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JP2008167474A - 強誘電体アンテナおよびそれを調整するための方法 - Google Patents

強誘電体アンテナおよびそれを調整するための方法 Download PDF

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JP2008167474A
JP2008167474A JP2008031166A JP2008031166A JP2008167474A JP 2008167474 A JP2008167474 A JP 2008167474A JP 2008031166 A JP2008031166 A JP 2008031166A JP 2008031166 A JP2008031166 A JP 2008031166A JP 2008167474 A JP2008167474 A JP 2008167474A
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antenna
dielectric constant
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radiator
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Stanley S Toncich
エス． トンチク スタンレイ
Allen Tran
トラン アレン
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Kyocera Wireless Corp
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Kyocera Wireless Corp
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Abstract

【課題】ＦＥ誘電体調整アンテナおよび無線通信アンテナを調整する周波数のための方法を提供する。
【解決手段】本方法は、放射体を形成するステップと、放射体に近接する強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップと、強誘電体材料に電圧を印加するステップと、電圧の印加に応答して誘電率を発生させるステップと、誘電率に応じて共振周波数で電磁場に伝達するステップとを含む。本方法のいくつかの局面は、印加された電圧を変化させ、そして印加された電圧の変化に応答する共振周波数を修正するステップをさらに含む。共振周波数を修正するステップは、印加された電圧に応答して種々の動作周波数を有するアンテナを形成するステップを含む。代替的に説明すると、種々の動作周波数を有するアンテナを形成するステップは、共振周波数に依存しない所定の固定された特性インピーダンスを有するアンテナを形成するステップを含む。
【選択図】図１４

Description

（関連出願）
本出願は、２００１年４月１１日米国仮出願６０／２８３，０９３の利益を主張し、こ
の出願は、本明細書中で参考として援用される。さらに、本出願は、以下の米国出願に関
連する。本明細書中で参考として援用されるこれらの出願は、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏ
ｎｃｉｃｈによって２００１年７月１３日に出願され、「Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ」と題された、０９／９０４，６３１号と、Ｓｔａｎｌ
ｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって２００１年７月２４日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ
Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ」と題された、０９／９１２
，７５３号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって２００１年８月８日に出願
され、「Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｅｒｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｖｉ
ｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」と題された、
０９／９２７，７３２号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって２００１年８
月１０日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題され
た、０９／９２７，１３６号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって２００２
年１月１１日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｐｌａｎａｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ」と題
された、１０／０４４，５２２号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって２０
０２年２月１４日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｉｓｏｌａｔｏｒ Ｍａｔｃｈｉｎｇ
Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題された、１０／０７７，６５４号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏ
ｎｃｉｃｈによって２００２年２月１２日に出願され、「Ａｎｔｅｎｎａ Ｉｎｔｅｒｆ
ａｃｅ Ｕｎｉｔ」と題された、１０／０７６，１７１号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏ
ｎｃｉｃｈによって２００２年１月１２日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎ
ａ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題された、１０／０７５，８９６号と、Ｓｔ
ａｎｌｅｙ Ｓ．ＴｏｎｃｉｃｈおよびＴｉｍ Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒによって２００２年
２月１２日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」
と題された、１０／０７５，７２７号と、Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｔｏｎｃｉｃｈによって
２００２年２月１２日に出願され、「Ｔｕｎａｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ
Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ」と題された、１０／０７５，５０７号とである。
（１．発明の分野）
本発明は、概して無線通信アンテナに関し、より詳細には、強誘電体材料の支援によっ
てアンテナを調整するためのシステムおよび方法に関する。
（２．関連技術の説明）
誘電体材料の使用を組み込むいくつかのタイプの従来のアンテナ設計が存在する。一般
的に説明すると、アンテナによって生成されるフィールドの部分は、誘電体を介して放射
体から接地部（ｃｏｕｎｔｅｒｐｏｉｓｅ）（グランド）に戻る。アンテナは、放射体の
周波数および波長において共振するように調整され、誘電体は、共振周波数の最適な関係
を有する。最も一般的な誘電体は、誘電率１を有する空気である。他の材料の誘電率は、
空気に対して定義される。
誘電材料は、印加された電圧に応答して変化する誘電率を有する。これらの種々の誘電
率のために、強誘電体材料は、調整可能なコンポーネントを作製するための良好な候補で
ある。しかし、現在使用されている計測および特徴化技術の下で、調整可能な強誘電体コ
ンポーネントは、損失特性を改良するために使用された処理、ドーピング、または他の製
造技術である処理にもかかわらず、一貫してそして実質的に誘電損失する評価を獲得して
きた。従って、調整可能な強誘電コンポーネントが広く使用されてきた。ＲＦまたはマイ
クロ波領域で動作する強誘電体調整可能なコンポーネントは、特に損失しているものとし
て認識される。この観測は、レーダ用途における経験によって支援される（特に最大調整
が望まれる場合、例えば、バルク（約１．０ｍｍより大きい厚さ）ＦＥ（強誘電体）材料
に対する高無線周波数（ＲＦ）またはマイクロ波損失は従来の法則である）。一般的には
、その損失を改善（低減）するために選択されない限り、ほとんどのＦＥ材料が損失する
。このようなステップは、以下に限定されないが、（１）Ｏ２空孔を補償するための前堆
積アニーリングおよび後堆積アニーリング、あるいはその両方、（２）表面応力を低減す
るためのバッファ層の使用、（３）他の材料との合金またはバッファリング、および（４
）選択的なドーピングを含む。
より低いパワーコンポーネントの制限された範囲の調整に対する要求が近年増加するに
つれて、強誘電体材料の関心は、バルク材料よりも薄膜の使用に変化してきた。しかし、
高い誘電体損失を想定すると、同様に薄膜技術にももたらされる。従来のブロードバンド
測定技術は、バルクまたは薄膜であろうとも、調整可能な強誘電体コンポーネントが実質
的な損失を有する仮定を支持してきた。例えば、無線通信では、８０よりも大きいＱ、お
よび好ましくは、１８０よりも大きいＱ、およびより好ましくは３５０よりも大きいＱが
