、電磁波を伝搬するための導波管を特徴とする。導波管は、基材と、あるパターンで配置された複数の共振器とを含み、複数の共振器は、共振周波数を有する。複数の共振器のそれぞれは基材の比誘電率より高い比誘電率を有している。複数の共振器のうちの少なくとも２つは、共振器のうちの第１共振器の中心と、共振器のうちの隣接する第２共振器の中心との間の距離を規定する格子定数に従って、離れている。
2018514164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの送受信機と、
前記２つの送受信機に電磁結合された、電磁波を伝搬するための導波管であって、前記導波管は、基材と、あるパターンで配置された複数の共振器とを備え、前記複数の共振器は共振周波数を有している、導波管と、を備える装置であって、
前記複数の共振器のそれぞれは、前記基材の比誘電率より高い比誘電率を有し、
前記複数の共振器のうちの少なくとも２つは、前記共振器のうちの第１共振器の中心と、前記共振器のうちの隣接する第２共振器の中心との間の距離を規定する格子定数に従って、離れている、装置。
【請求項２】
基板を更に備え、前記導波管が前記基材の上に配置される、又は前記基板と一体化されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記導波管は可撓性である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の共振器が、前記基材内、又は前記基材上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記基材は、前記複数の共振器の少なくともいくつかの上にコーティングされている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記２つの送受信機のうちの第１送受信機に電気結合され、第１感知信号を生成するように構成された、第１センサを更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記格子定数は、前記電磁波の前記波長未満である、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の共振器の前記共振周波数は、前記電磁波の周波数に少なくとも部分的に基づいて選択される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記複数の共振器のそれぞれは、前記基材の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の共振器が、一種のドープ又は非ドープのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、バリウムストロンチウムチタン酸塩（ＢａＳｒＴｉＯ３）、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、チタン酸カルシウム銅（ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムチタン酸鉛（ＰｂＭｇＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３．−ＰｂＴｉＯ３）、鉄チタンタンタレート（ＦｅＴｉＴａＯ６）、Ｌｉ及びＴｉで共ドープしたＮｉＯ（Ｌａ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４、Ｎｄ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４）、並びにこれらの組み合わせで作製されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記基材は、テフロン（登録商標）、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリウレタン、ポリエチレン、及びフッ素化エチレンプロピレンのうちの少なくとも１つを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置を備える、ウェアラブル装置。
【請求項１３】
第１及び第２送受信機と、
前記第１送受信機と前記第２送受信機との間に延び、これらと結合された導波管を形成する、共振器の規則的アレイとを備える、無線通信システム。
【請求項１４】
前記導波管は非線形部分を含む、請求項１３に記載の無線通信システム。
【請求項１５】
電磁波を伝搬するための導波管であって、
共振周波数を有する複数の共振器を備え、
前記複数の共振器のそれぞれは、基材でコーティングされ、
前記複数の共振器のそれぞれは、前記基材の比誘電率より高い比誘電率を有する、導波管。
【請求項１６】
前記複数の共振器のそれぞれは、前記基材の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する、請求項１５に記載の導波管。
【請求項１７】
電磁波を伝搬するための導波管であって、
基材と、
それぞれが、第１の大きさを概ね有する、誘電体共振器の第１セットと、
それぞれが、前記第１の大きさよりも大きい、第２の大きさを概ね有する、誘電体共振器の第２セットとを備え、
前記第１セット及び前記第２セットの誘電体共振器のそれぞれは、前記基材の比誘電率より高い比誘電率を有する、導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、誘電体共振器、及び結合装置を使用する導波管に関する。
【発明の概要】
【０００２】
本開示の少なくともいくつかの態様は、２つの送受信機と、この２つの送受信機に電磁結合された、電磁波を伝搬するための導波管とを備える、装置を特徴とする。導波管は、基材と、あるパターンで配置された複数の共振器とを含み、複数の共振器は、共振周波数を有する。複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率より高い比誘電率を有する。複数の共振器のうちの少なくとも２つは、共振器のうちの第１共振器の中心と、共振器のうちの隣接する第２共振器の中心との間の距離を規定する格子定数に従って、離れている。
【０００３】
本開示の少なくともいくつかの態様は、第１及び第２送受信機と、第１送受信機と第２送受信機との間に延び、これらと結合された導波管を形成する、共振器の規則的アレイとを備える、無線通信システムを特徴とする。
【０００４】
本開示の少なくともいくつかの態様は、電磁波を伝搬するための導波管であって、共振周波数を有する複数の共振器を備え、複数の共振器のそれぞれが、基材でコーティングされ、複数の共振器のそれぞれが、基材の比誘電率よりも高い比誘電率を有する、導波管を特徴とする。
【０００５】
本開示の少なくともいくつかの態様は、電磁波を伝搬するための導波管であって、基材と、誘電体共振器の第１セットと、誘電体共振器の第２セットとを備える、導波管を特徴とする。第１セットの誘電体共振器のそれぞれは、第１の大きさを概ね有する。第２セットの誘電体共振器のそれぞれは、第１の大きさよりも大きい、第２の大きさを概ね有する。第１セット及び第２セットの誘電体共振器のそれぞれは、基材の比誘電率より高い比誘電率を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなし、記載と共に本発明の利点及び原理を説明する。図面中、
【０００７】
【図１】高誘電性共振器を備える導波管を含む、代表的なシステム又は装置を示す、ブロック図である。
【０００８】
【図２Ａ】ＨＤＲを備える導波管を使用した、通信システムの一実施例の概念図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示される通信システムのＥＭ振幅プロットである。
【図２Ｃ】ＨＤＲを備えるものと、備えないものとの、図２Ａに示される通信システムの比較プロットである。
【０００９】
【図２Ｄ】ＨＤＲを備える導波管を使用した、通信システムの一実施例の概念図である。
【図２Ｅ】図２Ｄに示される通信システムのＥＭ振幅プロットである。
【図２Ｆ】ＨＤＲを備えるものと、備えないものとの、図２Ｄに示される通信システムの比較プロットである。
【００１０】
