DE112019000417T5

DE112019000417T5 - Dielektrische Resonatorantenne mit ersten und zweiten dielektrischen Abschnitten

Info

Publication number: DE112019000417T5
Application number: DE112019000417.4T
Authority: DE
Inventors: Roshin Rose George; Kristi Pance
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-11-05
Also published as: TW201933676A; GB2584566B; GB2584566A; JP7209716B2; TW201941498A; WO2019140421A1; TWI800593B; GB202012399D0; CN111602297A; TWI799493B; JP2021510948A; TW201941499A; US11616302B2; US20190221939A1; KR20200105656A

Abstract

Eine elektromagnetische Vorrichtung enthaltend: eine erste elektromagnetische EM-Signaleinspeisung; eine zweite EM-Signaleinspeisung, die neben der ersten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist; und einen erhöhten elektrisch leitenden Bereich, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet und relativ zu diesen erhöht ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 16/246886, eingereicht am 14. Januar 2019, die die Vorteile der U.S. Provisional Anmeldung mit der Seriennummer 62/693,057 , eingereicht am 2. Juli 2018, beansprucht, die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit enthalten ist. Diese Anmeldung beansprucht auch die Vorteile der am 14. Januar 2019 eingereichten U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 16/246892, die die Vorteile der am 21. Februar 2018 eingereichten U.S. Provisional Anmeldung mit der Seriennummer 62/633,256 beansprucht, die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen ist. Diese Anmeldung beansprucht auch den Vorteil der am 14. Januar 2019 eingereichten U.S. Anmeldung mit der Seriennummer 16/246880, die den Vorteil der am 15. Januar 2018 eingereichten U.S. Provisional Anmeldung mit der Seriennummer 62/617,358 beansprucht, die hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit einbezogen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich im Allgemeinen auf eine elektromagnetische Vorrichtung, insbesondere auf ein dielektrisches Resonator-Antennensystem (DRA), und im Besonderen auf ein DRA-System mit einem ersten und einem zweiten dielektrischen Abschnitt zur Verbesserung des Gewinns, der Rückflussdämpfung und der Isolation, die mit einer Vielzahl dielektrischer Strukturen innerhalb des DRA-Systems verbunden sind.
Während die vorhandenen DRA-Resonatoren und -Arrays für den beabsichtigten Zweck geeignet sein mögen, würde die Kunst der DRAs mit einer verbesserten DRA-Struktur zum Aufbau eines DRA-Systems mit hoher Gewinn und hoher Richtcharakteristik im Fernfeld vorangetrieben, das bestehende NachAbschnitte wie z.B. begrenzte Bandbreite, begrenzte Effizienz, begrenzte Gewinn, begrenzte Richtcharakteristik oder komplexe Herstellungstechniken überwinden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform enthält eine elektromagnetische Vorrichtung mit: einer ersten elektromagnetischen EM-Signaleinspeisung; einer zweiten EM-Signaleinspeisung, die angrenzend an die erste EM-Signaleinspeisung angeordnet ist; und einem erhöhten elektrisch leitenden Bereich, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet und relativ zu diesen erhöht ist.
Eine Ausführungsform enthält eine elektromagnetische Vorrichtung mit: einer Vielzahl von dielektrischen Strukturen, wobei jede dielektrische Struktur der Vielzahl von dielektrischen Strukturen aufweist: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft aufweist; wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist; wobei der SDP eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet, und das proximale Ende des SDP eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet; wobei HS gleich oder größer als 2,5 mal W1 ist und gleich oder kleiner als 55 mal W1 ist.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Bezug nehmend auf die beispielhaften, nicht einschränkenden Zeichnungen, wobei gleichartige Elemente in den begleitenden AbFIG.ungen gleich nummeriert sind:

1A zeigt eine gedrehte perspektivische Ansicht einer Einheitszelle einer elektromagnetischen EM-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1B zeigt eine Seitenansicht der Einheitszelle von 1A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1C zeigt eine gedrehte perspektivische Ansicht einer Einheitszelle, die eine Alternative zu der in 1A dargestellten Zelle darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
1D zeigt eine Seitenansicht der Einheitszelle von 1C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Seitenansicht einer Einheitszelle ähnlich, aber alternativ zu 1B und 1D, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
3 zeigt eine Seitenansicht einer Einheitszelle ähnlich, aber alternativ zu der von 1B, 1D und 2, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
4 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=6, einer Vielzahl von Einheitszellen von 1B gemäß einer Ausführungsform;
5A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen von 1B gemäß einer Ausführungsform;
5B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 5A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
6A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
6B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 6A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
7A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2 ist, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A und 6A ähnlich, aber alternativ dazu sind, entsprechend einer Ausführungsform;
7B zeigt eine Seitenansicht einer zerlegten Baugruppe des MxN-Arrays von 7A in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
8A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 6A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
8B zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 7A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
9A zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, von einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 8A ähnlich, aber alternativ dazu sind, gemäß einer Ausführungsform;
9B zeigt eine vergrößerte Ansicht von Detail 9B von 9A;
10 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 9A ähnlich, aber alternativ sind, gemäß einer Ausführungsform;
11 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die der von 5A ähnlich, aber alternativ sind, gemäß einer Ausführungsform;
12 zeigt eine Seitenansicht eines MxN-Arrays, wobei M=2, einer Vielzahl von Einheitszellen, die ähnlich, aber alternativ zu der von 11 sind, gemäß einer Ausführungsform;
13 zeigt eine Draufsicht eines MxN-Arrays, wobei M=2 und N=2, einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten auf einem Substrat gemäß einer Ausführungsform;
14A zeigt eine Draufsicht einer monolithischen Struktur mit einer MxN-Anordnung, wobei M=2 und N=2, aus einer Vielzahl von zweiten dielektrischen Abschnitten und einer Vielzahl von Montageabschnitten, die über eine Verbindungsstruktur miteinander verbunden sind, entsprechend einer Ausführungsform;
14B zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A ähnlich, aber alternativ ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
15 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-14B ähnlich, aber alternativ ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
16 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-15 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
17 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-16 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
18 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-17 ähnlich, aber alternativ ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
19 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-18 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
20 zeigt eine Draufsicht auf eine monolithische Struktur, die der von 14A-19 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
21 zeigt eine Grundrissansicht einer monolithischen Struktur, die der von 14A-20 ähnlich, aber alternativ dazu ist, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
22 zeigt mathematische Modellierungsleistungsmerkmale einer einzelnen Einheitszelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
23 stellt mathematische Leistungsmerkmale dar, die die S(1, 1)-Rückflussdämpfungs-Leistungsmerkmale einer Einheitszelle gemäß einer Ausführungsform mit einer ähnlichen Einheitszelle, bei der jedoch ein Element gemäß der Ausführungsform fehlt, gemäß einer Ausführungsform vergleichen
, und zeigen jeweils eine durchsichtige, gedrehte perspektivische Ansicht, eine durchsichtige Seitenansicht und eine durchsichtige Draufsicht von oben nach unten einer EM-Vorrichtung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
25, 26, 27 und 28 stellen analytische Modellierungsdaten dar, die mit der Ausführungsform von 24A, 24B und 24C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verbunden sind;
29A, 29B und 29C zeigen jeweils eine transparente, gedrehte perspektivische Ansicht, eine transparente Seitenansicht und eine transparente Draufsicht auf ein Array der EM-Vorrichtung der 24A, 24B und 24C mit zusätzlichen Signalisolationsmerkmalen, die entsprechend einer Ausführungsform eingebaut sind;
30A, 30B und 30C zeigen jeweils eine transparente, gedrehte perspektivische Ansicht, eine transparente Seitenansicht und eine transparente Draufsicht einer alternativen Anordnung zu der von 29A, 29B und 29C in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform; und
31 zeigt eine transparente, gedrehte perspektivische Ansicht einer EM-Vorrichtung, die ein Abschnitt des in 29A, 29B und 29C dargestellten Arrays oder des in 30A, 30B und 30C dargestellten Arrays in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Obgleich die folgende detaillierte Beschreibung zur Veranschaulichung viele Besonderheiten enthält, wird jeder, der über gewöhnliches Fachwissen verfügt, zu schätzen wissen, dass viele Variationen und Änderungen der folgenden Details in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen. Dementsprechend werden die folgenden Beispielausführungen ohne Verlust an Allgemeingültigkeit und ohne Einschränkung der beanspruchten Erfindung dargestellt.
Eine Ausführungsform, wie sie durch die verschiedenen Abbildungen und den begleitenden Text gezeigt und beschrieben wird, bietet eine elektromagnetische Vorrichtung in Form einer dielektrischen Struktur mit einem ersten dielektrischen Abschnitt und einem zweiten dielektrischen Abschnitt, der in Bezug auf den ersten dielektrischen Abschnitt strategisch so angeordnet ist, dass ein verbesserter Gewinn, eine verbesserte Bandbreite, eine verbesserte Rückflussdämpfung und/oder eine verbesserte Isolation erzielt wird, wenn zumindest der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt wird, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld abzustrahlen (z.B. elektromagnetisch in Resonanz zu treten und abzustrahlen). In einer Ausführungsform wird nur der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen (z.B. elektromagnetisch in Resonanz zu treten und auszustrahlen). In einer anderen Ausführungsform werden sowohl der erste dielektrische Abschnitt als auch der zweite dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen. In einer Ausführungsform, in der nur der erste dielektrische Abschnitt elektromagnetisch zur Ausstrahlung eines elektromagnetischen Feldes im Fernfeld angeregt wird, kann der erste dielektrische Abschnitt als ein elektromagnetischer dielektrischer Resonator und der zweite dielektrische Abschnitt als ein dielektrischer elektromagnetischer Strahlformer betrachtet werden. In einer Ausführungsform, in der sowohl der erste dielektrische Abschnitt als auch der zweite dielektrische Abschnitt elektromagnetisch angeregt werden, um ein elektromagnetisches Feld im Fernfeld auszustrahlen, kann die Kombination des ersten dielektrischen Abschnitts und des zweiten dielektrischen Abschnitts als ein elektromagnetischer dielektrischer Resonator betrachtet werden, und in der der zweite dielektrische Abschnitt auch als ein dielektrischer elektromagnetischer Strahlformer betrachtet werden kann. In einer Ausführungsform ist die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur (z.B. ohne eingebettetes Metall oder Metallpartikel).