、約２ＧＨｚの周波数で必要となる。これらの同じ仮定をアンテナの設計に適用する。
調整可能な強誘電体コンポーネント（特に薄膜を用いて）が広範囲の種々の周波数走査
（ａｇｉｌｅ）回路に利用され得る。調整可能なコンポーネントが望ましい。なぜなら、
調整可能なコンポーネントは、より小さいコンポーネントのサイズおよび高さ、より小さ
い挿入損失またはより同じ挿入損失に対する良好な拒否、より低いコスト、ならびに１周
波数帯域よりも高い帯域にわたって調整する能力を提供し得るためである。複数の帯域を
カバーし得る調整可能なコンポーネントの能力は、必要なコンポーネント（例えば、離散
的な帯域間で選択するために必要であるスイッチ）の数を潜在的に低減し、この必要なコ
ンポーネントは、使用された複数の固定された周波数コンポーネントであった。これらの
利点は、無線ハンドセットの設計において特に重要であり、増加された機能性およびより
低いコストおよびサイズに対する必要性は、一見して矛盾した要求である。符号分割多重
アクセス（ＣＤＭＡ）ハンドセットを用いると、例えば、個々のコンポーネントの性能が
高度に強調される。
周波数調整アンテナのために強誘電体材料を使用することが公知である。しかし、ＦＥ
誘電材料の使用は、特にＦＥ材料が最も大きい電磁場強度の領域に配置されない場合、常
に効率的であるとは限らない。従来のパッチアンテナの場合では、最大電磁場の領域は、
放射体と接地部（グラウンド）との間にある。効率的ではないＦＥ誘電体配置の結果、誘
電率の変化は、アンテナの共振周波数の有用な変化に対して最小の影響を有する。共振周
波数の有用な変化を達成するためには、これらの従来のＦＥ誘電体アンテナは、複数の放
射体に依存する必要があった。
アンテナの共振周波数が使用の間に選択可能になり得る場合、有利である。
ＦＥ材料がアンテナの共振周波数を制御するために使用され得る場合、有利である。
ＦＥ材料アンテナの共振周波数が電圧のＦＥ材料への適用に応答して変化し得る場合、
有利である。
ＦＥ材料アンテナが単一の放射体を有する従来の設計のアンテナの共振周波数を効率的
に変化させるために使用され得る場合、有利である。
（発明の要旨）
本発明は、誘電体としてＦＥ材料を用いて製造されたアンテナを説明する。ＦＥ材料の
誘電率は、印加された電圧によって制御され得る。誘電率と共振周波数との間に固定され
た関係が存在するために、アンテナの共振周波数が印加された電圧を用いて制御され得る
。
従って、単一の帯域の無線通信アンテナを周波数調整するための方法が提供される。本
方法は、放射体を形成するステップと、放射体に隣接する強誘電体材料を有する誘電体を
形成するステップと、電圧を強誘電体材料に印加するステップと、電圧の印加に応答して
誘電率を発生させるステップと、誘電率に応答して共振周波数で電磁場に伝達するステッ
プとを包含する。本方法のいくつかの局面は、印加された電圧を変化させるステップと、
印加された電圧の変化に応答して共振周波数を修正するステップとをさらに包含する。
共振周波数を修正するステップは、印加された電圧に応答する種々の動作周波数を用い
てアンテナを形成するステップを包含する。代替的に説明されたように、種々の動作周波
数を用いてアンテナを形成するステップは、共振周波数に依存しない所定の固定された特
性インピーダンスを用いてアンテナを形成するステップを包含する。
本方法のいくつかの局面では、放射体を形成するステップは、単一の放射体を形成する
ステップである。
本方法のいくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップは、固
定された誘電率を有する第１の材料から強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップ
と、種々の誘電率を有する強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップを含む。次い
で、共振周波数を修正するステップは、強誘電体材料の誘電率の変更に応答して共振周波
数を修正するステップを包含する。
他の局面では、強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップは、複数の誘電体材料
を有する誘電体を形成するステップを包含し、誘電体材料の各々は、固定された誘電率を
有する材料を形成する。あるいはまたはさらに、強誘電体材料を用いて誘電体を形成する
ステップは、複数の強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップを包含し、各強誘電
体材料は、種々の誘電率を有する。
上記方法のさらなる詳細およびＦＥ材料の誘電体を用いて製造されたアンテナの群は、
以下に説明される。
（好適な実施形態の詳細な説明）
本発明は、選択可能な動作周波数を有するアンテナの群を説明する。一般的には、各ア
ンテナは、種々の誘電率を有する放射体に近接する強誘電体材料を有する放射体および誘
電体を含む。放射体は、強誘電体材料の誘電率に応答する周波数で共振する。いくつかの
アンテナは、放射体に対して接地部を含む。他のアンテナ設計は、任意に設計された接地
武および放射体を含む。さらなる他の設計は、互いに明瞭に区別できない接地部および放
射体を含む。
本発明の一局面では、以下に提示されたアンテナの群は、任意の明らかな帯域幅または
共振周波数変化を達成するための複数の放射体に依存する従来のアンテナとは異なり、単
一の放射体アンテナの共振周波数を効率的に調整するように含まれたＦＥ誘電体層を有す
る。本発明は、そのアンテナの各々が、単一の放射体に対応する共振の１つの基本周波数
（基本周波数の高調波の考慮を除く）を有する点において単一の帯域として本明細書中で
定義される。アンテナの群の本発明の別の局面では、ＦＥ誘電体は、放射体と接地部（垂
直接地部）との間の最高密度の電磁場の領域に配置される。その結果、ＦＥ材料の誘電率
の変化は、アンテナの共振周波数の著しい変化を生成する。
図１ａ〜図１ｃは、選択可能な動作周波数を有する本発明のパッチアンテナの図である
。図１ａは、半波長の放射体の寸法を有し得る単一帯域のパッチアンテナの概略図である
。パッチアンテナ１００は、接地部１０２および接地部の上にある強誘電体材料を有する
強誘電体１０４を含む。この誘電体は、強誘電体材料に印加された電圧に応答する種々の
誘電率を有する。少なくとも１つの放射体１０６は、誘電率に応答する共振周波数を有す
る誘電体１０４の上にある。パッチアンテナ１００のいくつかの局面では、誘電体１０４
は、全体的にＦＥ材料からなる層である。パッチアンテナの原理および設計は、当業者に
よって十分に理解され、簡略化の点で本明細書では繰り返されない。ＦＥ材料の使用は、
パッチアンテナに広範囲の選択可能な動作周波数を与えるが、設計の一般的な原理は、本
発明のＦＥ材料によって変更されない。同軸供給線１０８は、放射体１０６に接続された
中心導電体１１０を有し、接地部１０２に接続されたグランドを有する。
図１ｂは、図１ａのパッチアンテナ１００の平面図である。典型的には、ＦＥ材料を有
する誘電体は、放射体１０６の近傍に配置されるだけである。領域１１２は、固定された
定数を有する誘電体であり得る。示されない代替の実施形態では、ＦＥ誘電体１０４は、
放電体１０６を全ての面上で取り囲んでもよいし、誘電体領域１０４および１１２が放射
体１０６の周りに対称的に形成されてもよい。
図１ｃは、１／４波長の放射体の寸法を有するのに適切であり得るような逆Ｆ状平面ア
ンテナの断面図である。ＦＥ誘電体１０４は、単一の放射体１０６と接地部１０２との間
に配置されたＦＥ誘電体１０４が示されるが、他のＦＥ誘電体パターンおよび分布もまた
実用的である。
アンテナ１００は、共振周波数に依存しない所定の固定された特性を有する。すなわち
、例えば、入力インピーダンスは、選択された動作周波数であるにもかかわらず、例えば
５０オームのままである。あるいは、アンテナ１００は、共振周波数に依存しない所定の
ほぼ一定のゲインを有すると説明することができる。
図２は、図１ａのパッチアンテナの代替的な局面を示す断面図である。示されたように
、誘電体１０４は、固定された誘電率を有する誘電体２００に隣接する、固定された誘電
率を有する第１の材料から形成された誘電体層２００および可変誘電率を有する強誘電体
材料から形成された誘電体２０２の内の少なくとも１つを含む。示されたように、ＦＥ材
料２０２を有する誘電体は、固定された誘電率を有する誘電体２００の上にある。典型的
には、電圧は、所望の誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層２０２の近傍の導電体に印加
される。「＋」および「−」符号によって表された電圧は、電圧発生器２０３によって供
給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示されない）は、ａｃ信号電圧からバ
イアス電圧を絶縁するために、層２０２と導電放射体１０６との間に配置され得る。しか
し、導電体のシートは、通常、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体２０２上にバイアス電
圧を均一に分散することが必要とされる。従って、ｄｃ電圧は、典型的には、放射体によ
って導かれたａｃ信号上に重ね合わせられ、基準グランドは、接地部１０２に供給される
。あるいは、示されないが、固定された誘電率で形成された誘電体２００は、強誘電体材
料２０２を有する誘電体の上にある。再度、絶縁体は、ＦＥ誘電体層２０２と導電性接地
部との間に配置され得、接地部における電圧とは異なる供給された基準電圧が供給される
。しかし、示されたように、ＦＥ誘電体層は、典型的には、接地部に供給された基準電圧
にバイアスされる。アンテナのいくつかの局面において、バイアス電圧極性は、示された
極性から反転されることに留意すること。
図３は、複数の固定された誘電率層を有する図１ａのパッチアンテナの代替的な局面を
示す断面図である。固定された誘電率を有する誘電体は、固定された誘電率を有する誘電
体２０２の下にある第１の層２００ａ、および強誘電体材料２０２を有する誘電体の上に