【図３Ａ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｂ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｃ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｄ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｅ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｆ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【図３Ｇ】ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を示す図である。
【００１１】
【図４Ａ】ＨＤＲの構造に使用され得る様々な形状を示すブロック図である。
【図４Ｂ】ＨＤＲの構造に使用され得る様々な形状を示すブロック図である。
【図４Ｃ】ＨＤＲの構造に使用され得る様々な形状を示すブロック図である。
【００１２】
【図４Ｄ】基材でコーティングされた球形のＨＤＲの実施例を示すブロック図である。
【００１３】
【図５Ａ】ＨＤＲを有する導波管を使用した、ボディ・エリア・ネットワーク（「ＢＡＮ」）の実施例を示す図である。
【００１４】
【図５Ｂ】通信システムにおいて使用される導波管の実施例を示す図である。
【００１５】
【図５Ｃ】エンクロージャに使用される、通信システムの実施例を示す図である。
【００１６】
【図６】遮断構造と共に使用される、通信装置６００の一実施形態を示すブロック図である。
【００１７】
【図７Ａ】結合装置のいくつかの実施例を示す図である。
【図７Ｂ】結合装置のいくつかの実施例を示す図である。
【図７Ｃ】結合装置のいくつかの実施例を示す図である。
【図７Ｄ】結合装置のいくつかの実施例を示す図である。
【００１８】
これらの図面中、同様の参照番号は、同様の要素を示す。原寸大で描写されない場合がある、上で識別された図面は、本開示の様々な実施形態を説明するが、発明を実施するための形態で言及されるように、他の実施形態も検討される。いかなる場合においても、本開示は、ここに開示されている開示を、例示的実施形態の表現として説明するものであり、限定を表すものではない。本開示の範囲及び趣旨に含まれる、数多くの他の変更及び実施形態が当業者によって考案可能であることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
特に指定のない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される、特徴の大きさ、量、及び物理的特性を表現する全ての数値は、あらゆる場合において、用語「約」によって修飾されているものとして理解されたい。したがって、そうでない旨が示されない限り、明細書及び添付の「特許請求の範囲」において示される数値パラメータは、本明細書に開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変わり得る近似値である。端点による数値範囲の使用は、その範囲内の全ての数（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、及び５を含む）、及びその範囲内の任意の範囲を含む。
【００２０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、その内容について別段の明確な指示がない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用する場合、用語「又は」は、一般に、その内容について別段の明確な指示がない限り、「及び／又は」を含む意味で使用される。
【００２１】
本開示の少なくともいくつかの態様は、低い比誘電率を有する基材と、複数の高誘電体共振器（ＨＤＲ）とを有する導波管を対象としており、ＨＤＲは、ＨＤＲ間のエネルギー伝達を可能にするようなかたちで離間している。ＨＤＲは、特定の周波数で共振するように巧妙に作られた物体であり、例えば、セラミックタイプの材料で構成することができる。ＨＤＲの共振周波数又はその近傍の周波数を有する電磁（ＥＭ）波がＨＤＲを通過するとき、その波動のエネルギーは効率的に伝達される。ＨＤＲ間のエネルギー伝達が、ＨＤＲの共振によるＥＭ波エネルギーの効率的かつ低損失の伝達と組み合わされた場合、ＥＭ波は、元々受け取られる波の電力比の３倍を超える電力比であり得る。いくつかの場合において、ＨＤＲは、基材内に配置される。いくつかの場合において、ＨＤＲは、基材でコーティングされる。いくつかの場合において、導波管は、第１送受信機及び第２送受信機に電磁結合され、導波管を介して第１送受信機から第２送受信機に、又はその逆で信号が送信され、その後第１及び／又は第２送受信機から無線で送信されてもよい。いくつかの場合において、導波管は衣類の上に配置される、又は衣類と一体化されてもよく、衣類は、人間の身体上で信号の収集を促進する、及び／又は伝搬することができる。いくつかの場合において、第１及び／又は第２送受信機は、１つ又は２つ以上のセンサと電気結合され、センサ信号を送信又は受信するように構成されている。
【００２２】
本開示の少なくともいくつかの態様は、波長帯域内で電磁波を伝達させない遮断構造上において使用される、通信装置又はシステムを対象とする。いくつかの場合において、通信システムは、遮断構造の一方の面の付近に配置された、第１結合装置と、遮断構造上に配置された、又は遮断構造と一体化された導波管と、遮断構造のもう一方の面（例えば、反対側）付近に配置された第２結合装置とを含む場合がある。導波管は、第１結合装置及び第２結合装置に電磁結合される。結合装置は、ＥＭ波を効果的に捕捉し、ＥＭ波を再放射し得る装置を指す。例えば、結合装置は、誘電体レンズ、パッチアンテナアレイ、八木アンテナ、メタマテリアル結合要素などであり得る。いくつかの実施形態において、第１結合装置は、到来するＥＭ波を捕捉し、導波管を介して第２結合装置へとＥＭ波を伝搬することができ、第２結合装置は対応するＥＭ波を再放射することができる。
【００２３】
図１は、本開示の１つ以上の技術に係る、高誘電体共振器を有する導波管を含む代表的なシステム又は装置を示すブロック図である。このシステム１００において、導波管１１０は、送受信機（１３０、１４０）に電磁結合されている。導波管は、基材１１５、及び導波管１１０全体にわたり、あるパターンで分布する、複数のＤＨＲ１２０を含む。導波管１１０は、２つの送受信機の一方から信号を受信し、この信号はＨＤＲ１２０を通じて、導波管１１０の反対側の端部へと伝搬する。信号は、例えば、電磁波、音波などであり得る。いくつかの実施例では、信号は６０ＧＨｚのミリ波信号である。信号は、２つの送受信機の一方を通じて導波管１１０から出る。例示される実施例において、導波管は、２つの送受信機と結合されているが、導波管は３つ以上の送受信機と結合されていてもよい。いくつかの場合において、送受信機のうちの１つ以上は、単に送信機である。いくつかの場合において、送受信機のうちの１つ以上は、単に受信機である。
【００２４】
導波管１１０は、波を誘導する構造である。導波管１１０は、一般に、信号が一次元で伝搬するように制限する。開いた空間では、通常、波は多数の方向に伝搬する（例えば、球状波）。これが起こると、波は伝搬距離の２乗に比例してその電力を失う。理想的な条件下では、導波管が波を受け取り、波が単一の方向にのみ伝搬するように制限する場合、伝搬中に波はほとんど〜全く、電力を失わない。
【００２５】
いくつかの実施形態において、基材１１５は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリウレタン、ポリエチレン、フッ化エチレンプロピレンなどの、材料が挙げられる。いくつかの場合において、基材としては、例えば、銅、真鍮、銀、アルミニウム、又は低いバルク抵抗を有する他の材料が挙げられる。一実施例では、導波管１１０は２．５ｍｍ×１．２５ｍｍの大きさを有し、比誘電率εｒ＝２．１及び損失正接＝０．０００２を有するテフロン（登録商標）製であり、導波管１１０の内壁に厚さ１ｍｍのアルミニウムクラッドを有する。
【００２６】
導波管１１０は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）などの低比誘電率材料の基材で作製された構造体である。他の実施例では、導波管１１０の基板部分は、例えば、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリエチレン、又はフッ素化エチレンプロピレンなどの材料で作られていてもよい。いくつかの実施例では、導波管１１０は、導波管１１０の一端に近接して配置されたテーパ状端部を有する台形形状を有する。一実施例では、導波管１１０は、４６ｃｍ長さ及び２５．５ｍｍ厚さのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）基板で形成され、ＨＤＲ球体は４０の比誘電率を有し、半径は８．５ｍｍであり、格子定数は２５．５ｍｍであり、送受信機１３０と導波管１１０との間の間隔は５ｍｍである。