1A und 1B stellen eine elektromagnetische EM-Vorrichtung 1000 mit einer dielektrischen Struktur 2000 dar, die aus einem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 und einem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 besteht. Der erste dielektrische Abschnitt 2020 hat ein proximales Ende 2040 und ein distales Ende 2060 und eine dreidimensionale 3D-Form 2080 mit einer Protuberanzrichtung vom proximalen Ende 2040 zum distalen Ende 2060, die parallel zu einer z-Achse eines orthogonalen x,y,z-Koordinatensystems ausgerichtet ist. Für die hierin angegebenen Zwecke ist die z-Achse des orthogonalen x-, y-, z-Koordinatensystems mit einer vertikalen Mittelachse eines zugehörigen ersten dielektrischen Abschnitts 2020 ausgerichtet und fällt mit dieser zusammen, wobei die x-z, y-z und x-y-Ebenen, wie in den verschiedenen Abbildungen dargestellt, orientiert sind und die z-Achse orthogonal zu einem Substrat der EM-Vorrichtung 1000 ist. Es wird jedoch klar, dass ein rotationsübersetztes orthogonales x'-, y'-, z'-Koordinatensystem verwendet werden kann, bei dem die z'-Achse nicht orthogonal zu einem Substrat der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alle derartigen orthogonalen Koordinatensysteme, die für einen hierin offenbarten Zweck geeignet sind, werden in Betracht gezogen und fallen in den Anwendungsbereich einer hierin offenbarten Erfindung. Der erste dielektrische Abschnitt 2020 besteht aus einem dielektrischen Material, Dk-Material, das von Luft verschieden ist, aber in einer Ausführungsform einen inneren Bereich aus Luft, Vakuum oder einem anderen Gas enthalten kann, der für einen hierin offenbarten Zweck geeignet ist, wenn der erste dielektrische Abschnitt 2020 hohl ist. In einer Ausführungsform hat der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine 3D-Form in Form einer halbkugelförmigen Kuppel oder in Form einer langgestreckten Kuppel mit vertikalen Seitenwänden und einem kuppelförmigen oberen oder distalen Ende 2060, oder allgemein in der Form mit einem konvexen distalen Ende 2060. In einer Ausführungsform kann der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine geschichtete Anordnung dielektrischer Schalen zur Bildung der halbkugelförmigen Kuppel umfassen, wobei jede aufeinanderfolgende, nach außen angeordnete Schicht eine benachbarte, nach innen angeordnete Schicht im wesentlichen einbettet und in direktem Kontakt mit ihr steht. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 hat ein proximales Ende 2540 und ein distales Ende 2560, wobei das proximale Ende 2540 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 in der Nähe des distalen Endes 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet ist, um die dielektrische Struktur 2000 zu bilden. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 besteht aus einem anderen dielektrischen Material als Luft. Der zweite dielektrische Abschnitt 2520 hat eine 3D-Form mit einer ersten Querschnittsfläche 2580 in der x-y-Ebene in der Nähe des proximalen Endes 2540 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und einer zweiten Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene zwischen dem proximalen Ende 2540 und dem distalen Ende 2560 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520, wobei die zweite Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene größer ist als die erste Querschnittsfläche 2580 in der x-y-Ebene. In einer Ausführungsform sind die erste Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2580 und die zweite Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2600 kreisförmig, aber in einigen anderen Ausführungsformen können sie ovaloid oder jede andere Form sein, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist. In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 eine dritte Querschnittsfläche 2640 in der x-y-Ebene, die zwischen der zweiten Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene und dem distalen Ende 2560 angeordnet ist, wobei die dritte Querschnittsfläche 2640 in der x-y-Ebene größer ist als die zweite Querschnittsfläche 2600 in der x-y-Ebene. In einer Ausführungsform ist das distale Ende 2560 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 planar. In einer Ausführungsform hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante, die größer ist als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520. In einer Ausführungsform ist die dielektrische Struktur 2000 eine rein dielektrische Struktur ohne eingebettetes Metall oder Metallpartikel, zum Beispiel. In einer Ausführungsform ist der erste dielektrische Abschnitt 2020 ein einziges dielektrisches Material.
In einer Ausführungsform hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 9. Alternativ dazu hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 11 und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 5. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 12 und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder kleiner als 3. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 9. Weiterhin alternativ hat das dielektrische Material des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 15, und das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 hat eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 5. Ferner hat alternativ dazu das dielektrische Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 eine mittlere Dielektrizitätskonstante gleich oder größer als Luft und gleich oder kleiner als 9.
In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, WS, wobei HS größer als WS ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von WS. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2-fache von WS.
In einer Ausführungsform hat der erste dielektrische Abschnitt 2020 eine maximale Gesamthöhe, HF, und eine maximale Gesamtbreite, WF, wobei HS größer als HF und WS größer als WF ist. In einer Ausführungsform ist HS größer als das 5-fache von HF und WS größer als das 1,2-fache von WF.
In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2520 einen ersten Unterabschnitt 2519 in der Nähe des proximalen Endes 2540 und einen zweiten Unterabschnitt 2521 in der Nähe des distalen Endes 2560, wobei die zweite Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2600 im ersten Unterabschnitt 2519 und die dritte Querschnittsfläche der x-y-Ebene 2640 im zweiten Unterabschnitt 2521 enthalten ist. In einer Ausführungsform hat der erste Unterabschnitt 2519 eine zylindrische 3D-Form mit dem Durchmesser W1, und der zweite Unterabschnitt 2521 hat eine kegelstumpfförmige 3D-Form mit einem unteren Durchmesser von W1, der sich auf einen oberen Durchmesser von WS ausdehnt, so dass WS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist der Durchmesser W1 größer als der Durchmesser WF.
In einer Ausführungsform und unter Bezugnahme auf 1C und 1D hat eine EM-Vorrichtung 1001, ähnlich wie die EM-Vorrichtung 1000, bei dem ähnliche Merkmale gleich nummeriert sind, einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2550, der dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 der 1A und 1B ähnlich ist, aber mit einem inneren Bereich 2700 innerhalb des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550, der aus einem Material mit einer Dielektrizitätskonstante besteht, die kleiner ist als die Dielektrizitätskonstante des verbleibenden äußeren Körperabschnitts des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550. In einer Ausführungsform ist der innere Bereich 2700 Luft. Allgemein gesagt ist der äußere Körperabschnitt des zweiten dielektrischen Abschnitts 2550 aus einem dielektrischen Material mit einer ersten Dielektrizitätskonstante und der innere Bereich 2700 aus einem dielektrischen Material mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante hergestellt, die kleiner als die erste Dielektrizitätskonstante ist. Andere Merkmale der EM-Vorrichtung 1001 sind ähnlich oder identisch mit denen der EM-Vorrichtung 1000.
Es wird nun auf 2 und 3 verwiesen, wobei 2 eine EM-Vorrichtung 1002 und 3 eine EM-Vorrichtung 1003 darstellt, und wobei beide EM-Vorrichtungen 1002, 1003 der EM-Vorrichtung 1000 ähneln, wobei ähnliche Merkmale gleich nummeriert sind.
In einer Ausführungsform hat die in 2 dargestellte EM-Vorrichtung 1002 einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2522, der dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 der 1A und 1B ähnlich ist, aber eine zylindrische Form mit einem Durchmesser W1 aufweist, der sich über die gesamte Höhe HS des zweiten dielektrischen Abschnitts 2522 erstreckt. Das heißt, der zweite dielektrische Abschnitt 2522 ähnelt einer verlängerten Version des ersten Unterabschnitts 2519 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 der EM-Vorrichtung 1000. In einer Ausführung hat der zweite dielektrische Abschnitt 2522 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, W1, wobei HS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von W1. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2-fache von W1.
In einer Ausführungsform hat die in 3 dargestellte EM-Vorrichtung 1003 einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2523 mit einer ähnlichen maximalen Gesamtbreite W1 und maximalen Gesamthöhe HS wie der zweite dielektrische Abschnitt 2522 der EM-Vorrichtung 1002, aber mit einer 3D-Form, einen unteren Abschnitt 2524 mit im wesentlichen vertikalen Seitenwänden und einen oberen Abschnitt 2525 mit einer abgestumpften ellipsoidischen Form. Vergleicht man 3 mit 1A, 1B, 1C, 1D und 2, so wird deutlich, dass nicht nur der erste dielektrische Abschnitt 2020 ein konvexes distales Ende 2060 haben kann, sondern auch der zweite dielektrische Abschnitt 2523 ein konvexes distales Ende 2560 haben kann. In einer Ausführungsform hat der zweite dielektrische Abschnitt 2523 eine maximale Gesamthöhe, HS, und eine maximale Gesamtbreite, W1, wobei HS größer als W1 ist. In einer Ausführungsform ist HS gleich oder größer als das 1,5-fache von W1. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HS gleich oder größer als das 2-fache von W1.
Durch die Anordnung der Höhen-zu-Breiten-Verhältnisse des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520, 2521, 2522, wie hier offengelegt, werden höhere TE (transversale elektrische) Moden unterstützt, was eine breitere TE-Fernfeld-Strahlungsbandbreite ergibt.
In einer Ausführungsform ist der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in direktem, innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 angeordnet. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist jedoch nicht so begrenzt. In einer Ausführungsform ist der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Fünffache von λ ist, wobei λ eine Freiraum-Wellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist, dargestellt durch die gestrichelten Linien 2530 in 1B. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Dreifache von λ ist. Alternativ ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Zweifache von λ ist. Alternativ ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Einfache von λ ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder kleiner als das Einfache von λ ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform der zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet, der gleich oder weniger als das Zehntel von λ ist.
Es wird nun auf 4 verwiesen, das eine Vielzahl beliebiger der hier offengelegten dielektrischen Strukturen 2000 in einem Array 3000 darstellt, wobei jeder zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 der jeweiligen der Vielzahl der dielektrischen Strukturen 2000 physikalisch mit mindestens einem anderen der jeweiligen zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 über eine Verbindungsstruktur 4000 verbunden ist. In einer Ausführungsform ist jede Verbindungsstruktur 4000 relativ dünn (in der Ebene der Seite) im Vergleich zu einer Gesamtaußenabmessung, z.B. WS oder HS, einer der Mehrzahl der dielektrischen Strukturen 2000. In einer Ausführung ist jede Verbindungsstruktur 4000 aus einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material gebildet und hat eine Querschnittsgesamthöhe HC, die kleiner ist als eine Gesamthöhe HS einer entsprechenden verbundenen dielektrischen Struktur 2000. In einer Ausführungsform bildet jede Verbindungsstruktur 4000 und der zugehörige zweite dielektrische Abschnitt 2520, 2521, 2522, 2523 eine einzelne monolithische Struktur 5000. In einer Ausführungsform hat jede Verbindungsstruktur 4000 eine Querschnitts-Gesamthöhe HC, die kleiner ist als eine Freiraum-Wellenlänge λ einer entsprechenden Betriebs-Mittenfrequenz, bei der die zugehörige EM-Vorrichtung 1000 in Betrieb ist. In einer Ausführungsform besteht die Verbindungsstruktur 4000 aus einem dielektrischen Material, das mit dem dielektrischen Material der entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 identisch ist. In einer Ausführungsform bilden die Verbindungsstruktur 4000 und die entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitte 2520, 2521, 2522, 2523 die oben erwähnte einzelne monolithische Struktur 5000 als nahtlose zusammenhängende Struktur.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die oben genannten Zahlen zusammen und unter besonderer Bezugnahme auf 4 enthält eine Ausführungsform der EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 oder des Arrays 3000 dielektrischer Strukturen 2000 ferner ein Substrat 3200, auf dem die einzelnen oder das Array dielektrischer Strukturen 2000 angeordnet sind. In einer Ausführungsform enthält das Substrat 3200 ein Dielektrikum 3140 und eine Metallzaunstruktur 3500, die auf dem Dielektrikum 3140 angeordnet ist. In Bezug auf das Array 3000 von 4 hat das Substrat 3200 mindestens einen Trägerabschnitt 3020 und die Verbindungsstruktur 4000 mindestens einen Montageabschnitt 4020. In einer Ausführungsform ist jeder der mindestens einen Montageabschnitte 4020 in einer eins-zu-eins-Beziehung entsprechend dem mindestens einen Trägerabschnitt 3020 angeordnet.
Unter weiterer allgemeiner Bezugnahme auf die oben genannten Figuren zusammen und unter besonderer Bezugnahme auf 4, einer Ausführungsform der EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 oder der Anordnung 3000 dielektrischer Strukturen 2000, enthält die Metallzaunstruktur 3500 eine Vielzahl von elektrisch leitenden elektromagnetischen Reflektoren 3510, die eine Aussparung 3512 mit einer elektrisch leitenden Basis 3514 umgeben, wobei jeder der Vielzahl von Reflektoren 3510 in einer Eins-zu-Eins-Beziehung zu entsprechenden der Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000 angeordnet ist und im wesentlichen jede entsprechende der Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000 umgibt. In einer Ausführungsform ist die Metallzaunstruktur 3500 eine einheitliche Metall-Zaunstruktur, und die Vielzahl elektrisch leitender elektromagnetischer Reflektoren 3510 ist einstückig mit der einheitlichen Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet.