ある第２の層２００ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずしも同じ誘電率を
有する必要はない。さらに、固定された誘電体の３つ以上の層の使用もまた可能である。
あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体の層の周辺で形成されてもよ
いし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい。複数のＦＥ
誘電体層は、異なるＦＥ材料から作製され異なる厚さを有してもよいし、他の場合では、
同じ電圧に関して異なる誘電率を有する。
図４は、ＦＥ材料の内部層を有する図１ａのパッチアンテナの代替の局面を示す断面図
である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体２０２は、固定された誘電率を有
する誘電体２００の内部に形成される。あるいは、示されないが、固定された誘電率を有
する誘電体は、ＦＥ誘電体２０２の内部に形成される。さらに、複数の内部ＦＥ誘電体領
域が使用され得る。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体２０２は、バリウムストロンチウム
チタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ
材料は、周知であり、等価に実行され得る。図２に戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体２０２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ２０６を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体２０２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜２０６で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料２００から形成された誘電体および強誘電体材料２
０２から形成された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する
。
ＦＥ材料の誘電率は、ドーピングおよびキューリー温度（Ｔｃ）の制御によって操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆａｌｌｉｎｇ）を有するＴｃ
において最大誘電率を有する。しかし、典型的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな
変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典型的には、誘電材料によって観測される動作
温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図５ａ〜図９ｅは、本発明のスロットアンテナの群を示す。一般的には、各単一帯域幅
のスロットアンテナは、接地部および接地部の上にある強誘電体材料を有する誘電体を含
む。しかし、いくつかのスロットは、単に放射体を有するか、または仮想放射体または仮
想接地部を有するものとして理解され得る。接地部または放射体のいずれかにおいて形成
されたスロットは、誘電率に応答する電気的長さを有し、そして誘電率は、強誘電体材料
に印加された電圧に応答して誘電率変化を有する。放射体は、誘電体の上にあり、誘電体
に隣接する。
スロット設計の各々における放射体が共振周波数に依存しない所定の固定された特性イ
ンピーダンスを有することもまた一般的に真実である。すなわち、１つ以上のスロットの
電気的長さは、共振周波数に対して一定である。あるいは、レーダは、共振周波数に依存
しない所定のほぼ一定のゲインを有する。１つ以上のスロットが誘電体に対して共振周波
数の約半波長かまたは誘電体に対して共振周波数の約１／４波長のいずれかである１つ以
上の誘電率に応答して変化する電気的長さを有することが一般的に真実である。スロット
アンテナの原理および設計は、当業者によって十分理解され、そして簡略化の目的ため本
明細書中で繰り返されない。ＦＥ材料の使用はスロットアンテナに選択可能な動作周波数
のより広い範囲を与えるが、設計の一般的原理は、本発明のＦＥ材料によって変更されな
い。
図５ａは、本発明のマイクロストリップスロットアンテナ５００の概略図である。接地
部５０２、放射体５０４、および強誘電体材料５０６を有する誘電体は、マイクロストリ
ップを形成する。典型的には、強誘電体材料を有する誘電体５０６は、示されるようにス
ロット近接して配置される。スロットから離れた異なる誘電体５０７（固定された誘電率
を有する）が使用され得る。スロット５０８は、接地部５０２において形成される。示さ
れたように、スロット５０８は放射体５０４を横切るが、必ずしもスロット５０８は放射
体５０４を横切る必要はない。マイクロストリップスロット５００の他の局面では、複数
のスロット（図示されない）が使用される。
図５ｂは、図５ａのマイクロストリップアンテナの代替の局面を示す断面図である。示
されたように、誘電体５０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘
電体層５１０および固定された誘電率を有する誘電体５１０に隣接する種々の誘電率を有
する強誘電体材料から形成された誘電体５１２の内の少なくとも１つを含む。示されたよ
うに、ＦＥ材料を有する誘電体５１２は、固定された誘電率５１０を有する誘電体の上に
ある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層５１２に近
接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧が供給され
得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層５１２と導電放射体５０４との
間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導電体のシー
トは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体５１２上にバイアス電圧を均一に分布させるこ
とが必要とされる。従って、通常ｄｃ電圧は、放射体によって導かれたａｃ信号上に重ね
合わせられ、そして基準グランドは、接地部５０２に供給される。あるいは、示されない
が、固定された誘電率によって形成された誘電体５１０は、強誘電体材料を有する誘電体
５１２の上にある。再度、絶縁体は、ＦＥ誘電体層５１２と導電性接地部との間に配置さ
れ得、接地部における電圧とは異なる基準グラウンドが供給される。しかし、示されたよ
うに、ＦＥ誘電体層は、典型的には接地部に供給された基準グランドによってバイアスさ
れる。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された極性から反転される
ことに留意すること。
図５ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図５ａのマイクロストリップスロットア
ンテナの代替的な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定さ
れた誘電率を有する誘電体５１２の下にある第１の層５１０ａ、および強誘電体材料を有
する誘電体５１２の上にある２の層５１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、
必ずしも同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電
体層が使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層に近
接して形成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用され
得る。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし
、あるいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図５ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図５ａのマイクロストリップスロットアンテナの
代替的な局面を示す断面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体５１２
は、固定された誘電率を有する誘電体５１０の内部に形成される。いくつかの局面では、
複数のＦＥ内部領域が形成され得る。あるいは、示されないが、固定された誘電率を有す
る誘電体５１０は、ＦＥ誘電体５１２の内部に形成される。再度、さらなる電気絶縁体が
、接地部５０２から絶縁され、そして放射体５０４がＦＥ層５１２から絶縁されるために
使用され得る。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体５１２がバリウムストロンチウムチ
タネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ材
料は、周知であり、等価に実行され得る。図５ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体５１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ５１４を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体５１２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜５１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体材料から形成