【００２７】
いくつかの実施形態において、導波管１１０は、隣接するＨＤＲの間の格子間隔が、伝搬するように設計された電磁波の波長よりも小さくなるように、基材１１５内に配置された複数のＨＤＲ１２０を含む。いくつかの実施形態では、導波管１１０は、アレイとして基材１１５内に配置された複数のＨＤＲ１２０を含む。いくつかの実施例において、このアレイは、二次元グリッドアレイである。いくつかの実施例において、このアレイは規則的アレイである。規則的アレイは例えば、隣接するＨＤＲが、ある次元に沿ってほぼ同じ間隔を有するような、周期的アレイであり得る。
【００２８】
いくつかの実施例では、ＨＤＲの共振周波数は、電磁波の周波数に一致するように選択される。いくつかの実施例では、複数の共振器の共振周波数はミリ波帯域内にある。一実施例では、複数の共振器の共振周波数は６０ＧＨｚである。次に、これらのＨＤＲのそれぞれは、等間隔の３つのＨＤＲの単一垂直線内で同じ垂直配置を有する各ＨＤＲに向けて波を屈折させることができる。大きな振幅で振動する定在波が導波管１１０内に形成される。
【００２９】
ＨＤＲ１２０は、特定の間隔を有する他のアレイとして配置することもできる。例えば、ＨＤＲ１２０は、既定の間隔で、線形に配置される。いくつかの場合において、ＨＤＲは、三次元アレイとして配置されてもよい。例えば、ＨＤＲは、円筒形、積層マトリックス（stacked matrix）、パイプ型などで配置されてもよい。ＨＤＲ１２０は、１つのＨＤＲの共振が周囲の任意のＨＤＲにエネルギーを伝達するように間隔を空けてもよい。この間隔は、ＨＤＲ１２０のミー共鳴及びシステム効率に関連する。この間隔は、システム内の任意の電磁波の波長を考慮することによって、システム効率を改善するように選択することができる。各ＨＤＲ１２０は、直径及び格子定数を有する。いくつかの実施例では、格子定数及び共振周波数は、導波管、及びＨＤＲの比誘電率に少なくとも部分的に基づいて選択される。格子定数は、１つのＨＤＲの中心から隣接するＨＤＲの中心までの距離である。いくつかの実施例において、ＨＤＲ１２０は、１ｍｍの格子定数を有し得る。いくつかの実施例において、格子定数は、電磁波の波長よりも小さい。
【００３０】
ＨＤＲの直径とＨＤＲの格子定数の比（直径Ｄ／格子定数ａ）を使用して、導波管１１０内のＨＤＲ１２０の幾何学的配置を特徴付けることができる。この比は、基材とＨＤＲとの比誘電率の差異によって変化し得る。いくつかの実施例では、共振器の直径の格子定数に対する比は１未満である。一実施例では、Ｄは０．７ｍｍであり、ａは１ｍｍであり、比は０．７とすることができる。この比が高いほど、導波管の結合効率は低くなる。一実施例では、図１に示すようなＨＤＲ１２０の幾何学的配置の格子定数の最大限度は、発された波の波長である。格子定数は波長より小さくしなければならないが、高い効率のためには、格子定数は波長よりもはるかに小さくなければならない。これらのパラメータの相対的な大きさは、基材とＨＤＲとの比誘電率の差異によって変化し得る。格子定数は、発される波の波長内で所望の性能を達成するように選択することができる。一実施例では、格子定数は１ｍｍであり、波長は５ｍｍ、即ち波長の１／５の格子定数である。一般に、波長（λ）は空気媒体中の波長である。媒体に別の誘電材料を使用する場合、この式の波長は、次のλｅｆｆで置き換えなければならなず、
【数１】
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式中、εｒは媒体材料の比誘電率である。
【００３１】
ＨＤＲ１２０と導波管１１０の基材１１５との間の大きな比誘電率の差異により、ＨＤＲ１２０の明確な共振モードが励起される。換言すれば、ＨＤＲ１２０を形成する材料は、導波管１１０の基材の比誘電率と比べて高い比誘電率を有する。大きな差異によって高い性能が得られるので、ＨＤＲ１２０の比誘電率はＨＤＲ１２０の共振性を決定する際の重要なパラメータである。差異が小さいと、導波管１１０の基材にエネルギーが漏れるため、ＨＤＲ１２０の共振が弱くなる場合がある。差異が大きければ、完全な境界条件に近似する条件が得られ、これは導波管１１０の基材にエネルギーがほとんど〜全く漏出しないことを意味する。この近似する条件は、ＨＤＲ１２０を形成する材料が、導波管１１０の基材１１５の比誘電率の５〜１０倍を超える比誘電率を有する例について想定することができる。いくつかの場合において、ＨＤＲ１２０はそれぞれ、基材１１５の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する。いくつかの実施例では、複数の共振器のそれぞれは、基材１１５の比誘電率よりも少なくとも２倍大きい比誘電率を有する。他の実施例では、複数の共振器のそれぞれは、基材１１５の比誘電率よりも少なくとも１０倍大きい比誘電率を有する。所定の共振周波数に対して、比誘電率が高いほど、誘電体共振器は小さくなり、誘電体共振器内にエネルギーがより集中する。いくつかの実施形態では複数の共振器のそれぞれは、２０超の比誘電率を有する。いくつかの場合では複数の共振器のそれぞれは、５０超の比誘電率を有する。いくつかの場合では複数の共振器のそれぞれは、１００超の比誘電率を有する。いくつかの場合では複数の共振器のそれぞれは、２００〜２０，０００の範囲内の比誘電率を有する。
【００３２】
いくつかの実施形態において、ＨＤＲは、比誘電率を増加させるように処理することができる。例えば、ＨＤＲの少なくとも１つが熱処理される。別の実施例として、ＨＤＲの少なくとも１つが焼結される。このような実施例において、ＨＤＲの少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、６００℃超の温度で焼結され得る。他の場合において、ＨＤＲの少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、９００℃超の温度で焼結され得る。いくつかの実施形態において、基材は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリウレタン、ポリエチレン、フッ化エチレンプロピレン、これらの組み合わせなどを含む。いくつかの場合において、基材は、１〜２０の範囲内の比誘電率を有する。いくつかの場合において、基材は、１〜１０の範囲内の比誘電率を有する。いくつかの場合において、基材は、１〜７の範囲内の比誘電率を有する。いくつかの場合において、基材は、１〜５の範囲内の比誘電率を有する。
【００３３】
いくつかの実施例では、複数の共振器は、セラミック材料で作られる。ＨＤＲ１２０は、例えば、とりわけ、ＢａＺｎＴａ酸化物、ＢａＺｎＣｏＮｂ酸化物、ジルコニウム系セラミック、チタン系セラミック、チタン酸バリウム系材料、酸化チタン系材料、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物を含む、例えば様々なセラミック材料のいずれかで作製することができる。ＨＤＲ１２０は、一種のドープ又は非ドープのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、バリウムストロンチウムチタン酸塩（ＢａＳｒＴｉＯ３）、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、チタン酸カルシウム銅（ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムチタン酸鉛（ＰｂＭｇＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３．−ＰｂＴｉＯ３）、鉄チタンタンタレート（ＦｅＴｉＴａＯ６）、Ｌｉ及びＴｉで共ドープしたＮｉＯ（Ｌａ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４、Ｎｄ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４）、並びにこれらの組み合わせの少なくとも１つで作製することができる。一実施例では、ＨＤＲ１２０は４０の比誘電率を有することができる。いくつかの実施形態では、導波管は可撓性である。例えば、導波管は、シリコーン複合材料の基材、及びＢａＴｉＯ３で作製されたＨＤＲを有する。