In einer Ausführungsform enthält jede jeweilige EM-Vorrichtung 1000, 1001, 1002, 1003 eine Signaleinspeisung 3120 zur elektromagnetischen Anregung einer gegebenen dielektrischen Struktur 2000, wobei die Signaleinspeisung 3120 von der Metallzaunstruktur 3500 über das Dielektrikum 3140 getrennt ist, das in einer Ausführungsform ein anderes dielektrisches Medium als Luft ist, und wobei in einer Ausführungsform die Signaleinspeisung 3120 ein Mikrostreifen mit Schlitzblende 3130 ist (siehe z.B. 1A). Die Anregung einer gegebenen dielektrischen Struktur 2000 kann jedoch durch jede Signaleinspeisung erfolgen, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist, wie z.B. ein Kupferdraht, ein Koaxialkabel, ein Mikrostreifen (z.B. mit geschlitzter Apertur), eine Streifenleitung (z.B. mit geschlitzter Apertur), ein Wellenleiter, ein oberflächenintegrierter Wellenleiter, ein substratintegrierter Wellenleiter oder eine leitende Tinte, die z.B. elektromagnetisch mit der jeweiligen dielektrischen Struktur 2000 gekoppelt ist. Wie es für einen Fachmann klar ist, ist der Ausdruck elektromagnetisch gekoppelt ein Kunstbegriff, der sich auf eine absichtliche Übertragung elektromagnetischer Energie von einem Ort zu einem anderen bezieht, ohne notwendigerweise einen physischen Kontakt zwischen den beiden Orten zu beinhalten, und der sich in Bezug auf eine hier offen gelegte Ausführungsform insbesondere auf eine Wechselwirkung zwischen einer Signalquelle mit einer elektromagnetischen Resonanzfrequenz bezieht, die mit einem elektromagnetischen Resonanzmodus der zugehörigen dielektrischen Struktur 2000 zusammenfällt. Eine einzelne aus der Kombination einer dielektrischen Struktur 2000 und einer entsprechenden elektromagnetisch reflektierenden Metallzaunstruktur 3500, wie sie z.B. in 1A dargestellt ist, wird hier als eine Einheitszelle 1020 bezeichnet.
Wie in 4 dargestellt, haben das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530, die eine Stelle des mindestens einen Trägerabschnitts 3020 des Substrats 3200 definieren. In einer Ausführungsform ist jeder der mindestens einen Montageabschnitte 4020 in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung mit jedem der mindestens einen Trägerabschnitte 3020 angeordnet. In einer Ausführungsform wird jeder der mindestens einen Montageabschnitte 4020 an einen entsprechenden der mindestens einen Trägerabschnitte 3020 geklebt oder anderweitig befestigt. 4 zeigt und MxN-Array 3000 mit einer sechs-breiten Vielzahl dielektrischer Strukturen 2000, wobei M=6. In einer Ausführungsform kann N auch gleich 6 sein oder einer beliebigen Anzahl dielektrischer Strukturen 2000 entsprechen, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet sind. Darüber hinaus wird es begrüßt, dass die hier angegebene Anzahl von MxN dielektrischen Strukturen in einem gegebenen Array lediglich der Veranschaulichung dient und dass die Werte sowohl für M als auch für N jede beliebige Zahl sein können, die für einen hier angegebenen Zweck geeignet ist. Als solche wird jede MxN-Anordnung in Betracht gezogen, die in den Anwendungsbereich der hier offenbarten Erfindung fällt.
Es wird nun auf 5A bis 10 verwiesen.
5A zeigt ein MxN-Array 3001, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3000 von 4, wobei das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530 aufweisen, die eine Position der jeweiligen Trägerabschnitte 3020 des Substrats 3200 definieren, und die jeweiligen Montageabschnitte 4020 innerhalb der entsprechenden Durchgangslöcher 3030, 3530 des Dielektrikums 3140 bzw. der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet sind. 5B zeigt das Array 3001 aus 5A vor der Montage der monolithischen Struktur 5010, ähnlich der oben beschriebenen monolithischen Struktur 5000, auf dem Substrat 3200. Wie dargestellt, ist das Array 3001 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4000, das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 bedeckt alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 steht in direktem innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020, wie durch die gestrichelten Linien 5012 in 5A dargestellt.
6A zeigt ein MxN-Array 3002, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3001 von 5A, wobei das Dielektrikum 3140 und die Metallzaunstruktur 3500 jeweils axial ausgerichtete Durchgangslöcher 3030 bzw. 3530 aufweisen, die eine Stelle des mindestens einen Trägerabschnitts 3020 des Substrats 3200 definieren, und die jeweiligen Montageabschnitte 4020 innerhalb der entsprechenden Durchgangslöcher 3530 der Metallzaunstruktur 3500, nicht aber die Durchgangslöcher 3030 des Dielektrikums 3140, angeordnet sind. In einer Ausführungsform sind die Durchgangslöcher 3030 des Dielektrikums 3140 mit einem Verbindungsmaterial 3012, wie z.B. einem Klebstoff, gefüllt, das die Montageabschnitte 4020 der monolithischen Struktur 5020, ähnlich der in 5A dargestellten monolithischen Struktur 5010, auf dem Substrat 3200 befestigt. 6B zeigt das Array 3002 aus 6A vor der Montage der monolithischen Struktur 5020 auf dem Substrat 3200. Wie dargestellt, ist das Array 3002 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4000, wobei das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 nicht alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 bedeckt, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, wo ein Spalt 5014 zwischen dem proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und der elektrisch leitenden Basis 3514 der Metallzaunstruktur 3500 vorhanden ist, auf der der erste dielektrische Abschnitt 2020 angeordnet ist, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 in direktem innigem Kontakt mit dem ersten dielektrischen Abschnitt 2020 steht, wie durch die gestrichelten Linien 5012 in 5A dargestellt.
7A zeigt ein MxN-Array 3003, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich wie die Arrays 3001, 3002 von 5A bzw. 6A, jedoch mit einigen alternativen Merkmalen. Wie in 7A dargestellt, fehlt dem Dielektrikum 3140 ein Durchgangsloch im Bereich der Montageabschnitte 4020 der Verbindungsstruktur 4030, ähnlich, aber alternativ zur Verbindungsstruktur 4000, und die Metallzaunstruktur 3500 hat ausgesparte Stützflächen 3540, auf denen die Montageabschnitte 4020 sitzen und die den mindestens einen Trägerabschnitt 3020 bilden. In einer Ausführungsform sichert ein Verbindungsmaterial 3012 die Montageabschnitte 4020 der monolithischen Struktur 5030, ähnlich den monolithischen Strukturen 5010, 5020, an den vertieften Stützflächen 3540. 7B zeigt das Array 3003 von 7A vor der Montage der monolithischen Struktur 5030 auf dem Substrat 3200. Alternativ dazu enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach oben weisende Trägerfläche 3540, und jeder Montageabschnitt 4020 der Verbindungsstruktur 4030 enthält eine nach unten weisende Montagefläche 4024, die in direktem Kontakt mit einer entsprechenden nach oben weisenden Trägerfläche 3540 angeordnet ist.
Wie dargestellt, ist das Array 3003 ein verbundenes Array mit einer Verbindungsstruktur 4030, wobei das niedrigere Dk-Material des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 nicht alle Seiten des höheren Dk-Materials des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 abdeckt, wie am proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 dargestellt, wobei ein Spalt 5014 zwischen dem proximalen Ende 2040 des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 und der elektrisch leitenden Basis 3514 der Metallzaunstruktur 3500 vorhanden ist, auf der der erste dielektrische Abschnitt 2020 angeordnet ist, und der zweite dielektrische Abschnitt 2520 in einem Abstand vom distalen Ende 2060 des ersten dielektrischen Abschnitts 2020 angeordnet ist, wie durch den Spalt 5016 in . Vergleicht man die Verbindungsstruktur 4030 von 7A mit der Verbindungsstruktur 4000 von 5A, so hat die Verbindungsstruktur 4000 eine Querschnittsgesamthöhe HC und die Verbindungsstruktur 4030 eine Querschnittsgesamthöhe HC1, wobei HC1 kleiner als HC ist. In einer Ausführungsform ist HC1 gleich oder kleiner als das Einfache von λ, wobei λ eine Freiraum-Wellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder kleiner als die Hälfte von λ, wobei λ eine Freiraumwellenlänge bei einer Betriebsmittenfrequenz der EM-Vorrichtung 1000 ist. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als das Viertelfache von λ. Alternativ ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als ein Fünftel mal so gross wie λ. Alternativ dazu ist in einer Ausführungsform HC1 gleich oder weniger als das Zehntel von λ.
8A zeigt ein MxN-Array 3004, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3004 von 6A, bei dem die Höhe der Verbindungsstruktur jedoch HC1 im Gegensatz zu HC ist. Andere ähnliche Merkmale wie in FIG.. 8 und 6A sind gleich nummeriert.
8B zeigt ein MxN-Array 3005, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich der Kombination des Arrays 3003 von 7A mit den Lücken 5014 und 5016 und des Arrays 3004 von 8A mit dem Verbindungsmaterial 3012, jedoch mit alternativen Montageeigenschaften. In einer Ausführung enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach oben weisende Schulter 3024, die in der Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet ist, und jeder Montageabschnitt 4020 der monolithischen Struktur 5020 enthält eine nach unten weisende Schulter 4024, die auf einer entsprechenden der nach oben weisenden Schulter 3024 angeordnet ist, wobei ein distales Ende 4026 des Montageabschnitts 4020 mit reduziertem Querschnitt mit einer Öffnung oder einem Durchgangsloch 3534 in der Metallzaunstruktur 3500 in Eingriff steht. Ein Hohlraum 3536, der in der Metallzaunstruktur 3500 unterhalb des distalen Endes 4026 des Montageabschnitts 4020 ausgebildet ist, wird mit dem Verbindungsmaterial 3012 gefüllt, um die monolithische Struktur 5020 am Substrat 3200 zu befestigen.
Unter Bezugnahme auf die , und ist zu erkennen, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der der entsprechende Montageabschnitt 4020 nur abschnittweise in einem entsprechenden der Durchgangslöcher 3030, 3530, 3534 der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet ist und ein Verbindungsmaterial 3012 zumindest abschnittweise in den verbleibenden Durchgangslochabschnitten der Metallzaunstruktur 3500 und den entsprechenden Durchgangslöchern des Substrats 3200 angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf 8B ist zu erkennen, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der die Montageabschnitte 4020 der Verbindungsstruktur 4030 einen Pfosten (bezogen auf die Referenznummer 4020) mit einem abgestuften Pfostenende 4021 bilden und das abgestufte Pfostenende 4021 Abschnittweise innerhalb des entsprechenden Durchgangslochs 3534 der Metallzaunstruktur 3500 angeordnet ist. In einer Ausführungsform sind der Pfosten 4020 und das abgesetzte Pfostenende 4021 zylindrisch.