された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図６ａは、本発明の同軸スロットアンテナ６００の概略図である。接地部６０２、放射
体６０４、ＦＥ材料を有する誘電体６０６は、接地部６０２においてスロット６０８を有
する同軸線を形成する。ＦＥ誘電体６０６は、スロット６０８に近接している。スロット
から離れた固定された誘電率を有する異なる誘電体６０７が使用され得る。示されたよう
に、スロット６０８は放射体６０４を横切るが、必ずしもスロット６０８は放射体６０４
を横切る必要はない。同軸スロットアンテナ６００の他の局面では、複数のスロット（図
示されない）が使用される。
図６ｂは、図６ａの同軸スロットアンテナの代替の局面を示す断面図である。示される
ように、誘電体６０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体層
６１０および固定された誘電率を有する誘電体６１０に隣接する種々の誘電率を有する強
誘電体材料から形成された誘電体６１２の内の少なくとも１つを含む。示されたように、
ＦＥ材料を有する誘電体６１２は、固定された誘電率６１０を有する誘電体の上にある。
典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層６１２に近接する
導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧が供給され得る。
いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層６１２と導電放射体６０４との間に挿
入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導電体のシートは、
アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体６１２上にバイアス電圧を均一に分布させることが必
要とされる。従って、通常ｄｃ電圧は、放射体によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせ
られ、そして基準グランドは、接地部６０２に供給される。あるいは、示されないが、固
定された誘電率によって形成された誘電体６１０は、強誘電体材料を有する誘電体６１２
の上にある。再度、絶縁体は、ＦＥ誘電体層６１２と導電性接地部との間に配置され得、
接地部における電圧とは異なる基準グラウンドが供給される。しかし、示されたように、
ＦＥ誘電体層は、典型的には接地部に供給された基準グランドによってバイアスされる。
アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された極性から反転されることに
留意すること。
図６ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図６ａの同軸スロットアンテナの代替的
な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電率を有
する誘電体６１２の下にある第１の層６１０ａ、および強誘電体材料を有する誘電体６１
２の上にある第２の層６１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずしも同じ
誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体層が使用さ
れ得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接して形成され
てもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい。異な
るＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし、あるいは
他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図６ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図６ａの同軸スロットアンテナの代替的な局面を
示す断面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体６１２は、固定された
誘電率を有する誘電体６１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得るが、１
つのみの内部領域が示されることに留意すること。あるいは、示されないが、固定された
誘電率を有する誘電体６１０は、ＦＥ誘電体６１２の内部に形成される。再度、さらなる
電気絶縁体が、接地部６０２から絶縁され、そして放射体６０４がＦＥ層６１２から絶縁
されるために使用される。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体６１２がバリウムストロンチウムチ
タネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ材
料は、周知であり、等価に実行され得る。図６ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体６１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ６１４を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体６１２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜６１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体材料から形成
された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図７ａ〜図７ｆは、本発明の円形導波管スロットアンテナ７００の図である。周知であ
るように、図７ａでは、接地部および放射体は、明確に区別できず、従って円形導波管ア
ンテナは、放射体７０４および誘電体７０６を含むものとして説明される。示されたよう
にスロット７０８は放射体７０４を横切るが、必ずしもスロット７０８は放射体７０４を
横切る必要はない。ＦＥ誘電体７０６は、スロット７０８近接して配置される。他の場合
では、固定された誘電材料７０７がスロット７０８と離れて使用され得る。円形導波管ス
ロットアンテナ７００の他の局面では、複数のスロット（図示されない）が使用される。
図７ｂは、図７ａの円形導波管スロットアンテナの代替の局面を示す断面図である。示
されるように、誘電体７０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘
電体層７１０および固定された誘電率を有する誘電体７１０に隣接する種々の誘電率を有
する強誘電体材料から形成された誘電体７１２の内の少なくとも１つを含む。示されたよ
うに、ＦＥ材料を有する誘電体７１２は、固定された誘電率７１０を有する誘電体の上に
ある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層７１２に近
接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧が供給され
得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層７１２と導電放射体７０４との
間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導電体のシー
トは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体７１２上にバイアス電圧を均一に分布させるこ
とが必要とされる。従って、スリット７０９は、２つのバイアス電圧極性を分離するため
に放射体７０４に形成され得る。通常ｄｃ電圧は、半分の放射体（ｒａｄｉａｔｏｒ ｈ
ａｌｖｅｓ）によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせられる。あるいは、示されないが
、固定された誘電率によって形成された誘電体７１０は、強誘電体材料を有する誘電体７
１２の上にある。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された極性から
反転されることに留意すること。
図７ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図７ａの円形導波管スロットアンテナの
代替的な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電
率を有する誘電体７１２の下にある第１の層７１０ａ、および強誘電体材料を有する誘電
体７１２の上にある第２の層７１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずし
も同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体層が
使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接して形
成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい
。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし、あ
るいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図７ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図７ａの円形導波管スロットアンテナの代替的な
局面を示す断面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体７１２は、固定
された誘電率を有する誘電体７１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得る