【００３４】
球形である実施例として図１に示されているが、他の実施例では、ＨＤＲ１２０は様々な異なる形状で形成することができる。他の実施例では、ＨＤＲ１２０のそれぞれは、円筒形状を有することができる。更に他の実施例では、ＨＤＲ１２０のそれぞれは、立方体又は他の平行六面体の形状を有することができる。いくつかの実施例において、ＨＤＲそれぞれは、矩形、又は楕円形の形状を有し得る。ＨＤＲ１２０は他の幾何学的形状を取ることができる。ＨＤＲ１２０の機能は、図４Ａ〜図４Ｃに関して以下で更に詳細に説明するように、形状に応じて変化し得る。
【００３５】
送受信機１３０及び／又は１４０は、電磁波の信号を発する装置とすることができる。送受信機１３０及び／又は１４０はまた、導波管１１０からの波を受け取る装置であり得る。波は、例えば６０ＧＨｚのミリ波を含む無線周波数スペクトルの電磁波であってもよい。いくつかの実施形態では、複数の共振器の共振周波数はミリ波領域内にある。いくつかの場合において、複数の共振器の共振周波数はおよそ６０ＧＨｚである。いくつかの場合において、複数の共振器の共振周波数は赤外線周波数領域内にある。ＨＤＲ直径及び格子定数が上述の制約に従う限り、システム１００の導波管１１０は、例えば、無線周波数スペクトルの帯域内の任意の波に使用することができる。いくつかの実施例では、導波管１１０は、電磁スペクトルのミリ波帯域において有用であり得る。いくつかの実施例では、導波管１１０は、例えば、１０ＧＨｚから１２０ＧＨｚの範囲の周波数の信号で使用することができる。他の実施例では、導波管１１０は、例えば、１０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの範囲の周波数の信号で使用することができる。
【００３６】
ＨＤＲ１２０を有する導波管１１０は、例えば、ボディ・エリア・ネットワーク、ボディ・センサ・ネットワーク、６０ＧＨｚ通信、地下通信などを含む、広範なシステムにおいて使用することができる。いくつかの実施例では、図１の導波管１１０などの導波管は、基板と、複数の高誘電体共振器とを含むように形成することができ、基板内のＨＤＲの配置は、この形成中に、ＨＤＲが互いに選択された距離で離間するように制御される。ＨＤＲ間の距離、即ち格子定数は、導波管が使用される電磁波信号の波長に基づいて選択することができる。例えば、格子定数は、波長よりかなり小さくてもよい。いくつかの実施例では、導波管１１０の形成中に、導波管１１０の基板材料を複数の部分に分割することができる。ＨＤＲの平面の位置の決定がある場合、基板材料をセグメント化することができる。半球状の溝が、各ＨＤＲの位置にある基板材料の複数の部分に含まれてもよい。異なる形状のＨＤＲを有する他の実施例では、半円筒形又は半矩形の溝を基板材料に含めることができる。続いて、ＨＤＲを基板材料の溝内に配置することができる。次に基板材料の多数の部分を組み合わせて、全体に埋め込まれたＨＤＲを有する単一導波管構造を形成することができる。図１は、導波管と結合された２つの送受信機を有する、通信装置／システムを例示しているが、当業者は、１つ以上の導波管に多数の送受信機が結合された、通信装置／システムを容易に設計することができる。
【００３７】
図２Ａは、ＨＤＲを備える導波管を使用した、通信システム２００Ａの一実施例の概念図を例示し、図２Ｂは、通信システム２００ＡのＥＭ振幅プロットであり、図２Ｃは、通信システム２００ＡのＨＤＲを備えるものと、備えないものとを比較したプロットを示している。通信システム２００Ａは、２つの送受信機２３０Ａ及び２４０Ａに結合された、閉ループ導波管２１０Ａを含み、送受信機２３０Ａは、図２Ｂでより良好に確認できる。導波管２１０Ａは、基材２１５Ａ及び複数のＨＤＲ２２０Ａを含む。送受信機２３０Ａは、２．４ＧＨｚＥＭ波信号を受信し、導波管２１０Ａを介して、この信号を伝搬する。図２Ｂが示すように、ＥＭ場強度は、送受信機２３０Ａにおいて強く、ＨＤＲ２２０Ａに沿って、５．１１Ｖ／ｍより高くあり続ける。図２Ｃに例示されるように、２．４ＧＨｚにおいて、図２Ａに例示される、ＨＤＲを有する導波管のＳパラメータは、−３８．１６ｄＢであり、ＨＤＲを有さない導波管のＳパラメータは−８０．８５ｄＢであり、Ｓパラメータは、２つの送受信機の間の信号関係を表している。
【００３８】
図２Ｄは、ＨＤＲを備える導波管を使用した、通信システム２００Ｄの一実施例の概念図を例示し、図２Ｅは、通信システム２００ＤのＥＭ振幅プロットであり、図２Ｆは、通信システム２００ＤのＨＤＲを備えるものと、備えないものとを比較したプロットを示している。通信システム２００Ｄは、２つの送受信機２３０Ｄ及び２４０Ｄに結合された、「Ｌ」字型導波管２１０Ｄを含む。導波管２１０Ｄは、基材２１５Ａ及び複数のＨＤＲ２２０Ａを含む。送受信機２４０Ｄは、２．４ＧＨｚＥＭ波信号を受信し、導波管２１０Ｄを介して、この信号を伝搬する。図２Ｄが示すように、ＥＭ場強度は、送受信機２４０Ｄにおいて強く、ＨＤＲ２２０Ａに沿って、５．１１Ｖ／ｍより高くあり続ける。図２Ｆに例示されるように、２．４ＧＦｚにおいて、図２Ｃに例示される、ＨＤＲを有する導波管のＳパラメータは、−２９．６８ｄＢであり、ＨＤＲを有さない導波管のＳパラメータは−４５．３８ｄＢである。
【００３９】
図３Ａ〜図３Ｇは、ＨＤＲのいくつかの代表的な配置を例示している。図は、円を使ってＨＤＲを表しているが、各ＨＤＲは、本明細書において記載されるＨＤＲを任意の構成を使用することができる。図３Ａは、アレイとして配置された、複数のＨＤＲ３１０Ａを有する導波管３００Ａの一実施例を例示しており、アレイは、各横列間でほぼ同じように整列されている。いくつかの場合において、２つの隣接する横列における４つの隣接するＨＤＲは、矩形３１５Ａを形成する。いくつかの場合において、３１５Ａは概ね正方形であり、すなわち、隣接する２つの横列の間の間隔は、横列内の２つの隣接するＨＤＲの間の間隔と等しい。いくつかの実施形態において、ある横列内の隣接するＨＤＲは、ほぼ同じ間隔を有する。いくつかの実施形態において、隣接するＨＤＲの間の所望の間隔がＳである列に関し、横列内の任意の２つの隣接するＨＤＲの間の間隔は、Ｓ＊（１±４０％）の範囲内である。図３Ｂは、アレイとして配置された、複数のＨＤＲ３１０Ｂを有する導波管３００Ｂの別の実施例を例示しており、このアレイは、２つの隣接する横列の間で異なるように整列されている。いくつかの場合において、２つの隣接する横列における４つの隣接するＨＤＲは、平行四辺形３１５Ｂを形成する。いくつかの場合において、１つおきの２つの横列の４つのＨＤＲが、矩形３１７Ｂを形成する。いくつかの場合において、２つごとの隣接横列がほぼ同じ間隔を有する。
【００４０】
図３Ｃは、アレイとして配置された、複数のＨＤＲ３１０Ｃを有する導波管３００Ｃの一実施例を例示しており、このアレイは、２つの隣接する横列の間で異なるように整列されている。いくつかの場合において、３つの隣接する横列における４つの隣接するＨＤＲは、正方形３１５Ｃを形成する。他のいくつかの場合において、横列内における２つの隣接するＨＤＲの間の間隔は、２つの横列間で隣接する２つのＨＤＲの間の間隔とほぼ等しい。いくつかの場合において、１つおきの２つの横列の４つのＨＤＲが、矩形３１７Ｃを形成する。いくつかの場合において、矩形３１７Ｃは正方形である。
【００４１】
図３Ｄは、あるパターンで配置された、複数のＨＤＲ３１０Ｄを有する導波管３００Ｄの一実施例を例示しており、ＨＤＲは、様々な大きさ及び／又は形状を有する。いくつかの場合において、少なくとも２つのＨＤＲは、互いに異なる大きさ及び／又は形状を有する。いくつかの場合において、ＨＤＲの第１セットは、ＨＤＲの第２セットの大きさ及び／又は形状とは異なる大きさ及び／又は形状を有する。いくつかの場合において、ＨＤＲの第１セットは、ＨＤＲの第２セットに使用される材料の第２比誘電率とは異なる第１比誘電率を有する材料で形成される。各大きさ、形状、及び／又は材料のＨＤＲのセットのパターンは、本明細書において記載されるパターン（例えば、図３Ａ〜図３Ｃに例示されるパターン）のいずれか１つを使用し得る。図３Ｄに例示される実施例において、２つの隣接する横列における４つの隣接するＨＤＲは、矩形３１５Ｄを形成する。図３Ｅは、隣接するＨＤＲの間隔が、伝搬するＥＭ波の波長よりも小さくなるように、制御された方法で配置された、複数のＨＤＲ３１０Ｄを有する、導波管３００Ｄの実施例を例示している。いくつかの場合において、ＨＤＲ３１０Ｄは、ほぼ同じ大きさ、形状、及び／又は材料を有する。他のいくつかの場合において、ＨＤＲ３１０Ｄは、異なる大きさ、形状、及び／又は材料を有し得る。このような場合において、ＨＤＲは、同じセット内の隣接するＨＤＲの間隔が、伝搬するＥＭ波の波長よりも小さくなるような方法で配置される。いくつかの場合において、図３Ｄ及び図３Ｅにおいて例示されるように、異なる大きさ及び／又は形状のＨＤＲは、異なる波長領域でＥＭ波を伝搬することができる。例えば、４０の比誘電率を有する材料を使用して、０．６８ｍｍ直径の小さなＨＤＲは、６０ＧＨｚの範囲のＥＭ波を伝搬し、７ｍｍ直径の中間的なＨＤＲは５．８ＧＨｚの範囲のＥＭ波を伝搬し、１７ｍｍ直径の大きなＨＤＲは、２．４ＧＨｚの範囲のＥＭ波を伝搬する。