9A zeigt ein MxN-Array 3006, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3004 von 8A, aber mit alternativen Montagemöglichkeiten, und 9B Detail-9B wie in 9A gezeigt. In einer Ausführungsform enthält jeder Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 eine nach unten weisende, hinterschnittene Schulter 3022, die in der Metallzaunstruktur 3500 ausgebildet ist, und jeder Montageabschnitt 4020 der Verbindungsstruktur 4030 enthält eine nach oben weisende, einrastende Schulter 4022, die über eine Öffnung 3532 in der Metallzaunstruktur 3500 mit der entsprechenden, nach unten weisenden, hinterschnittenen Schulter 3022 in Einrasteingriff (Schnappeingriff) steht. Während 9A und 9B eine Durchgangsöffnung 3030 im Dielektrikum 3140 darstellen, ist es klar, dass eine solche Durchgangsöffnung 3030 je nach den Abmessungen des Schnappverschluss-Schenkels 4050 der Verbindungsstruktur 4030 möglicherweise nicht erforderlich ist. In einer Ausführung enthält der Schnappverschluss-Schenkel 4050 einen offenen Mittelbereich 4052, der es den Seitenabschnitten 4054 erlaubt, sich nach innen zu biegen, um den oben erwähnten Einrasteingriff zu erleichtern. Eine konisch zulaufende Nase 4056 am distalen Ende des Montageabschnitts 4020 erleichtert das Einführen des Montageabschnitts 4020 in die Öffnung 3532.
10 zeigt ein MxN-Array 3007, wobei M=2 und N unbeschränkt ist, was der Kombination aus Array 3003 von 7A mit den Lücken 5014 und 5016 und Array 3005 von 9A mit den Schnappverschluss-Schenkeln 4050 ähnelt. Andere ähnliche Merkmale zwischen 10, 9A und 7A sind gleich nummeriert.
Wie aus den vorstehenden Beschreibungen von 1-4 in Kombination mit 5A-10 ersichtlich ist, sind viele der hier angegebenen EM-Vorrichtungemerkmale mit anderen hier angegebenen EM-Vorrichtungemerkmalen austauschbar und verwendbar. Daher ist es zu begrüßen, dass zwar nicht alle Kombinationen von EM-Vorrichtungemerkmalen hier illustriert und spezifisch beschrieben werden, aber für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es klar, dass ein EM-Vorrichtungemerkmal durch ein anderes EM-Vorrichtungemerkmal ersetzt werden könnte, ohne den Umfang einer hier offengelegten Erfindung zu schmälern. Dementsprechend werden alle Kombinationen von EM-Vorrichtungsmerkmalen, wie hierin offenbart, in Betracht gezogen und so betrachtet, dass sie in den Bereich einer hierin offenbarten Erfindung fallen.
Es wird nun auf die 11-12 verwiesen.
11 zeigt ein MxN-Array 3008, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich wie das Array 3001 aus 5A, jedoch ohne die in 5A dargestellte Verbindungsstruktur 4000. Andere ähnliche Merkmale zwischen 11 und 5A sind gleich nummeriert.
12 zeigt ein MxN-Array 3009, bei dem M=2 und N unbeschränkt ist, ähnlich dem Array 3007 von 11, ohne eine Verbindungsstruktur 4000 und mit einem zweiten dielektrischen Abschnitt 2523, ähnlich dem in 3 dargestellten. Andere ähnliche Merkmale zwischen 12 und 11 sind gleich nummeriert.
Wie aus den vorstehenden Beschreibungen und/oder Abbildungen der 1-12 ersichtlich ist, können Ausführungsformen der Erfindung eine Verbindungsstruktur 4000 enthalten oder auch nicht, und dennoch in Übereinstimmung mit einer hierin offengelegten Ausführungsform einer Erfindung funktionieren. Es wird daher erwogen, dass jede hierin offenbarte Ausführungsform einschließlich einer Verbindungsstruktur ohne eine solche Verbindungsstruktur verwendet werden kann, und jede hierin offenbarte Ausführungsform ohne eine Verbindungsstruktur mit einer solchen Verbindungsstruktur verwendet werden kann.
Es wird nun auf 13 verwiesen, das eine beispielhafte Ausführungsform in Draufsicht des MxN-Arrays 3040 zeigt, wobei M=2 und N=2, die Erfindung aber nicht so sehr auf ein 2x2-Array beschränkt ist. Das Array 3040 ist repräsentativ für eines der vorstehenden Arrays 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007, die in 5A, 6A, 7A, 8A, 8B, 9A, 10 dargestellt sind, ohne den entsprechenden zweiten dielektrischen Abschnitt 2520, 2523, die Verbindungsstruktur 4000, 4030 und/oder die monolithische Struktur 5020. Wie dargestellt, umfasst das Array 3040 das Substrat 3200 mit der Metallzaunstruktur 3500 mit den elektrisch leitenden, elektromagnetischen Reflektoren 3510 und der elektrisch leitenden Basis 3514 (wobei das Dielektrikum 3140 nicht sichtbar ist), den ersten dielektrischen Abschnitt 2020, eine geschlitzte Einspeisungsöffnung 3130 (die durch jede der vorstehenden Einspeisungsstrukturen ersetzt werden kann) und die Trägerabschnitte 3020. Es wird nun auf 14A in Kombination mit 13 verwiesen, wo 14A die monolithische Struktur 5010 vor dem Zusammenbau mit dem Substrat 3200 darstellt. Wie dargestellt, hat die monolithische Struktur 5010 eine Vielzahl von zweiten dielektrischen Abschnitten 2520, eine Vielzahl von Montageabschnitten 4020 und die Verbindungsstruktur 4000, 4030. Während die Verbindungsstruktur 4000, 4030 so dargestellt ist, dass sie den Raum zwischen den zweiten dielektrischen Abschnitten 2520 und den Montageabschnitten 4020 vollständig ausfüllt, versteht sich, dass dies nur zu Illustrationszwecken dient und dass die Verbindungsstruktur 4000, 4030 nur Verbindungszweige haben muss, die die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 und die Montageabschnitte 4020 miteinander verbinden, um die monolithische Struktur 5010 zu bilden. Siehe z.B. 14B, in dem dieselben zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 und Montageabschnitte 4020 wie in 14A dargestellt sind, jedoch mit der Verbindungsstruktur 4000, 4030 aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen Rippen, wobei die Kombination die monolithische Struktur 5010 bildet. Ein Vergleich zwischen 14A und zumindest 5A und 7A zeigt, dass die Verbindungsstruktur 4000, 4030 in einem Abstand vom Substrat 3200 angeordnet ist, das mit Luft oder einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material besetzt sein kann. Diejenigen Abschnitte der monolithischen Struktur 5010, die in einem Abstand zum Substrat 3200 angeordnet sind, werden hier auch als Nicht-Befestigungsbereich 4222 bezeichnet.
Es wird nun auf 15-21 verwiesen, die alternative Anordnungen für die Montageabschnitte 4020, das Array-Layout der dielektrischen Strukturen 2000, wobei nur die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 der dielektrischen Strukturen 2000 in 15-21 dargestellt sind, und die daraus resultierende Verbindungsstruktur 4000, 4030, zeigen. In 15 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4120 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 (und die daraus resultierenden dielektrischen Strukturen 2000) vollständig umgeben. In 16 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4220 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 abschnittweise umgeben, wobei sich zwischen dem Monolithen und dem Substrat mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 befindet. In 17 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4120 sind so angeordnet, dass sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 vollständig umgeben, ähnlich wie in 15. In 18 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4320 sind so angeordnet, daß sie die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 vollständig umgeben, ähnlich wie in 15 und 17, aber mit zusätzlichen dickeren Montageabschnitten 4322, die an strategischen Stellen wie z.B. den Ecken des Arrays angeordnet sind. In 19 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4322 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322 gebildet, die in 18 dargestellt sind, ohne die umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. In 20 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4420 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322, die in 18 dargestellt sind, mit nur einem Abschnitt der umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, gebildet, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. In 21 sind die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in einem nicht geradlinigen Layout angeordnet, und die Montageabschnitte 4520 werden über die zusätzlichen dickeren Montageabschnitte 4322, die in 18 dargestellt sind, mit zusätzlichen Abschnitten der umgebenden Montageabschnitte 4320, die in 18 dargestellt sind, gebildet, was dazu führt, dass mindestens ein Nicht-Befestigungsbereich 4222 zwischen dem Monolithen und dem Substrat vorhanden ist. Die Verbindungsstrukturen 4000, 4030 von 15-21 können gebildet werden, um die entsprechenden Montageabschnitte 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 und die zweiten dielektrischen Abschnitte 2520 in beliebiger Weise in Übereinstimmung mit der hier vorliegenden Offenlegung miteinander zu verbinden.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass eine Ausführungsform der Erfindung eine EM-Vorrichtung 1000 umfasst, bei der jeweils der mindestens eine Trägerabschnitt 3020 des Substrats 3200 und der entsprechende des mindestens einen Montageabschnitts 4020, 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 der Verbindungsstruktur 4000, 4030 aneinander befestigt sind, um eine erste Befestigungszone 4020, 4120, 4220, 4222, 4320, 4322, 4420, 4520 zu definieren, jeder der ersten dielektrischen Abschnitte 2020 des Arrays 3000, 3001, 3002, 3003, 3004, 3005, 3006, 3007, 3008, 3009 und das Substrat 3200 aneinander befestigt sind, um eine zweite Befestigungszone zu definieren (Aggregat von Kontaktbereichen zwischen den ersten dielektrischen Abschnitten 2020 und dem Substrat 3200), und eine Zone zwischen der einzelnen monolithischen Struktur 5000, 5010 und dem Substrat 3200, die nicht die erste Befestigungszone oder die zweite Befestigungszone ist, eine Nichtbefestigungszone 4222 definiert. In einer Ausführungsform umschließt die erste Befestigungszone zumindest abschnittweise die zweite Befestigungszone. Alternativ dazu umschließt in einer Ausführungsform die erste Befestigungszone die zweite Befestigungszone vollständig.
Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass es viele Variationen gibt, zu viele, um sie erschöpfend aufzulisten, um die Montageabschnitte und Verbindungsstrukturen sowie die Anordnung der dielektrischen Strukturen so zu konfigurieren, dass sie eine mit der vorliegenden Offenlegung übereinstimmende Ausführungsform darstellen. Es wird erwogen und davon ausgegangen, dass alle derartigen Anordnungen, die mit der vorliegenden Offenbarung in Einklang stehen, in den Anwendungsbereich einer hierin offenbarten Erfindung fallen.
Es wird nun auf die 22-23 verwiesen, die mathematische Modellierungsdaten veranschaulichen, die die Vorteile einer Beispielausführung zeigen, die hier offengelegt und allgemein durch die 7A, 13 und 14A dargestellt wird. 22 zeigt die Leistungsmerkmale, insbesondere den dBi-Gewinn und die S(1, 1)-Rückflussdämpfung, für eine einzelne strahlende dielektrische Struktur 2000, insbesondere eine einzelne Einheitszelle 1020, die sowohl den ersten dielektrischen Abschnitt 2020 als auch den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 einer hier offengelegten Ausführungsform aufweist. Wie dargestellt, beträgt die Bandbreite 21% bei -10dBi zwischen 69 GHz und 85 GHz, der Gewinn ist im wesentlichen konstant mit einer Spitze von 12,3 dBi bei 79 GHz in der 21%-Bandbreite, und drei der Resonanzmoden in der 21%-Bandbreite sind TE-Moden, TE01, TE02, TE03. 23 zeigt einen Vergleich der S(1, 1)-Rückflussdämpfungs-Leistungsmerkmale der gleichen Einheitszelle 1020 wie in 22, mit und ohne den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520, der dargestellt wird, um die Vorteile einer hier offengelegten Ausführungsform zu veranschaulichen. Kurve 2300 stellt die S(1, 1)-Charakteristik mit dem zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 dar, und Kurve 2310 stellt die S(1, 1)-Charakteristik ohne den zweiten dielektrischen Abschnitt 2520 dar. Wie zu sehen ist, wird durch die Verwendung des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 die minimale Rückflussdämpfung um mindestens 40 dBi über den Betriebsfrequenzbereich von 69 GHz bis 85 GHz verbessert.