が、１つのみの内部領域が示されることに留意すること。いくつかの局面では、複数のＦ
Ｅ内部領域が形成され得る。あるいは、示されないが、固定された誘電率を有する誘電体
７１０は、ＦＥ誘電体７１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状として示されるが
、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であることに留意されるべき
である。
図７ｅおよび図７ｆは、円形導波管スロットアンテナ７００の代替の局面である。この
スリットは必ずしも必要ではない。なぜなら放射体７０４は、バイアス電圧を運ぶ必要が
ないためである。その代わりに、バイアス電圧がパネル７１４および７１６によって供給
される。このバイアスパネル７１４／７１６は、ＦＥ誘電体の一方の側状の種々の位置で
配置され得る。１つのパネルは、スロット内で均一に配置され得る。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体７１２がバリウムストロンチウムチ
タネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ材
料は、周知であり、等価に実行され得る。図７ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体７１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ７１４を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体７１２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜７１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体材料から形成
された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図８ａは、本発明の矩形導波管アンテナ８００の概略図である。矩形導波管アンテナは
、放射体８０４および誘電体８０６を含むものとして説明される。しかし、放射体および
接地部の指定が任意である。示されたように、スロット８０８は放射体８０４を横切るが
、必ずしもスロット８０８は放射体７０４を横切る必要はない。ＦＥ誘電体８０６は、ス
ロット８０８近接して配置される。他の場合では、固定された誘電材料８０７がスロット
８０８と離れて使用され得る。矩形導波管スロットアンテナ８００の他の局面では、複数
のスロット（図示されない）が使用される。
図８ｂは、図８ａの矩形導波管スロットアンテナの代替の局面を示す断面図である。示
されるように、誘電体８０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘
電体層８１０および固定された誘電率を有する誘電体８１０に隣接する種々の誘電率を有
する強誘電体材料から形成された誘電体８１２の内の少なくとも１つを含む。示されたよ
うに、ＦＥ材料を有する誘電体８１２は、固定された誘電率８１０を有する誘電体の上に
ある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層８１２に近
接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧が供給され
得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層８１２と導電放射体８０４との
間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導電体のシー
トは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体８１２上にバイアス電圧を均一に分布させるこ
とが必要とされる。従って、スリット８０９（電気的に絶縁している）は、２つのバイア
ス電圧極性を分離するために放射体８０４に形成され得る。典型的にはｄｃ電圧は、半分
の放射体によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせられる。あるいは、示されないが、固
定された誘電率によって形成された誘電体８１０は、強誘電体材料を有する誘電体８１２
の上にある。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された極性から反転
されることに留意すること。
図８ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図８ａの矩形導波管スロットアンテナの
代替的な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電
率を有する誘電体８１２の下にある第１の層８１０ａ、および強誘電体材料を有する誘電
体８１２の上にある第２の層８１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずし
も同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体層が
使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接して形
成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい
。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし、あ
るいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図８ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図８ａの矩形導波管スロットアンテナの代替的な
局面を示す断面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体８１２は、固定
された誘電率を有する誘電体８１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得る
が、１つのみの内部領域が示されることに留意すること。あるいは、示されないが、固定
された誘電率を有する誘電体８１０は、ＦＥ誘電体８１２の内部に形成される。内部領域
が矩形形状として示されるが、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的
であることに留意されるべきである。図７ｅおよび図７ｆに等しい示されない別のバージ
ョンでは、ｄｃバイアス電圧が放射体８０４の内部のパネルによって供給され、その結果
スリット８０９が形成される必要がない。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体８１２がバリウムストロンチウムチ
タネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ材
料は、周知であり、等価に実行され得る。図８ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体８１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ８１４を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体８１２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜８１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体材料から形成
された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図９ａおよび図９ｂは、それぞれ本発明のフレアノッチアンテナの部分断面図および平
面図である。フレアノッチアンテナ９００は、接地部９０２、放射体９０４、および誘電
体９０６ａおよび９０６ａを含み、それらの内の少なくとも１つはＦＥ材料を含む。接地
部および放射体の指定は任意であると考えられ得る。スロットまたはノッチ９０７が示さ
れる。ＦＥ誘電体９０６ａおよび９０６ｂは、ノッチ９０７に隣接して配置される。ある
いは、中心導電体９０８およびグランド９０９を有する供給部（ｆｅｅｄ）が示される。
図９ｃは、図９ｂのフレアノッチアンテナの代替的な局面を示す断面図である。示され
たように、誘電体９０６ａおよび９０６ｂは、固定された誘電率を有する第１の材料から
形成された誘電体層９１０および固定された誘電率を有する誘電体９１０に隣接する種々
の誘電率を有する強誘電体材料から形成された誘電体９１２の内の少なくとも１つを含む
。示されたように、ＦＥ材料を有する誘電体９１２は、固定された誘電率９１０を有する
誘電体の上にある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体
層９１２に近接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電
圧が供給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層９１２と放射体／
接地部９０４／９０２との間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。
しかし、通常導電体のシートは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体９１２上にバイアス
電圧を均一に分布させることが必要とされる。従って、ｄｃ電圧は、典型的には、放射体
／接地部９０４／９０２によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせられ、そして基準グラ