【００４２】
いくつかの実施形態において、導波管のＨＤＲは、異なる誘電材料から作製された、ＨＤＲの別個のセットを含んでもよく、ＨＤＲの各セットは、別個の比誘電率を有し、特定の波長領域のＥＭ波を伝搬することができる。いくつかの場合において、導波管は、第１比誘電率を有するＨＤＲの第１セットと、第１比誘電率とは異なる第２比誘電率を有するＨＤＲの第２セットとを含む。いくつかの構成において、ＨＤＲの第１セットは、第１パターンで配置され、ＨＤＲの第２セットは、第２パターンで配置され、第２パターンは、第１パターンと同じであっても、第１パターンと異なっていてもよい。いくつかの構成において、図３Ｄに示されるように、ＨＤＲの各セットは、規則的なパターンで配置される。いくつかの構成において、図３Ｅに示されるように、ＨＤＲの各セットは、隣接するＨＤＲの間隔が、伝搬するＥＭ波の波長よりも小さくなるように、制御された方法で配置される。
【００４３】
図３Ｆは、ＨＤＲ３１０Ｆの横列を有する、導波管３００Ｆの実施例を示している。示されるように、隣接するＨＤＲ３１０Ｆは、ほぼ同じ間隔を有し得る。他のいくつかの場合において、隣接するＨＤＲ３１０Ｆの間の間隔は、Ｓ＊（１±４０％）の範囲であり、ここでＳは、隣接するＨＤＲ３１０Ｆの所望の間隔である。いくつかの場合において、ＨＤＲ３１０Ｆは、隣接するＨＤＲの間隔が、伝搬するＥＭ波の波長よりも小さくなるように、制御された方法で配置される。いくつかの実現例において、導波管３００Ｆは、例えば、接着剤ストリップ、接着剤セグメント、フックアンドループ締結具などの、取り付け装置を含み得る。
【００４４】
図３Ｇは、積層した導波管３００Ｇの実施例を示している。導波管３００Ｇは、３つの区分３０１Ｇ、３０２Ｇ、及び３０３Ｇを有する。各区分（３０１Ｇ、３０２Ｇ、又は３０３Ｇ）は、複数のＨＤＲ３１０Ｇを含む。各区分（３０１Ｇ、３０２Ｇ、又は３０３Ｇ）は、図３Ａ〜図３Ｆに例示されるいずれかのパターンで配置された、ＨＤＲ３１０Ｇを有し得る。例示される実施例において、ＨＤＲ３１０Ｇは、各区分において横列として配置される。２つの隣接する区分は重複する区分３１５Ｄを有し、これは、ＥＭ波が区分を横断して伝搬するのを可能にする、少なくとも２つのＨＤＲを含む。
【００４５】
図４Ａ〜図４Ｃは、本開示の１つ以上の技術による、ＨＤＲの構造に使用され得る様々な形状を示すブロック図である。図４Ａは、本開示の１つ以上の技術による、球形のＨＤＲの実施例を示す。球形のＨＤＲ８０は、例えば、とりわけ、ＢａＺｎＴａ酸化物、ＢａＺｎＣｏＮｂ酸化物、Ｚｒ系セラミック、チタン系セラミック、チタン酸バリウム系材料、酸化チタン系材料、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物などを含む、様々なセラミック材料で作ることができる。図６Ｂ及び図６ＣのＨＤＲ８２及び８４は、同様の材料から作製することができる。球形のＨＤＲ８０は対称なので、アンテナの入射角及び発された波は本システム全体に影響を及ぼさない。ＨＤＲ球８０の比誘電率は、共振周波数に直接関係している。例えば、同じ共振周波数で、より高い比誘電率材料を使用することによって、ＨＤＲ球８０の大きさを縮小することができる。ＨＤＲ球８０のＴＭ共振周波数は、モードＳ及び極ｎについて、以下の式を使用して計算することができる。
【数２】
2018514164.tif 000004
【００４６】
ＨＤＲ球８０のＴＥ共振周波数は、モードＳ及び極ｎについて、以下の式を使用して計算することができる。
【数３】
2018514164.tif 000005
式中、ａは円筒形共振器の半径である。
【００４７】
図４Ｂは、本開示の１つ以上の技術に係る円筒形ＨＤＲの実施例を示すブロック図である。円筒形ＨＤＲ８２は、全ての軸について対称ではない。したがって、円筒形ＨＤＲ８２に対するアンテナと放射された波の入射角は、波が円筒形ＨＤＲ８２を通過する際に、図４Ａの対称的な球状のＨＤＲ８０とは違って、入射角に依存して波に偏波の影響を及ぼし得る。孤立した円筒形ＨＤＲ８２のＴＥ０１ｎモードのおおよその共振周波数は、以下の式を使用して計算することができる。
【数４】
2018514164.tif 000006
式中、ａは円筒形共振器の半径であり、Ｌはその長さである。ａとＬは共にミリメートル単位である。共振周波数ｆＧＨｚはギガヘルツ単位である。この式は、０．５＜ａ／Ｌ＜２及び３０＜εｒ＜５０の範囲で約２％の精度である。
【００４８】
図４Ｃは、本開示の１つ以上の技術に係る立方体ＨＤＲの実施例を示すブロック図である。立方体ＨＤＲ８４は、全ての軸について対称ではない。したがって、円筒形ＨＤＲ８２に対するアンテナと放射された波の入射角は、波が立方体ＨＤＲ８４を通過する際に、図４Ａの対称的な球形のＨＤＲ８０とは違って、波に偏波の影響を及ぼし得る。おおよそ、立方体ＨＤＲ８４の最小共振周波数は、次のようになる。
【数５】
2018514164.tif 000007
式中、ａは立方体の辺の長さであり、ｃは空気中の光の速度である。
【００４９】
図４Ｄは、基材９０でコーティングされた球形のＨＤＲ８８の実施例を示すブロック図である。これは、ＨＤＲの間隔を制御するために使用することができる。いくつかの場合において、これは、ＨＤＲのアレイの規則的な格子定数を制御するために、製造手順において使用することができる。例えば、球形ＨＤＲ８８は、直径１７ｍｍであり、基材９０のコーティング厚さは４．２５ｍｍである。
【００５０】
図５Ａは、ＨＤＲを有する導波管５１０Ａを使用したボディ・エリア・ネットワーク（「ＢＡＮ」）５００Ａの実施例を示している。導波管５１０Ａは、本明細書において記載される構成のいずれか１つを使用し得る。この実施例で示されるように、導波管５１０Ａは、衣類５２０Ａ上に配置されるか、衣類と一体化される。いくつかの場合において、導波管５１０Ａは、衣類５２０Ａに取り付けることができるテープストリップの形態であり得る。いくつかの他の場合において、導波管５１０Ａは、衣類５２０Ａの一体部分である。いくつかの場合において、ＢＡＮ５００Ａは、いくつかの小型ボディセンサユニット（「ＢＳＵ」）５３０Ａを含む。ＢＳＵ５３０Ａとしては例えば、血圧センサ、インシュリンポンプセンサ、ＥＣＧセンサ、ＥＭＧセンサ、運動センサなどが挙げられる。ＢＳＵ５３０Ａは、導波管５１０Ａと電気的に結合される。「電気的に結合された」とは、電気的に接続されること、又は無線接続されることを指す。いくつかの場合において、ＢＡＮ５００Ａは、例えば、ヘルメット、防護服、使用中の装備など、人の周囲環境に適用されるセンサと共に使用することができる。
【００５１】
いくつかの場合において、ＢＳＵ５３０Ａの１つ以上の構成要素は、導波管５１０Ａに電磁結合された、送受信機（示されない）と一体化される。いくつかの場合において、ＢＳＵ５３０Ａの１つ以上の構成要素が、衣類５２０Ａ上に配置される。いくつかの場合において、ＢＳＵ５３０Ａの１つ以上の構成要素は身体上に配置され、送受信機、又は導波管５１０Ａに電磁結合される。ＢＳＵ５３０Ａは、導波管５１０Ａを通じて、制御ユニット５４０Ａと無線通信し得る。制御ユニット５４０Ａは、セルラネットワーク５５０Ａ、又は無線ネットワーク５６０Ａを介して更に通信し得る。
【００５２】
図５Ｂは、通信システム５００Ｂにおいて使用される導波管５１０Ｂの実施例を例示している。通信システム５００Ｂは、ＥＭ波を伝搬する、２つの通信構成要素５２０Ｂ及び５３０Ｂを含む。例えば、構成要素５２０Ａ及び／又は５３０Ｂは、誘電体共振器を含む。別の実施例として、誘電体共振器は、構成要素５２０Ｂ及び／又は５３０Ｂの表面上に配置されている。通信システム５００Ｂは、２つの構成要素５２０Ｂと５３０Ｂとの間に配置され、ある構成要素からのＥＭ波を、他の構成要素に伝搬することができる、導波管５１０Ｂを更に含む。導波管５１０Ｂは、本明細書において記載される構成のいずれか１つを使用し得る。
【００５３】