In Anbetracht des Vorstehenden wird klar, dass eine EM-Vorrichtung 1000, wie sie hier offengelegt ist, mit einem Betriebsfrequenzbereich mit mindestens zwei Resonanzmoden bei unterschiedlichen Mittenfrequenzen betrieben werden kann, wobei mindestens eine der Resonanzmoden durch das Vorhandensein des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 unterstützt wird. In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Resonanzmoden TE-Moden. Es wird auch klar, dass eine EM-Vorrichtung 1000, wie hier offenbart, mit einem Betriebsfrequenzbereich mit mindestens drei Resonanzmoden bei verschiedenen Mittenfrequenzen betrieben werden kann, wobei mindestens zwei der mindestens drei Resonanzmoden durch das Vorhandensein des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 unterstützt werden. In einer Ausführungsform sind die mindestens drei Resonanzmoden TE-Moden. In einer Ausführungsform ist die EM-Vorrichtung 1000 mit einem minimalen Rückflussdämpfungswert in einem Betriebsfrequenzbereich betreibbar, und wobei das Entfernen des zweiten dielektrischen Abschnitts 2520 den minimalen Rückflussdämpfungswert im Betriebsfrequenzbereich um mindestens 5 dBi, alternativ um mindestens 10 dBi, alternativ um mindestens 20 dBi, alternativ um mindestens 30 dBi und weiterhin alternativ um mindestens 40 dBi erhöht.
Unter Bezugnahme auf 1C, 1D und mindestens 4 wird klar, dass eine Ausführungsform einen zweiten dielektrischen Abschnitt 2550 enthält, der alternativ hier als elektromagnetische (EM) dielektrische Linse bezeichnet wird und mindestens einen Linsenabschnitt (hier ebenfalls mit der Referenznummer 2550 bezeichnet) aufweist, der aus mindestens einem dielektrischen Material gebildet ist, wobei der mindestens eine Linsenabschnitt 2550 einen Hohlraum 2700 aufweist, der durch die Grenze des mindestens einen dielektrischen Materials umrissen ist. In einer Ausführungsform ist der mindestens eine Linsenabschnitt 2550 aus einer Vielzahl von geschichteten Linsenabschnitten gebildet (dargestellt durch die gestrichelten Linien 2552). In einer Ausführungsform ist die Mehrzahl der Linsenabschnitte 2550, 2552 in einem Array angeordnet (siehe z.B. Array 3000 in 4). In einer Ausführungsform sind die mehreren Linsenabschnitte 2550, 2552 verbunden (siehe z.B. Verbindungsstruktur 4000 in 4), wobei die Verbindung der mehreren Linsenabschnitte 2550, 2552 durch mindestens ein dielektrisches Material bereitgestellt wird. In einer Ausführungsform ist die dielektrische EM-Linse 2550 eine rein dielektrische Struktur.
Im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung der Struktur einer EM-Vorrichtung 1000, wie sie hier offengelegt wurde, wird es klar, dass eine Ausführungsform auch eine Methode zur Herstellung einer solchen EM-Vorrichtung 1000 umfasst, die Folgendes beinhaltet: Bereitstellen eines Substrats; Anordnen einer Vielzahl von ersten dielektrischen Abschnitten, FDPs, auf dem Substrat, wobei jeder FDP der Vielzahl von FDPs ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist und ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das proximale Ende jedes FDPs auf dem Substrat angeordnet ist; Anordnen eines zweiten dielektrischen Abschnitts, SDP, in der Nähe jedes FDP, wobei jeder SDP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist, wobei das proximale Ende jedes SDP in der Nähe des distalen Endes eines entsprechenden FDP angeordnet ist, wobei jeder SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst, wobei das dielektrische Material jedes FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials eines entsprechenden SDPs ist, wobei jeder FDP und der entsprechende SDP eine dielektrische Struktur bilden. In einer Ausführungsform des Verfahrens ist jeder SDP physikalisch mit mindestens einem anderen der SDPs über eine Verbindungsstruktur verbunden, die aus einem nicht-gasförmigen dielektrischen Material gebildet ist, wobei die Verbindungsstruktur und die verbundenen SDPs eine einzige monolithische Struktur bilden. In einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Anordnen eines SDPs das Anordnen der einzelnen monolithischen Struktur in der Nähe jedes FDPs. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die einzelne monolithische Struktur ein einzelnes dielektrisches Material mit einer nahtlosen und aneinander angrenzenden Struktur. In einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Verfahren ferner das Anbringen der einzelnen monolithischen Struktur auf dem Substrat. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anbringen das Anbringen von Pfosten der einzelnen monolithischen Struktur durch Kleben auf Trägerplattformen des Substrats. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Anbringen das Anbringen von Schnappbefestigungspfosten der einzelnen monolithischen Struktur in Schulterlöchern des Substrats mittels Schnappbefestigung. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens beinhaltet das Befestigen das Anbringen von abgestuften Pfosten der einzelnen monolithischen Struktur nur abschnittweise in Durchgangslöchern des Substrats und das Aufbringen eines Bindematerials in den Durchgangslöchern, um die Pfosten mit dem Substrat zu verbinden. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die dielektrische Struktur eine rein dielektrische Struktur.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf das Vorstehende wird nun speziell auf die 24A bis 31 verwiesen, die alternative Ausführungsformen zu den oben beschriebenen darstellen und die im Folgenden unter Bezugnahme auf die folgenden Aspekte beschrieben werden.
Aspekt 1 (siehe z.B. 31 in Kombination mit 29A, 29B, 29C, 30A, 30B und 30C): Elektromagnetische Vorrichtung 6600, umfassend: eine erste elektromagnetische EM-Signaleinspeisung 6322.1; eine zweite EM-Signaleinspeisung 6322.2, die angrenzend an die erste EM-Signaleinspeisung 6322.1 angeordnet ist; und einen erhöhten elektrisch leitenden Bereich 6426, der zwischen der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 angeordnet und relativ zu diesen erhöht ist.
Aspekt 2: Die Vorrichtung 6600 von Aspekt 1, wobei: die ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 auf einem Zuführungssubstrat 6300 angeordnet sind; der erhöhte elektrisch leitende Bereich 6426 ein metallplattiertes Substrat mit einem ersten länglichen Hohlraum 6602 aufweist, der über der ersten EM-Signaleinspeisung 6322 angeordnet ist und einen zweiten länglichen Hohlraum 6604, der über der zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.2 angeordnet ist, und einen länglichen elektrisch leitfähigen Finger 6426 umfasst, der den erhöhten elektrisch leitfähigen Bereich bildet, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 angeordnet ist.
Aspekt 3: Die Vorrichtung 6600 von Aspekt 2, wobei: das Zuführungssubstrat 6300 eine obere elektrisch leitende Schicht 6304 umfasst; und der längliche elektrisch leitende Finger 6426 elektrisch mit der oberen elektrisch leitenden Schicht 6304 des Zuführungssubstrats 6300 verbunden ist.
Aspekt 4: Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 2 bis 3, wobei: das Zuführungssubstrat 6300 einen ersten Abschnitt 6320 mit den darauf angeordneten ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 und einen zweiten Abschnitt 6330 umfasst, der einen Trägerbereich (obere Oberfläche der oberen elektrisch leitenden Schicht 6304) für eine Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200 bereitstellt und eine Erweiterung des ersten Abschnitts 6320 ist; ein erster Satz 6200.1 der mehreren dielektrischen Strukturen ist so angeordnet, dass sie elektromagnetisch mit der ersten EM-Signaleinspeisung 6322.1 zusammenwirkt, und ein zweiter Satz 6200.2 der mehreren dielektrischen Strukturen ist so angeordnet, dass er elektromagnetisch mit der zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.2 zusammenwirkt; und die ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 sind auf dem ersten Abschnitt 6320 und nicht auf dem zweiten Abschnitt 6330 angeordnet.
Aspekt 5: Das Bauelement 6600 von Aspekt 4, wobei: die Mehrzahl der dielektrischen Strukturen 6200 auf dem Trägerbereich des zweiten Abschnitts 6330 angeordnet ist.
Aspekt 6: Das Bauelement 6600 aus einem der Aspekte 4 bis 5, wobei jede dielektrische Struktur aus der Vielzahl der dielektrischen Strukturen 6200 umfasst: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP 6202, mit einem proximalen Ende 6204 und einem distalen Ende 6206, wobei der FDP 6202 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP 6252, mit einem proximalen Ende 6254 und einem distalen Ende 6256, wobei das proximale Ende 6254 des SDP 6252 in der Nähe des distalen Endes 6206 des FDP 6202 angeordnet ist und der SDP 6252 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDP 6202 eine mittlere Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die mittlere Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP 6252 ist.
Aspekt 7: Das Bauelement 6600 von Aspekt 6, wobei: mindestens der FDP 6202 eine dielektrische Resonatorstruktur ist.
Aspekt 8: Die Vorrichtung 6600 eines der Aspekte 6 bis 7, wobei: das distale Ende 6256 jedes SDP 6252 eine relativ dünne Verbindungsstruktur 6280 aufweist, die einen benachbarten SDP 6252.1, 6252.2 integral miteinander verbindet, wobei die relativ dünne Verbindungsstruktur 6280 eine Dicke t aufweist, die im Verhältnis zu einer Gesamtbreitendimension W1, wie in einer Seitenansicht beobachtet, des proximalen Endes 6254 eines gegebenen SDP 6252 relativ dünn ist.
Aspekt 9: Das Bauelement 6600 aus einem der Aspekte 6 bis 8, wobei: der FDP 6202 eine erste Dielektrizitätskonstante Dk1 hat, die gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20 ist; und der SDP 6252 eine zweite Dielektrizitätskonstante Dk2 hat, die größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft und gleich oder kleiner als 9 ist.
Aspekt 10: Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 6 bis 9, wobei: die SDP 6252 eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet, und das proximale Ende 6254 des SDP 6252 eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet; und HS gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 und gleich oder kleiner als das 55-fache von W1 ist.
Aspekt 11: Die Vorrichtung 6600 aus einem der Aspekte 4 bis 9, weiter umfassend: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur 6400 mit mehreren elektromagnetischen Reflektoren 6410, wobei jeder Reflektor der mehreren elektromagnetischen Reflektoren 6410 um eine entsprechende der mehreren dielektrischen Strukturen 6200 herum und in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dieser angeordnet ist; wobei die EMR-Struktur 6400 in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Abschnitt 6330 des Zuführungssubstrats 6300 angeordnet ist; und wobei die EMR-Struktur 6400 in elektrischer Verbindung mit dem erhöhten elektrisch leitenden Bereich 6426 angeordnet ist, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 angeordnet ist.
Aspekt 12: Das Bauelement 6600 von einem der Aspekte 1 bis 3, wobei: sowohl die erste als auch die zweite EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 in der oberen elektrisch leitenden Schicht 6304 über eine Abwesenheit 6324.1 6324.2 von leitendem Material der oberen elektrisch leitenden Schicht 6304 gebildet werden.