ンドは、導電パネル９１４に供給される。あるいは、示されないが、固定された誘電率に
よって形成された誘電体９１０は、強誘電体材料を有する誘電体９１２の上にある。アン
テナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された極性から反転されることに留意
すること。
図９ｄは、複数の固定された誘電率層を有する図９ｂのフレアノッチアンテナの代替的
な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電率を有
する誘電体９１２の下にある第１の層９１０ａ、および強誘電体材料を有する誘電体９１
２の上にある第２の層９１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずしも同じ
誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体層が使用さ
れてもよい。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接して形成
されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい。
異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし、ある
いは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図９ｅは、ＦＥ材料の内部層を有する図９ｂのフレアノッチマイクアンテナの代替的な
局面を示す平面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体９１２は、固定
された誘電率を有する誘電体９１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得る
が、１つのみが示される。あるいは、示されないが、固定された誘電率を有する誘電体９
１０は、ＦＥ誘電体９１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状として示されるが、
円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であることに留意されるべきで
ある。示されない別のバージョンでは、ＦＥ材料は、放射体の１つのみの面上に内部領域
を形成する（例えば、誘電体９０６ａ）。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体９１２がバリウムストロンチウムチ
タネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ材
料は、周知であり、等価に実行され得る。図９ｃに戻ると、例えば、強誘電体材料を有す
る誘電体９１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ９１４を有する薄膜層で形成され
得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体９１２は、１．５〜１０００ミクロンの範
囲の厚さを有する厚膜９１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体材料を有する
誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他の局面では、
固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体材料から形成
された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図１０ａ〜図１０ｄは、本発明の開口端導波管アンテナ１０００の図である。図１０ａ
は、選択された動作周波数を有する本発明の開口端導波管アンテナの部分断面図である。
開口端導波管アンテナ１０００は、放射体１００２に近接して配置された強誘電体材料を
有する放射体１００２および誘電体１００６を含む。誘電体１００６は、強誘電体材料に
印加された電圧に応答する種々の誘電率を有する。接地部および放射体の指定は任意であ
る。典型的には、開口端１００７が接地される。開口端１０７から離れた一定の誘電材料
１００５が使用され得る。開口端アンテナの原理および設計は、当業者によって十分に理
解され、簡略化を意図して本明細書中で繰り返されない。ＦＥ材料の使用は、開口端アン
テナに選択可能な動作周波数のより広い範囲を提供し、設計の一般的な原理は、本発明の
ＦＥ材料によって変更されない。
アンテナ１０００は、共振周波数に依存しない所定の固定された特性インピーダンスを
有する。代替的に説明されたように、アンテナ１０００は、共振周波数に依存しない所定
のほぼ一定のゲインを有する。
図１０ｂは、図１０ａの開口端導波管スロットアンテナの代替の局面を示す断面図であ
る。示されるように、誘電体１００６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成
された誘電体層１０１０および固定された誘電率を有する誘電体１０１０に隣接する種々
の誘電率を有する強誘電体材料から形成された誘電体１０１２の内の少なくとも１つを含
む。示されたように、ＦＥ材料を有する誘電体１０１２は、固定された誘電率１０１０を
有する誘電体の上にある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ
誘電体層１０１２に近接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示
された電圧が供給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層１０１２
と導電放射体１００４との間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。
しかし、通常導電体のシートは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体１０１２上にバイア
ス電圧を均一に分布させることが必要とされる。従って、電気的に絶縁しているスリット
１００９は、２つのバイアス電圧極性を分離するために放射体１００２に形成され得る。
通常ｄｃ電圧は、半分の放射体によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせられる。あるい
は、示されないが、固定された誘電率によって形成された誘電体１０１０は、強誘電体材
料を有する誘電体１０１２の上にある。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極
性が示された極性から反転されることに留意すること。
図１０ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図１０ａの開口端導波管スロットアン
テナの代替的な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定され
た誘電率を有する誘電体１０１２の下にある第１の層１０１０ａ、および強誘電体材料を
有する誘電体１０１２の上にある第２の層１０１０ｂ。２つの固定された誘電体層は、必
ずしも同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体
層が使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接し
て形成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されても
よい。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし
、あるいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図１０ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図１０ａの開口端導波管スロットアンテナの代
替的な局面を示す平面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体１０１２
は、固定された誘電率を有する誘電体１０１０の内部に形成される。複数の内部領域が形
成され得るが、１つのみが示される。あるいは、示されないが、固定された誘電率を有す
る誘電体１０１０は、ＦＥ誘電体１０１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状とし
て示されるが、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であることに留
意されるべきである。図７ｅおよび図７ｆに等しい示されない別のバージョンでは、ｄｃ
バイアス電圧が放射体１００２の内部のパネルによって供給され、その結果スリット１０
０９が形成される必要がない。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体１０１２がバリウムストロンチウム
チタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ
材料は、周知であり、等価に実行され得る。図１０ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を
有する誘電体１０１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ１０１４を有する薄膜層で
形成され得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体１０１２は、１．５〜１０００ミ
クロンの範囲の厚さを有する厚膜１０１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体
材料を有する誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他