図５Ｃは、例えば、車両など、エンクロージャ５４０Ｃに使用される、通信システム５００Ｃの実施例を示している。通信システム５００Ｃは、エンクロージャ５４０Ｃの内部に位置する送受信機５２０Ｃと、エンクロージャ５４０Ｃの外側、又はＥＭ波空気伝搬を可能にする位置に位置する送受信機５３０Ｃと、送受信機５２０Ｃ及び５３０Ｃと電磁結合された導波管５１０Ｃとを含む。ＥＭ波伝搬を中断するエンクロージャの実施例において、通信システム５００Ｃは、エンクロージャに出入りするＥＭ波により搬送される信号の、双方向又は一方向通信を可能にする。導波管５１０Ｃは、本明細書において記載される構成のいずれか１つを使用し得る。
【００５４】
図６は、遮断構造６５０と共に使用される、通信装置６００の一実施形態を示すブロック図を示す。遮断構造とは、一定の波長内の、信号のかなりの損失又は中断を生じる、構造を指す。遮断構造は、送信された無線信号の反射及び屈折を生じ、信号損失を生じ得る。例えば、遮断構成は、例えば、金属を有するコンクリートの壁、金属化ガラス、鉛を含有するガラス、金属の壁などであり得る。いくつかの場合において、通信装置６００は、一端（例えば、壁の前）において無線信号を捕捉し、既定の経路（例えば、壁周囲）で信号を案内し、他端（例えば、壁の後ろ側）において無線信号を再送信することができる、受動装置である。通信装置６００は、第１受動結合装置６１０と、第２受動結合装置６２０と、導波管６３０とを含む。導波管６３０は、本明細書において記載される導波管構成のいずれも使用できる。
【００５５】
遮断構造６５０は、第１面６５１と、第２面６５２とを有する。いくつかの場合において、第１面６５１は、第２面６５２に隣接する。いくつかの場合において、第１面６５１は、第２面６５２と反対側にある。いくつかの場合において、第１結合装置は、遮断構造の第１面の付近に配置され、かつ入射する電磁波６１５（又は無線信号と称される）を捕捉するように構成される。第２結合装置６２０は、遮断構造の第２面の付近に配置される。導波管６３０は、第１結合装置（６１０）及び第２結合装置（６２０）と電磁結合され、遮断構造６５０の周囲に配置されている。いくつかの場合において、導波管６３０は、第１結合装置（６１０）及び第２結合装置（６２０）と適合する共鳴周波数を有する。導波管６３０は、第１結合装置６１０により捕捉された電磁波６１５を、第２結合装置の方へと伝搬するように構成されている。第２結合装置６２０は、入射する電磁波６１５に対応する電磁波６２５を送信するように構成されている。いくつかの実施形態において、電磁波は、逆方向に伝搬することができ、これにより、第２結合装置６２０は入射する電磁波を捕捉し、電磁波を導波管６３０内に結合することができ、導波管６３０は、第１結合装置６１０の方へと電磁波を伝搬し、第１結合装置６１０は電磁波を送信することができる。
【００５６】
いくつかの実施形態において、２つの結合装置（６１０、６２０）の少なくとも一方は、特定の波長領域内のＥＭ波を捕捉するように設計された、受動ＥＭコレクタである。結合装置は例えば、誘電体レンズ、パッチアンテナ、八木アンテナ、メタマテリアル結合要素などであり得る。いくつかの場合において、結合装置は、少なくとも１のゲインを有する。いくつかの場合において、結合装置は、１．５〜３のゲインを有する。いくつかの場合において、結合装置は、少なくとも１のゲインを有する。いくつかの場合において、例えば、特定の供給源からのエネルギーのみを結合する、又は他の角度若しくは供給源（インターフェースなど）からのエネルギーを遮断するなど、指向性が所望される場合、結合装置は、少なくとも１０から３０のゲインを有し得る。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｄは、結合装置のいくつかの実施例を示している。図７Ａにおいて、結合装置７１０Ａは、誘電体レンズである。通信装置７００Ａは、結合装置７１０Ａと、結合装置７１０Ａに電磁結合された導波管７３０とを含む。結合装置７１０Ａは、遮断構造７５０の一面の付近に配置される。誘電体レンズ７１０Ａは、周囲環境からの電磁波を収集し、電磁波を導波管７３０に結合することができる。図７Ｂにおいて、結合装置７１０Ｂは、パッチアンテナである。通信装置７００Ｂは、結合装置７１０Ｂと、結合装置７１０Ｂに電磁結合された導波管７３０とを含む。結合装置７１０Ｂは、遮断構造７５０の一面の付近に配置される。示される実施例において、パッチアンテナ７１０Ｂは、周囲環境から電磁波を収集し得るパッチアンテナアレイ７１２Ｂと、電磁波を送信するための送達ネットワーク７１４Ｂと、電磁波を導波管７３０に結合する二次パッチ７１６Ｂと、接地７１８Ｂとを含む。
【００５８】
図７Ｃにおいて、結合装置７１０Ｃは、八木アンテナである。通信装置７００Ｃは、結合装置７１０Ｃと、結合装置７１０Ｃに電磁結合された導波管７３０とを含む。結合装置７１０Ｃは、遮断構造７５０の一面の付近に配置される。示される実施例において、八木アンテナ７１０Ｃは、周囲環境から電磁波を収集し得るダイレクタ７１２Ｃと、接地面／リフレクタ７１６Ｃと、支持体７１８Ｃと、電磁波を導波管７３０に結合するパッチ７１４Ｃとを含む。支持体７１８Ｃは、非導電性材料で形成することができる。
【００５９】
図７Ｄは、結合装置７１０Ｄの一実施例を示している。結合装置７１０Ｄは、上層７１２Ｄ、及び接地素子７２０Ｄを含む、メタマテリアル結合要素である。上層７１２Ｄは、導波管７３０の一面の上に配置され、接地要素７２０Ｄは、導波管７３０の反対側の面上に配置される。いくつかの実施形態において、上層７１２Ｄは、固体金属から形成され得る。上層７１２Ｄは、上部に配置された、複数のリング要素７１５Ｄを含む。いくつかの場合において、リング要素７１５Ｄは、いずれかの誘電性基板上に、又は導波管７３０の表面上に直接、配置され得る。リング要素７１５Ｄは、例えば、銅、銀、金などの導電性材料で作製されてもよい。いくつかの場合において、リング要素は、上層７１２Ｄ上に印刷されてもよい。いくつかの場合において、接地要素７２０Ｄは、市販の固体金属接地面であり得る。いくつかの場合において、接地要素７２０Ｄは、上層７１２Ｄと同じパターンのリング要素７１５Ｄ（示されない）を有してもよい。いくつかの場合において、上層７１２Ｄは、リング要素７１５Ｄにおいてエッチングされた、導電性層を含んでもよい。
【００６０】
代表的な実施形態
【００６１】
項目Ａ１．
２つの送受信機と、
２つの送受信機に電磁結合された、電磁波を伝搬するための導波管であって、導波管は、基材と、あるパターンで配置された複数の共振器とを備え、複数の共振器は共振周波数を有している、導波管と、を備える装置であって、
複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率より高い比誘電率を有し、
複数の共振器のうちの少なくとも２つは、共振器のうちの第１共振器の中心と、共振器のうちの隣接する第２共振器の中心との間の距離を規定する格子定数に従って、離れている、装置。
【００６２】
項目Ａ２．
基板を更に備え、導波管が基板の上に配置される、又は基板と一体化されている、項目Ａ１に記載の装置。
【００６３】
項目Ａ３．２つの送受信機が基板上に配置されている、項目Ａ２に記載の装置。
【００６４】
項目Ａ４．導波管は可撓性である、項目Ａ１〜Ａ３のいずれか１つに記載の装置。
【００６５】
項目Ａ５．複数の共振器が、基材内、又は基材上に配置されている、項目Ａ１〜Ａ４のいずれか１つに記載の装置。
【００６６】
項目Ａ６．基材は、複数の共振器の少なくともいくつかの上にコーティングされている、項目Ａ１〜Ａ５のいずれか１つに記載の装置。
【００６７】
項目Ａ７．２つの送受信機の少なくとも１つが送信機である、項目Ａ１〜Ａ６のいずれか１つに記載の装置。
【００６８】
項目Ａ８．
２つの送受信機のうちの第１送受信機に電気結合され、第１感知信号を生成するように構成された、第１センサを更に備える、項目Ａ１〜Ａ７のいずれか１つに記載の装置。
【００６９】
項目Ａ９．第１送受信機は、第１感知信号を、導波管を介して第２送受信機に送信するように構成されている、項目Ａ８に記載の装置。
【００７０】
項目Ａ１０．
２つの送受信機のうちの第２送受信機に電気結合された第２センサを更に備える、項目Ａ８に記載の装置。
【００７１】
項目Ａ１１．格子定数は、電磁波の波長未満である、項目Ａ１〜Ａ１０のいずれか１つに記載の装置。
【００７２】
項目Ａ１２．複数の共振器の共振周波数は、電磁波の周波数に少なくとも部分的に基づいて選択される、項目Ａ１〜Ａ１１のいずれか１つに記載の装置。
【００７３】
項目Ａ１３．複数の共振器の共振周波数は、電磁波の周波数に適合するように選択される、項目Ａ１〜Ａ１２のいずれか１つに記載の装置。
【００７４】