Aspekt 13: Die Vorrichtung 6600 von Aspekt 12, wobei das Zuführungssubstrat ein substratintegrierter Wellenleiter, SIW 6300, ist und ferner umfasst: eine untere elektrisch leitende Schicht 6302; eine dielektrische Schicht 6306, die zwischen der unteren und der oberen elektrisch leitenden Schicht 6302, 6304 angeordnet ist; eine Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen 6308, die zwischen und in elektrischer Verbindung mit der unteren und der oberen elektrisch leitenden Schicht 6302, 6304 angeordnet sind, wobei die Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen 6308 so angeordnet ist, daß sie einen ersten und einen zweiten elektromagnetischen, EM, Wellenleiter 6310.1 und 6310.2 des SIW 6300 bilden, die elektromagnetisch mit den ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 zusammenarbeiten, zusammenwirken; wobei ein erster Abschnitt 6320 des SIW 6300 eine koplanare Signaleinspeisungsstruktur mit den ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 umfasst; wobei ein zweiter Abschnitt 6330 des SIW 6300 eine Unterstützung für eine Vielzahl dielektrischer Resonatorstrukturen 6200 (siehe 24A, 29A und 30A) bereitstellt und eine Erweiterung des ersten Abschnitts 6320 des SIW 6300 ist; wobei ein erster Satz 6200.1 der Vielzahl dielektrischer Resonatorstrukturen 6200 so angeordnet ist, dass er elektromagnetisch mit dem ersten EM-Wellenleiter 6310.1 zusammenwirkt, und ein zweiter Satz 6200.2 der Vielzahl dielektrischer Resonatorstrukturen 6200 so angeordnet ist, dass er elektromagnetisch mit dem zweiten EM-Wellenleiter 6310.2 zusammenwirkt; wobei die ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen 6322.1, 6322.2 auf dem ersten Abschnitt 6320 und nicht auf dem zweiten Abschnitt 6330 angeordnet sind.
Aspekt 14: Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 12 bis 13, wobei: sowohl die erste als auch die zweite EM-Signaleinspeisung 6322.1 6322.2 einen Signaleingangsbereich 6326 und einen Signalausgangsbereich 6328 aufweist (siehe z.B. 24C); der Signalausgangsbereich 6328 in einem Abstand d vom zweiten Abschnitt 6330 angeordnet ist (siehe z.B. 24C); und d größer als Null und gleich oder kleiner als λ/20 ist, wobei λ eine Betriebswellenlänge bei einer Betriebsfrequenz der Vorrichtung ist.
Aspekt 15 (am besten mit Bezug auf 31 und 24C zu sehen): Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 12 bis 14, weiter umfassend: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur 6400 mit mehreren elektromagnetischen Reflektoren 6410, wobei jeder Reflektor der mehreren elektromagnetischen Reflektoren 6410 um eine entsprechende der mehreren dielektrischen Resonatorstrukturen 6200 herum und in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dieser angeordnet ist; wobei die EMR-Struktur 6400 in elektrischer Verbindung mit der oberen leitenden Schicht 6304 auf dem zweiten Abschnitt 6330 des SIW 6300 angeordnet ist; wobei die EMR-Struktur 6400 in elektrischer Verbindung mit dem erhöhten elektrisch leitenden Bereich 6426 angeordnet ist, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2. angeordnet ist.
Aspekt 16: Die Vorrichtung 6600 eines der Aspekte 12 bis 15, wobei: sowohl die erste als auch die zweite EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 der koplanaren Signaleinspeisungsstruktur eine Signaleingangsimpedanz von etwa 50 Ohm und eine Signalausgangsimpedanz von mehr als 50 Ohm hat.
Aspekt 17: Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 12 bis 15, wobei: die Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen 6308 eines entsprechenden des ersten und zweiten EM-Wellenleiters 6310.1, 6310.2 auf jeder Seite der entsprechenden EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2, und in dessen Nähe angeordnet sind und relativ zueinander so angeordnet sind, dass sie eine Wand aus überlappenden Vias 6312 bilden (am besten in Bezug auf 24B zu sehen), wie in einer Seitenansicht des SIW 6300 beobachtet, um seitliche Signallecks von der entsprechenden EM-Signaleinspeisung 6322.1, 6322.2 zu reduzieren.
Aspekt 18: Die Vorrichtung 6600 von einem der Aspekte 12 bis 13, wobei jede dielektrische Resonatorstruktur der Mehrzahl der dielektrischen Resonatorstrukturen 6200 umfasst: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP 6202, mit einem proximalen Ende 6204 und einem distalen Ende 6206, wobei der FDP 6202 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP 6252, mit einem proximalen Ende 6254 und einem distalen Ende 6256, wobei das proximale Ende 6254 des SDPs 6252 in der Nähe des distalen Endes 6206 des FDPs 6202 angeordnet ist, wobei der SDP 6252 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDPs 6202 eine mittlere Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die mittlere Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP 6252 ist.
Aspekt 19: Die Vorrichtung 6600 von Aspekt 18, wobei: der FDP 6202 eine erste Dielektrizitätskonstante Dk1 hat, die gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20 ist; und der SDP 6252 eine zweite Dielektrizitätskonstante Dk2 hat, die größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft und gleich oder kleiner als 9 ist.
Aspekt 20: Die Vorrichtung 6600 eines der Aspekte 18 bis 19, wobei: der SDP 6252 eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet, und das proximale Ende 6254 des SDPs 6252 eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet; und HS gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 und gleich oder kleiner als das 55-fache von W1 ist.
Aspekt 21 (siehe z.B. 24A, 24B und 24C): Eine Ausführungsform einer elektromagnetischen EM-Vorrichtung 6100 (ähnlich der EM-Vorrichtung 1000 der 1A, jedoch mit einer alternativen EM-Signaleinspeisung und einer Vielzahl alternativer dielektrischer Strukturen), umfasst: eine Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200, wobei jede dielektrische Struktur der Vielzahl dielektrischer Strukturen umfasst: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP 6202, mit einem proximalen Ende 6204 und einem distalen Ende 6206, wobei der FDP 6202 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP 6252, mit einem proximalen Ende 6254 und einem distalen Ende 6256, wobei das proximale Ende 6254 des SDPs 6252 in der Nähe des distalen Endes 6206 des FDPs 6202 angeordnet ist und der SDP 6252 ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDPs 6202 eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer ist als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDPs 6252; wobei die SDP 6252 eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet (siehe 24B zum Beispiel), und das proximale Ende 6254 des SDPs 6252 eine Gesamtbreitenabmessung W1 hat, wie in einer Seitenansicht beobachtet (siehe zum Beispiel 24B); wobei HS gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 ist und gleich oder kleiner als das 55-fache von W1 ist.
Aspekt 22: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 21, wobei HS gleich oder größer als das 3-fache von W1 ist.
Aspekt 23: Die Vorrichtung 6100 eines der Aspekte 21 bis 22, wobei der SDP 6252 eine allgemein zylindrische Form hat.
Aspekt 24: Die Vorrichtung 6100 von einem der Aspekte 21 bis 23, wobei das distale Ende 6256 jedes SDPs 6252 eine relativ dünne Verbindungsstruktur 6280 aufweist, die einen benachbarten SDP 6252.1, 6252.2 integral miteinander verbindet, wobei die relativ dünne Verbindungsstruktur 6280 eine Dicke t aufweist, die im Verhältnis zu W1 relativ dünn ist. In einer Ausführungsform ist t gleich oder größer als das 0,1-fache von W1 und gleich oder kleiner als das 0,5-fache von W1 oder alternativ gleich oder kleiner als das 0,2-fache von W1.
Aspekt-25: Die Vorrichtung 6100 eines der Aspekte 21 bis 24, ferner umfassend: einen Substrat-integrierten Wellenleiter, SIW 6300, auf dem die Mehrzahl der dielektrischen Strukturen 6200 angeordnet sind.
Aspekt-26: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt-25 (am besten zu sehen mit Bezug auf 24C in Kombination mit 24A und 24B), wobei die SIW 6300 umfasst: eine untere elektrisch leitende Schicht 6302; eine obere elektrisch leitende Schicht 6304; eine dielektrische Schicht 6306, die zwischen der unteren und der oberen leitenden Schicht 6302, 6304 angeordnet ist; eine Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen 6308, die zwischen und in elektrischer Verbindung mit der unteren und der oberen leitenden Schicht 6302, 6304 angeordnet sind, wobei die Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen 6308 so angeordnet ist, dass sie einen elektromagnetischen EM-Wellenleiter 6310 des SIW 6300 bilden; wobei ein erster Abschnitt 6320 des SIW 6300 eine koplanare Signaleinspeisung 6322 umfasst, die in der oberen leitenden Schicht 6304 über eine Abwesenheit 6324 von leitendem Material der oberen leitenden Schicht 6304 gebildet ist, wobei die Signaleinspeisung 6322 so angeordnet ist, dass sie elektromagnetisch mit dem EM-Wellenleiter 6310 zusammenwirkt; wobei ein zweiter Abschnitt 6330 des SIW 6300 einen Träger für die Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200 bereitstellt und eine Erweiterung des ersten Abschnitts 6320 des SIW 6300 ist (wobei die unteren leitenden Schichten 6302 des ersten und zweiten Abschnitts 6320, 633 koplanar sind und die oberen leitenden Schichten 6304 des ersten und zweiten Abschnitts 6320, 633 koplanar sind), wobei die Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200 so angeordnet ist, dass sie elektromagnetisch mit dem EM-Wellenleiter 6310 zusammenwirkt; wobei die Signaleinspeisung 6322 auf dem ersten Abschnitt 6320 und nicht auf dem zweiten Abschnitt 6330 angeordnet ist.
Aspekt 27: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 26, wobei: die Signaleinspeisung 6322 einen Signaleingangsbereich 6326 und einen Signalausgangsbereich 6328 aufweist; der Signalausgangsbereich 6328 in einem Abstand d von dem zweiten Abschnitt 6330 angeordnet ist; und d größer als Null und gleich oder kleiner als λ/20 ist, wobei λ eine Betriebswellenlänge bei einer Betriebsfrequenz der Vorrichtung 6100 ist.
Aspekt 28: Die Vorrichtung 6100 von einem der Aspekte 26 bis 27, weiterhin umfassend: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur 6400 mit einer Vielzahl von elektromagnetischen Reflektoren 6410, wobei jeder Reflektor der Vielzahl von elektromagnetischen Reflektoren 6410 in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit einer entsprechenden der Vielzahl von dielektrischen Strukturen 6200 angeordnet ist; wobei die EMR-Struktur 6400 in elektrischer Verbindung mit der oberen leitenden Schicht 6304 auf dem zweiten Abschnitt 6330 der SIW 6300 angeordnet ist.
Aspekt 29: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 28, wobei: die EMR-Struktur 6400 eine Höhe HR hat, die gleich oder kleiner als das 0,25-fache von HS ist.
Aspekt 30: Die Vorrichtung 6100 aus einem der Aspekte 26 bis 27, wobei: die koplanare Signaleinspeisung 6322 eine Signaleingangsimpedanz von etwa 50 Ohm und eine Signalausgangsimpedanz von mehr als 50 Ohm hat.
Aspekt 31: Die Vorrichtung 6100 von einem der Aspekte 26 bis 27, wobei: ein Abschnitt 6312 der Vielzahl elektrisch leitender Durchkontaktierungen 6308 des EM-Wellenleiters 6310 auf jeder Seite und in der Nähe der Signaleinspeisung 6308 angeordnet sind und relativ zueinander so angeordnet sind, dass sie eine Wand aus überlappenden Durchkontaktierungen bilden, wie in einer Seitenansicht (siehe z.B. 24B) des SIW 6300 beobachtet, um seitliche Signallecks von der Signaleinspeisung zu reduzieren.
Aspekt 32: Die Vorrichtung 6100 eines der Aspekte 26 bis 27, wobei: jede dielektrische Struktur der Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200 innerhalb eines gegebenen SIW 6300 eine zentrale vertikale Achse 6208, 6210 aufweist, die parallel zu einer z-Achse der Vorrichtung 6100 verläuft (siehe z.B. 24A), d.h. seitlich versetzt 6212 relativ zueinander innerhalb der Begrenzungen des entsprechenden SIW 6300, wie in einer Draufsicht auf die Vorrichtung 6100 beobachtet (siehe z.B. 24C).