の局面では、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体
材料から形成された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する
。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図１０ａ〜図１０ｂを参照すると、開口端矩形導波管が示されてきたが、上記解析およ
び説明を開口端円形導波管および開口端プレートアンテナに適用する。さらに、開口端導
波管アンテナ１０００が、同軸ケーブル、平行板、または任意の種類の導波管である選択
された信号供給を有し得る。
図１１ａ〜図１１ｅは、選択可能な動作周波数を有する本発明ホーンアンテナの図であ
る。図１１ａに見られるように、ホーンアンテナ１１００は、放射体ホーン１１０２およ
び放射体ホーンに隣接して配置された強誘電体材料を有する誘電体１１０６を含む。誘電
体１００６は、強誘電体材料に印加された電圧に応答する種々の誘電率を有する。中央導
電体１００５を有する同軸供給線１００４が示される。ホーン１００２は、誘電率に応答
する電気的長さ１１０９を有する。電気的長さは、共振周波数に応答する電気的長さ１１
０９を有する。ホーンは、接地されてもよいし、開いていてもよい。再度接地部および放
射体の指定が任意である。ホーンアンテナの原理および設計が当業者によって理解され、
簡便さのために本発明で繰り返されない。ＦＥ材料の使用は、ホーンアンテナに選択可能
な動作周波数の広い範囲を与えるが、設計の一般的な原理は、本発明のＦＥ材料によって
変更されない。
ホーンアンテナ１１００は、共振周波数から独立して所定の固定された特性インピーダ
ンスを有する、あるいは、ホーンアンテナ１１００は、共振周波数に依存しない所定のほ
ぼ一定の定数を有する。
図１１ｂは、図１１ａのホーンアンテナの代替の局面を示す断面図である。示されるよ
うに、誘電体１１０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体層
１１１０および固定された誘電率を有する誘電体１１１０に隣接する種々の誘電率を有す
る強誘電体材料から形成された誘電体１１１２の内の少なくとも１つを含む。示されたよ
うに、ＦＥ材料を有する誘電体１１１２は、固定された誘電率１１１０を有する誘電体の
上にある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層１１１
２に近接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧が供
給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層１１１２と放射体ホーン
１１０２との間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常
導電体のシートは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体１１１２上にバイアス電圧を均一
に分布させることが必要とされる。従って、電気的に絶縁しているスリット１１０８は、
２つのバイアス電圧極性を分離するために放射体１１０２に形成され得る。通常ｄｃ電圧
は、半分の放射体によって導かれたａｃ信号上に重ね合わせられる。あるいは、示されな
いが、固定された誘電率によって形成された誘電体１１１０は、強誘電体材料を有する誘
電体１１１２の上にある。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が示された
極性から反転されることに留意すること。
図１１ｃおよび１１ｄは、複数の固定された誘電率層を有する図１１ａのホーンアンテ
ナの代替的な局面を示す断面図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された
誘電率を有する誘電体１１１２の下にある第１の層１１１０ａ、および強誘電体材料を有
する誘電体１１１２の上にある第２の層１１１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体
層は、必ずしも同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定され
た誘電体層が使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体
層近接して形成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用
されてもよい。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有して
もよいし、あるいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図１１ｅは、ＦＥ材料の内部層を有する図１１ａのホーンアンテナの代替的な局面を示
す断面図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体１１１２は、固定された
誘電率を有する誘電体１１１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得るが、
１つのみが示されることに留意すること。あるいは、示されないが、固定された誘電率を
有する誘電体１１１０は、ＦＥ誘電体１１１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状
として示されるが、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であること
に留意されるべきである。図７ｅおよび図７ｆに等しい示されない別のバージョンでは、
ｄｃバイアス電圧が放射体１００２の内部のパネルによって供給され、その結果スリット
１１０８が形成される必要がない。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体１１１２がバリウムストロンチウム
チタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ
材料は、周知であり、等価に実行され得る。図１１ｄに戻ると、例えば、強誘電体材料を
有する誘電体１１１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ１１１４を有する薄膜層で
形成され得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体１１１２は、１．５〜１０００ミ
クロンの範囲の厚さを有する厚膜１１１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体
材料を有する誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他
の局面では、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体
材料から形成された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する
。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図１１ａを参照すると、同軸ケーブル、円形導波管、矩形導波管からの信号供給または
平行板信号供給を用いる平行板ホーンアンテナに上記説明を同様に適用する。
図１２ａ〜図１２ｆは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの
描写を表す。図１２では、モノポールアンテナ１２００は、少なくとも部分的に放射体１
２０２を取り囲んでいる、放射体１２０２、接地部１２０４、および誘電体１２０６を含
む。誘電体は、強誘電体材料に印加された電圧に応答する種々の誘電率を有する。放射体
１２０２は、誘電率に応答する電気的長さ１２０８を有する。あるいは、示されないが、
放射体１２０２は、螺旋形状で形成され得る。モノポールアンテナの原理および設計が当
業者によって十分に理解され、簡略化の点で本明細書では繰り返されない。ＦＥ材料の使
用は、モノポールアンテナに広範囲の選択可能な周波数を与えるが、設計の一般的な原理
は、本発明のＦＥ材料によって変更されない。
アンテナ１２００は、共振周波数に依存しない所定の固定された特性を有する。すなわ
ち、放射体の電気的な長さは、共振周波数に対して一定である、あるいは、アンテナ１２
００は、共振周波数に依存しない所定のほぼ一定のゲインを有する。
図１２ｂは、図１２ａのモノポールアンテナの代替の局面を示す断面図である。示され
るように、誘電体１２０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電
体層１２１０および固定された誘電率を有する誘電体１２１０に隣接する種々の誘電率を
有する強誘電体材料から形成された誘電体１２１２の内の少なくとも１つを含む。示され
たように、ＦＥ材料を有する誘電体１２１２は、固定された誘電率１２１０を有する誘電
体の上にある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層１
２１２に近接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧
が供給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層１２１２と放射体１
２０２との間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導
電体のシートは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体１２１２上にバイアス電圧を均一に
分布させることが必要とされる。従って、典型的にはｄｃ電圧は、放射体１２０２によっ
て導かれたａｃ信号上に重ね合わせられ、そして基準グランドが導電パネル１２１４に供