項目Ａ１４．共振器の直径の格子定数に対する比率が、１未満である、項目Ａ１〜Ａ１３のいずれか１つに記載の装置。
【００７５】
項目Ａ１５．複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ１４のいずれか１つに記載の装置。
【００７６】
項目１６．
複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも１０倍の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ１５のいずれか１つに記載の装置。
【００７７】
項目Ａ１７．複数の共振器の共振周波数は、ミリ波領域内である、項目Ａ１〜Ａ１６のいずれか１つに記載の装置。
【００７８】
項目Ａ１８．複数の共振器の共振周波数は、およそ６０ＧＨｚである、項目Ａ１〜Ａ１７のいずれか１つに記載の装置。
【００７９】
項目Ａ１９．複数の共振器の共振周波数は、赤外線周波数領域内である、項目Ａ１〜Ａ１８のいずれか１つに記載の装置。
【００８０】
項目Ａ２０．複数の共振器が、セラミック材料で作製されている、項目Ａ１〜Ａ１９のいずれか１つに記載の装置。
【００８１】
項目Ａ２１．複数の共振器のそれぞれが１０超の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ２０のいずれか１つに記載の装置。
【００８２】
項目Ａ２２．複数の共振器のそれぞれが２０超の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ２１のいずれか１つに記載の装置。
【００８３】
項目Ａ２３．複数の共振器のそれぞれが５０超の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ２２のいずれか１つに記載の装置。
【００８４】
項目Ａ２４．複数の共振器のそれぞれが１００超の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ２３のいずれか１つに記載の装置。
【００８５】
項目Ａ２５．複数の共振器のそれぞれが２００〜２０，０００の範囲内の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ２４のいずれか１つに記載の装置。
【００８６】
項目Ａ２６．複数の共振器が、一種のドープ又は非ドープのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、バリウムストロンチウムチタン酸塩（ＢａＳｒＴｉＯ３）、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、チタン酸カルシウム銅（ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムチタン酸鉛（ＰｂＭｇＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３．−ＰｂＴｉＯ３）、鉄チタンタンタレート（ＦｅＴｉＴａＯ６）、Ｌｉ及びＴｉで共ドープしたＮｉＯ（Ｌａ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４、Ｎｄ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４）、並びにこれらの組み合わせで作製されている、項目Ａ１〜Ａ２５のいずれか１つに記載の装置。
【００８７】
項目Ａ２７．複数の共振器の少なくとも１つが熱処理されている、項目Ａ１〜Ａ２６のいずれか１つに記載の装置。
【００８８】
項目Ａ２８．複数の共振器の少なくとも１つが焼結されている、項目Ａ１〜Ａ２７のいずれか１つに記載の装置。
【００８９】
項目Ａ２９．複数の共振器の少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、６００℃超の温度で焼結されている、項目Ａ２８に記載の装置。
【００９０】
項目Ａ３０．複数の共振器の少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、９０００℃超の温度で焼結されている、項目Ａ２８に記載の装置。
【００９１】
項目Ａ３１．基材は、テフロン（登録商標）、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリウレタン、ポリエチレン、及びフッ素化エチレンプロピレンのうちの少なくとも１つを含む、項目Ａ４に記載の装置。
【００９２】
項目Ａ３２．基材が１〜２０の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ３１のいずれか１つに記載の装置。
【００９３】
項目Ａ３３．基材が１〜１０の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ３２のいずれか１つに記載の装置。
【００９４】
項目Ａ３４．基材が１〜７の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ３３のいずれか１つに記載の装置。
【００９５】
項目Ａ３５．基材が１〜５の比誘電率を有する、項目Ａ１〜Ａ３４のいずれか１つに記載の装置。
【００９６】
項目Ａ３６．上述の複数の共振器は、球形、円筒形、立方形、矩形、又は楕円形のうちの１つを有するように形成される、項目Ａ１〜Ａ３５のいずれか１つに記載の装置。
【００９７】
項目Ａ３７．項目Ａ１に記載の装置を備える、ウェアラブル装置。
【００９８】
項目Ａ３８．１つ以上のセンサを更に備え、各センサは、２つの送受信機の各１つと関連している、項目Ａ３７に記載のウェアラブル装置。
【００９９】
項目Ａ３９．送受信機は、２つ以上のセンサと関連している、項目Ａ３８に記載のウェアラブル装置。
【０１００】
項目Ａ４０．ウェアラブル装置は衣類である、項目Ａ３７〜Ａ３９のいずれか１つに記載のウェアラブル装置。
【０１０１】
項目Ａ４１．
第１及び第２送受信機と、
第１送受信機と第２送受信機との間に延び、これらと結合された導波管を形成する、共振器の規則的アレイとを備える、無線通信システム。
【０１０２】
項目Ａ４２．導波管は非線形部分を含む、項目Ａ４１に記載の無線通信システム。
【０１０３】
項目Ａ４３．電磁波を伝搬するための導波管であって、
共振周波数を有する複数の共振器を備え、
複数の共振器のそれぞれは、基材でコーティングされ、
複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率より高い比誘電率を有する、導波管。
【０１０４】
項目Ａ４４．複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する、項目４３に記載の導波管。
【０１０５】
項目Ａ４５．複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも１０倍の比誘電率を有する、項目Ａ４３又はＡ４４に記載の導波管。
【０１０６】
項目Ａ４６．複数の共振器の共振周波数は、電磁波の周波数に適合するように選択される、項目Ａ４３〜Ａ４５のいずれか１つに記載の装置。
【０１０７】
項目Ａ４７．上述の複数の共振器は、球形、円筒形、立方形、矩形、又は楕円形のうちの１つを有するように形成される、項目Ａ４３〜Ａ４６のいずれか１つに記載の導波管。
【０１０８】
項目Ａ４８．電磁波を伝搬するための導波管であって、
基材と、
それぞれが、第１の大きさを概ね有する、誘電体共振器の第１セットと、
それぞれが、第１の大きさよりも大きい、第２の大きさを概ね有する、誘電体共振器の第２セットとを備え、
第１セット及び第２セットの誘電体共振器のそれぞれは、基材の比誘電率より高い比誘電率を有する、導波管。
【０１０９】
項目Ｂ１．遮断構造の周囲に電磁波を伝搬するための通信装置であって、
遮断構造の第１面の付近に配置され、電磁波を捕捉するように構成された、受動結合装置と、
遮断構造の第２面の付近に配置された、送信機と、
結合装置及び送信機に電磁結合され、遮断構造の周囲に配置された導波管であって、導波管は、結合装置と適合する共振周波数を有し、導波管は、結合装置により捕捉された電磁波を伝搬するように構成されている、導波管と、を備え、
送信機は、電磁波を放射するように構成されている、通信装置。
【０１１０】
項目Ｂ２．結合装置は誘電体レンズを備える、項目Ｂ１に記載の装置。
【０１１１】
項目Ｂ３．結合装置はパッチアンテナを備える、項目Ｂ１又はＢ２に記載の装置。
【０１１２】
項目Ｂ４．結合装置はメタマテリアル結合要素を備える、項目Ｂ１〜Ｂ３のいずれか１つに記載の装置。