Aspekt 33: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 32, wobei: die vertikalen Mittelachsen 6208, 6210 der am nächsten benachbarten der Vielzahl von dielektrischen Strukturen 6200 innerhalb eines gegebenen SIW 6300 in einem Abstand von λ/2 voneinander angeordnet sind.
Aspekt 34: Die Vorrichtung 6100 aus Aspekt 28, wobei: die Vorrichtung 6100 als Reaktion auf elektrische Erregung an der Signaleinspeisung 6322 bei einer Frequenz zwischen etwa 52,5 GHz und etwa 65 GHz betrieben werden kann, um ein elektromagnetisches Strahlungsfeld mit mindestens vier transversalen elektrischen TE-Strahlungsmodi auszustrahlen, wie aus den in 25 dargestellten analytischen Modellierungsdaten beobachtet wird. Ein Vorteil der Fähigkeit, mindestens vier TE-Strahlungsmodi auszustrahlen, unter Verwendung hoher (hohes Seitenverhältnis) SDPs 6252, wie hier offenbart, ist die erhöhte Bandbreite mit einem flachen Gewinn über die Bandbreite, wie auch in den in dargestellten analytischen Modellierungsdaten beobachtet, die einen Gewinn von 10-12 dBi über eine Bandbreite von 20% zeigen. Während in 25 nur vier TE-Strahlungsmodi (TE1, TE2, TE3, TE4) dargestellt sind, wird in Betracht gezogen, dass eine größere Anzahl von TE-Strahlungsmodi möglich sein könnte, wenn man die Lehren der hier offengelegten Offenlegung anwendet und dadurch Gewinn, Bandbreite oder beides weiter verbessert.
Aspekt 35: Die Vorrichtung 6100 aus Aspekt 34, wobei: die Vorrichtung 6100 mit einem Gewinn von mindestens 10 dBi über die vier TE-Strahlungsmodi betrieben werden kann (siehe z.B. 25). 26, 27 und 28 liefern zusätzliche analytische Modellierungsdaten für die Vorrichtung 6100. Zum Beispiel: 26 zeigt einen Gewinn von mehr als 12 dBi bei einer Bandbreite von etwa 13,3%; 27 zeigt ein Schielen des Strahls um +/- 2 Grad mit nur 0,6 dBi Gewinnabfall bei Phi = 0 Grad; und 28 zeigt ein Schielen des Strahls um +/- 2 Grad mit nur 0,6 dBi Gewinnabfall bei Phi = 90 Grad.
Aspekt 36 (siehe 29A, 29B und 29C, unter Bezugnahme auf 24A, 24B und 24C, zum Beispiel): Ein elektromagnetisches Array 6500, das eine Vielzahl der Vorrichtungen 6100 von Aspekt 28 umfasst, die integral nebeneinander angeordnet sind, wobei jede untere leitende Schicht 602 durchgehend ist, jede obere leitende Schicht 6304 durchgehend ist, jede dielektrische Schicht 6306 durchgehend ist und eine Kombination jeder EMR-Struktur 6400 jeder Vorrichtung 6100 eine EMR-Gesamtstruktur 6420 bildet, wobei: die EMR-Gesamtstruktur 6420 einen ersten Abschnitt 6422 aufweist, der die Vielzahl von elektromagnetischen Reflektoren 6410 enthält, und einen zweiten Abschnitt 6424, der eine Vielzahl von elektromagnetisch reflektierenden EMR-Erweiterungen 6426 enthält, wobei jede Signaleinspeisung 6322 auf jeder Seite von einer der Vielzahl von EMR-Erweiterungen 6426 flankiert wird, die dazu dient, die Signalisolierung zwischen benachbarten der Signaleinspeisungen 6322 zu verbessern.
Aspekt 37: Das Array 6500 von Aspekt 36, wobei: die zentralen vertikalen Achsen 6208, 6210 der am nächsten benachbarten der Vielzahl von dielektrischen Strukturen 6200 innerhalb eines gegebenen SIW 6300 in einem Abstand 6212 von einem Abstand von λ/2 voneinander angeordnet sind.
Aspekt 38 (mit spezifischem Bezug jetzt auf 30C und allgemeinem Bezug auf 30A und 30B in Kombination mit 29A, 29B und 29C): Das Array 6500 von Aspekt 37, wobei: die zentralen vertikalen Achsen 6214, 6216 der am nächsten benachbarten der Vielzahl dielektrischer Strukturen 6200 in den benachbarten SIWs 6300.1, 6300.2 in einem Abstand 6218 von einem Abstand λ/4 voneinander angeordnet sind.
Aspekt 39: Die Vorrichtung 6100 nach einem der Aspekte 21 bis 38, wobei: der FDP 6202 einen ersten Dielektrizitätskonstantenwert Dk1 hat; der SDP 6252 einen zweiten Dielektrizitätskonstantenwert Dk2 hat; die dielektrische Schicht 6306 des SIW 6300 einen dritten Dielektrizitätskonstantenwert Dk3 hat; Dk2 kleiner als Dk1 ist und Dk3 kleiner als Dk1 ist.
Aspekt 40: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 39, wobei: Dk3 gleich oder größer als Dk2 ist.
Aspekt 41: Die Vorrichtung 6100 von Aspekt 39, wobei: Dk3 gleich oder kleiner als das 0,5-fache von Dk1 ist.
Wie hier in Bezug auf die vorstehenden Aspekte 1-41 verwendet, bedeutet der Begriff erhöht in einer positiven z-Richtung entlang der z-Achse des orthogonalen x-y-z-Koordinatensystems, wie in 24A, 29A und 30A dargestellt, erhöht.
In Anbetracht all dessen und obwohl bestimmte Kombinationen von EM-Vorrichtungsmerkmalen hierin beschrieben wurden, ist es klar, dass diese bestimmten Kombinationen nur zu Illustrationszwecken dienen und dass jede Kombination der hierin offengelegten EM-Vorrichtungemerkmale in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung verwendet werden kann. Alle derartigen Kombinationen werden hierin in Betracht gezogen und es wird davon ausgegangen, dass sie in den Geltungsbereich einer hierin offengelegten Erfindung fallen.
Auch wenn eine Erfindung hier unter Bezugnahme auf Beispielausführungen beschrieben wurde, wird es von den Fachleuten auf dem Gebiet der Technik so verstanden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne dass vom Umfang der Ansprüche abgewichen wird. Es können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt wird, die hier als die beste oder einzige für die Ausführung dieser Erfindung in Betracht gezogene Art und Weise offenbart wird (werden), sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden Beispielausführungen offenbart, und obwohl spezifische Begriffe und/oder Abmessungen verwendet wurden, werden sie, sofern nicht anders angegeben, nur in einem allgemeinen, beispielhaften und/oder beschreibenden Sinn und nicht zum Zwecke der Beschränkung verwendet, so dass der Geltungsbereich der Ansprüche nicht so eingeschränkt ist. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, eine Region, ein Substrat oder ein anderes beschriebenes Merkmal als „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden, oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Wird dagegen ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Die Verwendung der Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. bezeichnet keine Ordnung oder Bedeutung, sondern die Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Die Verwendung der Begriffe ein, eins, usw. bezeichnen keine Mengenbeschränkung, sondern vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem der referenzierten Elemente. Der Begriff „umfassend“, wie er hier verwendet wird, schließt die mögliche Aufnahme eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale nicht aus. Und jede Hintergrundinformation, die hier zur Verfügung gestellt wird, wird bereitgestellt, um Informationen zu offenbaren, von denen der Anmelder glaubt, dass sie von möglicher Relevanz für die hier offenbarte Erfindung sind. Kein Eingeständnis ist notwendigerweise beabsichtigt und sollte auch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass solche Hintergrundinformationen den Stand der Technik gegenüber einer Ausführungsform der hier offengelegten Erfindung darstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/693057 [0001]

Claims

Eine elektromagnetische Vorrichtung, umfassend: eine erste elektromagnetische, EM, Signaleinspeisung; eine zweite EM-Signaleinspeisung, die neben der ersten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist; und ein erhöhter elektrisch leitender Bereich, der zwischen der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet und gegenüber dieser erhöht ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 1, wobei: die erste und zweite EM-Signaleinspeisung auf einem Zuführungssubstrat angeordnet sind; der erhöhte elektrisch leitende Bereich ein metallplattiertes Substrat mit einem ersten langgestreckten Hohlraum, der über der ersten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist, und einem zweiten langgestreckten Hohlraum, der über der zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist, und einen langgestreckten elektrisch leitenden Finger aufweist, der den erhöhten elektrisch leitenden Bereich bildet, der zwischen der ersten und der zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 2, wobei: das Zuführungssubstrat eine obere elektrisch leitende Schicht umfasst; und der längliche elektrisch leitende Finger elektrisch mit der oberen elektrisch leitenden Schicht des Zuführsubstrats verbunden ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei: das Zuführungssubstrat einen ersten Abschnitt, auf dem die ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen angeordnet sind, und einen zweiten Abschnitt umfasst, der einen Trägerbereich für eine Vielzahl von dielektrischen Strukturen bereitstellt und eine Verlängerung des ersten Abschnitts ist; ein erster Satz der Mehrzahl dielektrischer Strukturen so angeordnet ist, dass er elektromagnetisch mit der ersten EM-Signaleinspeisung zusammenwirkt, und ein zweiter Satz der Mehrzahl dielektrischer Strukturen so angeordnet ist, dass er elektromagnetisch mit der zweiten EM-Signaleinspeisung zusammenwirkt; und die erste und zweite EM-Signaleinspeisung auf dem ersten Abschnitt und nicht auf dem zweiten Abschnitt angeordnet sind.
Die Vorrichtung aus Anspruch 4, wobei: die Mehrzahl der dielektrischen Strukturen auf dem Trägerbereich des zweiten Abschnitts angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei jede dielektrische Struktur aus der Vielzahl der dielektrischen Strukturen umfasst: einem ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 6, wobei: zumindest der FDP eine dielektrische Resonatorstruktur ist.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei: das distale Ende jedes SDPs eine relativ dünne Verbindungsstruktur aufweist, die ein benachbarter SDP integral miteinander verbindet, wobei die relativ dünne Verbindungsstruktur eine Dicke t aufweist, die im Verhältnis zu einer Gesamtbreitenabmessung W1 des proximalen Endes eines gegebenen SDPs, wie in einer Seitenansicht beobachtet, relativ dünn ist.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei: der FDP eine erste Dielektrizitätskonstante Dk1 hat, die gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20 ist; und der SDP eine zweite Dielektrizitätskonstante Dk2 hat, die größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft und gleich oder kleiner als 9 ist.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei: der SDP eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet, und das proximale Ende des SDP eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet; und HS ist gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 und ist gleich oder kleiner als das 55-fache von W1.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 4 bis 9, ferner umfassend: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren, wobei jeder Reflektor der Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren um eine entsprechende der Mehrzahl von dielektrischen Strukturen herum und in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dieser angeordnet ist; die EMR-Struktur, die in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Abschnitt des Zuführungssubstrats angeordnet ist; und die EMR-Struktur, die in elektrischer Kommunikation mit dem erhöhten elektrisch leitenden Bereich angeordnet ist, der zwischen der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: sowohl die erste als auch die zweite EM-Signaleinspeisung in der oberen elektrisch leitfähigen Schicht durch das Fehlen von leitfähigem Material der oberen elektrisch leitfähigen Schicht gebildet wird.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Zuführungssubstrat (bzw. Einspeisesubstrat) ein integrierter Substrat-Wellenleiter (SIW) ist und die ferner umfasst: eine untere elektrisch leitende Schicht; eine dielektrische Schicht, die zwischen der unteren und der oberen elektrisch leitenden Schicht angeordnet ist; mehrere elektrisch leitende Durchkontaktierungen, die zwischen den unteren und oberen elektrisch leitenden Schichten angeordnet sind und mit diesen in elektrischer Verbindung stehen, wobei die mehreren elektrisch leitenden Durchkontaktierungen so angeordnet sind, dass sie erste und zweite elektromagnetische, EM, Wellenleiter des SIW bilden, die elektromagnetisch mit den ersten bzw. zweiten EM-Signaleinspeisungen zusammenwirken; wobei ein erster Abschnitt der SIW eine koplanare Signaleinspeisungsstruktur mit der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisung umfasst; wobei ein zweiter Abschnitt der SIW einen Träger für eine Vielzahl von dielektrischen Resonatorstrukturen bereitstellt und eine Erweiterung des ersten Abschnitts der SIW ist; wobei ein erster Satz der Vielzahl von dielektrischen Resonatorstrukturen so angeordnet ist, daß er elektromagnetisch mit dem ersten EM-Wellenleiter zusammenwirkt, und ein zweiter Satz der Vielzahl von dielektrischen Resonatorstrukturen so angeordnet ist, daß er elektromagnetisch mit dem zweiten EM-Wellenleiter zusammenwirkt; wobei die ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen auf dem ersten Abschnitt und nicht auf dem zweiten Abschnitt angeordnet sind.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei: jede der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen einen Signaleingangsbereich und einen Signalausgangsbereich hat; wobei der Signalausgabebereich in einem Abstand d von dem zweiten Abschnitt angeordnet ist; und d größer als Null und gleich oder kleiner als λ/20 ist, wobei λ eine Betriebswellenlänge bei einer Betriebsfrequenz der Vorrichtung ist.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren, wobei jeder Reflektor der Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren um eine entsprechende der Mehrzahl von dielektrischen Resonatorstrukturen herum und in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dieser angeordnet ist; die EMR-Struktur, die in elektrischer Kommunikation mit der oberen leitenden Schicht auf dem zweiten Abschnitt der SIW angeordnet ist; die EMR-Struktur, die in elektrischer Kommunikation mit dem erhöhten elektrisch leitenden Bereich angeordnet ist, der zwischen der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisung angeordnet ist.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei: jede der ersten und zweiten EM-Signaleinspeisungen der koplanaren Signaleinspeisungsstruktur eine Signaleingangsimpedanz von etwa 50 Ohm und eine Signalausgangsimpedanz von mehr als 50 Ohm hat.
Die Vorrichtung aus einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei: die Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen eines entsprechenden des ersten und zweiten EM-Wellenleiters auf jeder Seite und in der Nähe der entsprechenden EM-Signaleinspeisung angeordnet sind und relativ zueinander so angeordnet sind, dass sie eine Wand von überlappenden Durchkontaktierungen bilden, wie in einer Seitenansicht der SIW beobachtet, um seitliche Signallecks von der entsprechenden EM-Signaleinspeisung zu reduzieren.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei jede dielektrische Resonatorstruktur der Mehrzahl dielektrischer Resonatorstrukturen umfasst: einen ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 18, wobei: der FDP eine erste Dielektrizitätskonstante Dk1 hat, die gleich oder größer als 10 und gleich oder kleiner als 20 ist; und der SDP eine zweite Dielektrizitätskonstante Dk2 hat, die größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft und gleich oder kleiner als 9 ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei: der SDP eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet, und das proximale Ende der SDP eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht beobachtet; und HS gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 ist und gleich oder kleiner als das 55-fache von W1 ist.
Eine elektromagnetisches Vorrichtung, umfassend: eine Vielzahl von dielektrischen Strukturen, wobei jede dielektrische Struktur der Vielzahl von dielektrischen Strukturen umfasst: einem ersten dielektrischen Abschnitt, FDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei der FDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; und einen zweiten dielektrischen Abschnitt, SDP, mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, wobei das proximale Ende des SDP in der Nähe des distalen Endes des FDP angeordnet ist, wobei der SDP ein anderes dielektrisches Material als Luft umfasst; wobei das dielektrische Material des FDP eine durchschnittliche Dielektrizitätskonstante aufweist, die größer als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials des SDP ist; wobei das SDP eine Gesamthöhenabmessung HS aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet, und das proximale Ende des SDP eine Gesamtbreitenabmessung W1 aufweist, wie in einer Seitenansicht betrachtet; wobei HS gleich oder größer als das 2,5-fache von W1 ist und gleich oder kleiner als das 55-fache von W1 ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 21, wobei HS gleich oder größer als das 3-fache von W1 ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei der SDP eine allgemein zylindrische Form hat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei das distale Ende jedes SDPs eine relativ dünne Verbindungsstruktur aufweist, die ein benachbartes SDP integral miteinander verbindet, wobei die relativ dünne Verbindungsstruktur eine Dicke t aufweist, die im Verhältnis zu W1 relativ dünn ist.
Die Vorrichtung eines der Ansprüche 21 bis 24, ferner umfassend: einen substratintegrierten Wellenleiter, SIW, auf dem die Vielzahl der dielektrischen Strukturen angeordnet sind.
Die Vorrichtung aus Anspruch 25, wobei der SIW aufweist: eine untere elektrisch leitende Schicht; eine obere elektrisch leitende Schicht; eine dielektrische Schicht, die zwischen der unteren und der oberen leitenden Schicht angeordnet ist; eine Vielzahl von elektrisch leitenden Durchkontaktierungen, die zwischen und in elektrischer Verbindung mit den unteren und oberen leitenden Schichten angeordnet sind, wobei die Vielzahl von leitenden Durchkontaktierungen so angeordnet sind, dass sie einen elektromagnetischen EM-Wellenleiter des SIW bilden; wobei ein erster Abschnitt des SIW eine koplanare Signaleinspeisung umfasst, die in der oberen leitenden Schicht über ein Fehlen von leitendem Material der oberen leitenden Schicht gebildet wird, wobei die Signaleinspeisung so angeordnet ist, dass sie elektromagnetisch mit dem EM-Wellenleiter zusammenwirkt; wobei ein zweiter Abschnitt des SIW eine Stütze der Vielzahl dielektrischer Strukturen bereitstellt und eine Erweiterung des ersten Abschnitts des SIW ist, wobei die Vielzahl dielektrischer Strukturen so angeordnet ist, dass sie elektromagnetisch mit dem EM-Wellenleiter zusammenwirken; wobei die Signaleinspeisung auf dem ersten Abschnitt und nicht auf dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 26, wobei: die Signaleinspeisung einen Signaleingangsbereich und einen Signalausgangsbereich hat; wobei der Signalausgabebereich in einem Abstand d von dem zweiten Abschnitt angeordnet ist; und d größer als Null und gleich oder kleiner als λ/20 ist, wobei λ eine Betriebswellenlänge bei einer Betriebsfrequenz der Vorrichtung ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 27, die ferner umfasst: eine elektromagnetisch reflektierende EMR-Struktur mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren, wobei jeder Reflektor der Mehrzahl von elektromagnetischen Reflektoren um eine entsprechende der Mehrzahl von dielektrischen Strukturen herum und in Eins-zu-Eins-Entsprechung mit dieser angeordnet ist; die EMR-Struktur, die in elektrischer Kommunikation mit der oberen leitenden Schicht auf dem zweiten Abschnitt des SIW angeordnet ist.
Die Vorrichtung aus Anspruch 28, wobei: die EMR-Struktur eine Höhe HR hat, die gleich oder kleiner als 0,25 mal HS ist.
Die Vorrichtung eines der Ansprüche 26 bis 27, wobei: die koplanare Signaleinspeisung eine Signaleingangsimpedanz von etwa 50 Ohm und eine Signalausgangsimpedanz von mehr als 50 Ohm hat.
Die Vorrichtung in einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei: ein Abschnitt der Vielzahl elektrisch leitender Durchkontaktierungen des EM-Hohlleiters auf jeder Seite und in der Nähe der Signaleinspeisung angeordnet ist und relativ zueinander so angeordnet ist, dass eine Wand aus überlappenden Durchkontaktierungen gebildet wird, wie in einer Seitenansicht des SIW beobachtet, um seitliche Signallecks von der Signaleinspeisung zu reduzieren.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei: jede dielektrische Struktur der Vielzahl dielektrischer Strukturen innerhalb eines gegebenen SIW eine zentrale vertikale Achse hat, die parallel zu einer z-Achse des Bausteins verläuft, die innerhalb der Grenzen des entsprechenden SIW seitlich zueinander versetzt sind, wie in einer Draufsicht auf den Baustein zu beobachten ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei: die zentralen vertikalen Achsen der am nächsten benachbarten der Vielzahl dielektrischer Strukturen innerhalb eines gegebenen SIW in einem Abstand von λ/2 voneinander angeordnet sind.
Die Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei: als Reaktion auf elektrische Erregung bei der Signaleinspeisung mit einer Frequenz zwischen etwa 52,5 GHz und etwa 65 GHz die Vorrichtung in der Lage ist, ein elektromagnetisches Strahlungsfeld mit mindestens vier transversalen elektrischen TE-Strahlungsmodi auszustrahlen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei: die Vorrichtung mit einem Gewinn von mindestens 10 dBi über die vier TE-Strahlungsmodi betrieben werden kann.
Elektromagnetische Anordnung, umfassend eine Vielzahl an Vorrichtungen nach Anspruch 28, die integral nebeneinander angeordnet sind, wobei jede untere leitende Schicht durchgehend ist, jede obere leitende Schicht durchgehend ist, jede dielektrische Schicht durchgehend ist und eine Kombination jeder EMR-Struktur jeder Vorrichtung eine EMR-Gesamtstruktur bildet, wobei: die EMR-Gesamtstruktur einen ersten Abschnitt hat, der eine Vielzahl von elektromagnetischen Reflektoren enthält, und einen zweiten Abschnitt, der eine Vielzahl von elektromagnetisch reflektierenden EMR-Erweiterungen enthält, wobei jede Signaleinspeisung auf jeder Seite von einer der Vielzahl von EMR-Erweiterungen flankiert wird, die dazu dient, die Signalisolierung zwischen benachbarten Signaleinspeisungen zu verbessern.
Die Anordnung von Anspruch 36, wobei: die zentralen vertikalen Achsen der am nächsten benachbarten der Vielzahl dielektrischer Strukturen innerhalb eines gegebenen SIW in einem Abstand von λ/2 voneinander angeordnet sind.
Die Anordnung von Anspruch 37, wobei: die zentralen vertikalen Achsen der am nächsten benachbarten der Vielzahl dielektrischer Strukturen in benachbarten SIWs in einem Abstand von λ/4 voneinander angeordnet sind.
Die Anordnung einer der Ansprüche 36 bis 38, wobei: der FDP eine erste Dielektrizitätskonstante, Dk1 hat; der SDP eine zweite Dielektrizitätskonstante, Dk2 hat; die dielektrische Schicht des SIW einen dritten Dielektrizitätskonstantenwert, Dk3 hat; Dk2 ist kleiner als Dk1, und Dk3 ist kleiner als Dk1.
Die Anordnung von Anspruch 39, wobei: Dk3 ist gleich oder größer als Dk2.
Die Anordnung von Anspruch 39, wobei: Dk3 ist gleich oder kleiner als das 0,5-fache von Dk1.