【０１１３】
項目Ｂ５．導波管は基材及び複数の共振器を備える、項目Ｂ１〜Ｂ４のいずれか１つに記載の装置。
【０１１４】
項目Ｂ６．複数の共振器があるパターンで配置されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１１５】
項目Ｂ７．複数の共振器があるアレイとして配置されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１１６】
項目Ｂ８．複数の共振器のうちの少なくとも２つは、共振器のうちの第１共振器の中心と、共振器のうちの隣接する第２共振器の中心との間の間隔を規定する格子定数に従って、離れている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１１７】
項目Ｂ９．格子定数は、電磁波の波長未満である、項目Ｂ７に記載の装置。
【０１１８】
項目Ｂ１０．結合装置の共振周波数は、電磁波の周波数に適合するように選択される、項目Ｂ１〜Ｂ９のいずれか１つに記載の装置。
【０１１９】
項目Ｂ１１．共振器の直径の格子定数に対する比率が１未満である、項目Ｂ７に記載の装置。
【０１２０】
項目Ｂ１２．複数の共振器が、基材内、又は基材上に配置されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２１】
項目Ｂ１３．基材は、複数の共振器の少なくともいくつかの上にコーティングされている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２２】
項目Ｂ１４．複数の共振器の共振周波数は、電磁波の周波数に少なくとも部分的に基づいて選択される、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２３】
項目Ｂ１５．複数の共振器の共振周波数は、電磁波の周波数に適合するように選択される、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２４】
項目Ｂ１６．共振器の直径の格子定数に対する比率が１未満である、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２５】
項目Ｂ１７．複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも５倍の比誘電率を有する、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２６】
項目Ｂ１８．複数の共振器のそれぞれは、基材の比誘電率の少なくとも１０倍の比誘電率を有する、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１２７】
項目Ｂ１９．導波管の共振周波数は、ミリ波帯域内である、項目Ｂ１〜Ｂ１８のいずれか１つに記載の装置。
【０１２８】
項目Ｂ２０．導波管の共振周波数は、およそ４．８ＧＨｚである、項目Ｂ１〜Ｂ１９のいずれか１つに記載の装置。
【０１２９】
項目Ｂ２１．導波管の共振周波数は、赤外線周波数領域内である、項目Ｂ１〜Ｂ２０のいずれか１つに記載の装置。
【０１３０】
項目Ｂ２２．複数の共振器が、セラミック材料で作製されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３１】
項目Ｂ２３．複数の共振器のそれぞれが２０超の比誘電率を有する、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３２】
項目Ｂ２４．複数の共振器のそれぞれが１００超の比誘電率を有する、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３３】
項目Ｂ２５．複数の共振器のそれぞれが２００〜２０，０００の範囲の比誘電率を有する、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３４】
項目Ｂ２６．複数の共振器が、一種のドープ又は非ドープのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、バリウムストロンチウムチタン酸塩（ＢａＳｒＴｉＯ３）、Ｙ５Ｖ及びＸ７Ｒ組成物、ＴｉＯ２（二酸化チタン）、チタン酸カルシウム銅（ＣａＣｕ３Ｔｉ４Ｏ１２）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、マグネシウムチタン酸鉛（ＰｂＭｇＴｉＯ３）、マグネシウムニオブ酸鉛チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３．−ＰｂＴｉＯ３）、鉄チタンタンタレート（ＦｅＴｉＴａＯ６）、Ｌｉ及びＴｉで共ドープしたＮｉＯ（Ｌａ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４、Ｎｄ１．５Ｓｒ０．５ＮｉＯ４）、並びにこれらの組み合わせで作製されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３５】
項目Ｂ２７．複数の共振器の少なくとも１つが熱処理されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３６】
項目Ｂ２８．複数の共振器の少なくとも１つが焼結されている、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１３７】
項目Ｂ２９．複数の共振器の少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、６００℃超の温度で焼結される、項目Ｂ２８に記載の装置。
【０１３８】
項目Ｂ３０．複数の共振器の少なくとも１つが、２〜４時間の期間にわたり、９００℃超の温度で焼結される、項目Ｂ２８に記載の装置。
【０１３９】
項目Ｂ３１．基材は、テフロン（登録商標）、石英ガラス、コージェライト、ホウケイ酸ガラス、ペルフルオロアルコキシ、ポリウレタン、ポリエチレン、及びフッ素化エチレンプロピレンのうちの少なくとも１つを含む、項目Ｂ５に記載の装置。
【０１４０】
項目Ｂ３２．第２面は、遮断構造の第１面の反対側にある、項目Ｂ１〜Ｂ３１のいずれか１つに記載の装置。
【０１４１】
本発明は、上述の特定の実施例及び実施形態に限定されると考えられるべきでなく、そのような実施形態は、本発明の様々な態様の説明をわかりやすくするために詳細に説明されている。むしろ、本発明は、添付の請求項及びそれらの等価物によって規定される本発明の趣旨及び範囲内の、種々の変更、等価なプロセス、及び代替的なデバイスを含む、本発明の全ての態様に及ぶと理解すべきである。
【図１】
2018514164.tif 000008
【図２Ａ】
2018514164.tif 000009
【図２Ｂ】
2018514164.tif 000010
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2018514164.tif 000012
【図２Ｅ】
2018514164.tif 000013
【図２Ｆ】
2018514164.tif 000014
【図３Ａ】
2018514164.tif 000015
【図３Ｂ】
2018514164.tif 000016
【図３Ｃ】
2018514164.tif 000017
【図３Ｄ】
2018514164.tif 000018
【図３Ｅ】
2018514164.tif 000019
【図３Ｆ】
2018514164.tif 000020
【図３Ｇ】
2018514164.tif 000021
【図４Ａ】
2018514164.tif 000022
【図４Ｂ】
2018514164.tif 000023
【図４Ｃ】
2018514164.tif 000024
【図４Ｄ】
2018514164.tif 000025
【図５Ａ】
2018514164.tif 000026
【図５Ｂ】
2018514164.tif 000027
【図５Ｃ】
2018514164.tif 000028
【図６】
2018514164.tif 000029
【図７Ａ】
2018514164.tif 000030
【図７Ｂ】
2018514164.tif 000031
【図７Ｃ】
2018514164.tif 000032
【図７Ｄ】
2018514164.tif 000033
【国際調査報告】
2018514164.tif 000034
2018514164.tif 000035
2018514164.tif 000036