給される。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が反転される。他の局面で
は、放射体１２０２は、ｄｃバイアスを運ばず、その代わりに、２つのバイアス極性は、
パネル１２１４によって運ばれる。
図１２ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図１２ａのモノポールアンテナの代替
的な局面を示す図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電率を有す
る誘電体１２１２の下にある第１の層１２１０ａ、および強誘電体材料を有する誘電体１
２１２の上にある第２の層１２１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は、必ずし
も同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘電体層が
使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近接して形
成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用されてもよい
。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよいし、あ
るいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図１２ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図１２ａのモノポールアンテナの代替的な局面
を示す図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体１２１２は、固定された
誘電率を有する誘電体１２１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得るが、
１つのみが示されることに留意すること。あるいは、示されないが、固定された誘電率を
有する誘電体１２１０は、ＦＥ誘電体１２１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状
として示されるが、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であること
に留意されるべきである。
図１２ｅおよび図１２ｆは、本発明のモノポールアンテナのいくつかの代替的な局面を
示す。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体１２１２がバリウムストロンチウム
チタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ
材料は、周知であり、等価に実行され得る。図１２ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を
有する誘電体１２１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ１２１４を有する薄膜層で
形成され得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体１２１２は、１．５〜１０００ミ
クロンの範囲の厚さを有する厚膜１２１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体
材料を有する誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他
の局面では、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体
材料から形成された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する
。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図１３ａ〜図１３ｆは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの
描写を表す。図１３ａでは、ダイポールアンテナ１３００は、少なくとも部分的に放射体
１３０２を取り囲んでいる、放射体１３０２、接地部１３０４、および誘電体１３０６を
含む。誘電体１３０６は、強誘電体材料に印加された電圧に応答する種々の誘電率を有す
る強誘電体材料を含む。放射体および接地部は、種々の誘電率に応答する電気的長さ１３
０８を有する。あるいは、示されないが、放射体１３０２、接地部１３０４、またはその
両方が螺旋形状で形成され得る。ダイポールアンテナの原理および設計が当業者によって
十分に理解され、簡略化の点で本明細書では繰り返されない。ＦＥ材料の使用は、パッチ
アンテナに広範囲の選択可能な周波数を与えるが、設計の一般的な原理は、本発明のＦＥ
材料によって変更されない。
アンテナ１３００は、共振周波数に依存しない所定の固定された特性インピーダンスを
有する。すなわち、放射体および接地部の電気的な長さは、共振周波数に対して一定であ
る、典型的には、放射体１３０２および接地部１３０４の電気的な長さは、誘電体に対す
る共振周波数の１／２または１／４のいずれかである。あるいは、アンテナは、共振周波
数に依存しない所定のほぼ一定のゲインを有する。
図１３ｂは、図１３ａのモノポールアンテナの代替の局面を示す断面図である。示され
るように、誘電体１３０６は、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電
体層１３１０および固定された誘電率を有する誘電体１３１０に隣接する種々の誘電率を
有する強誘電体材料から形成された誘電体１３１２の内の少なくとも１つを含む。示され
たように、ＦＥ材料を有する誘電体１３１２は、固定された誘電率１３１０を有する誘電
体の上にある。典型的には、電圧は、所望された誘電率を生成するためにＦＥ誘電体層１
３１２に近接する導電体に印加される。「＋」および「−」の符号によって示された電圧
が供給され得る。いくつかの局面では、電気絶縁体（図示せず）が層１３１２と放射体１
３０２との間に挿入され得、ａｃ信号電圧からバイアス電圧を絶縁する。しかし、通常導
電体のシートは、アンテナ調整を妨害するＦＥ誘電体１３１２上にバイアス電圧を均一に
分布させることが必要とされる。従って、典型的にはｄｃ電圧は、放射体１３０２によっ
て導かれたａｃ信号上に重ね合わせられ、そして基準グランドが導電パネル１３１４に供
給される。アンテナのいくつかの局面では、バイアス電圧極性が反転される。他の局面で
は、放射体１３０２は、ｄｃバイアスを運ばず、その代わりに、２つのバイアス極性は、
パネル１３１４によって運ばれる。
図１３ｃは、複数の固定された誘電率層を有する図１３ａのモノポールアンテナ１３０
０の代替的な局面を示す図である。固定された誘電体を有する誘電体は、固定された誘電
率を有する誘電体１３１２の下にある第１の層１３１０ａ、および強誘電体材料を有する
誘電体１３１２の上にある第２の層１３１０ｂを形成する。２つの固定された誘電体層は
、必ずしも同じ誘電率または厚さを有する必要はない。さらに、３つ以上の固定された誘
電体層が使用され得る。あるいは、示されないが、複数のＦＥ層が固定された誘電体層近
接して形成されてもよいし、固定された誘電体およびＦＥ層の両方の複数の層が使用され
てもよい。異なるＦＥ材料から作製された複数のＦＥ誘電体層が異なる厚さを有してもよ
いし、あるいは他の場合では、同じ電圧に対して異なる誘電率を有してもよい。
図１３ｄは、ＦＥ材料の内部層を有する図１３ａのモノポールアンテナの代替的な局面
を示す図である。示されたように、強誘電体材料を有する誘電体１３１２は、固定された
誘電率を有する誘電体１３１０の内部に形成される。複数の内部領域が形成され得るが、
１つのみが示されることに留意すること。あるいは、示されないが、固定された誘電率を
有する誘電体１３１０は、ＦＥ誘電体１３１２の内部に形成される。内部領域が矩形形状
として示されるが、円形、円筒、および楕円形状等の他の形状が同様に実用的であること
に留意されるべきである。
図１３ｅおよび図１３ｆは、本発明のモノポールアンテナのいくつかの代替的な局面を
示す。
いくつかの局面では、強誘電体材料を有する誘電体１２１２がバリウムストロンチウム
チタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から形成される。しかし、代替のＦＥ
材料は、周知であり、等価に実行され得る。図１２ｂに戻ると、例えば、強誘電体材料を
有する誘電体１２１２は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さ１２１４を有する薄膜層で
形成され得る。あるいは、強誘電体材料を有する誘電体１１１２は、１．５〜１０００ミ
クロンの範囲の厚さを有する厚膜１２１４で形成される。いくつかの局面では、強誘電体
材料を有する誘電体は、０ボルトにおいて１００〜５０００の範囲の誘電率を有する。他
の局面では、固定された誘電率を有する第１の材料から形成された誘電体および強誘電体
材料から形成された誘電体は、０ボルトにおいて２〜１００の範囲の複合誘電率を有する
。
ＦＥ材料の誘電率は、キューリー温度（Ｔｃ）のドーピングおよび制御を介して操作さ
れ得る。いくつかの一般的なドーパント材料は、酸化物として導入された、タングステン
（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、およびマグネシウム（Ｍｇ）である。しかし、周期表の同じ
列の他の等価な元素もまた実用的であり得る。ＦＥ材料は、いずれかの方向における温度
の変化によって急速な誘電降下を有するＴｃにおいて最大誘電率を有する。しかし、典型
的にはＴｃより高い温度の誘電率のわずかな変化がある。従って、ＦＥ材料のＴｃは、典
型的には、誘電材料によって観測される動作温度未満であるように選択される。
誘電率１（空気）を用いて構成されたアンテナは、より高い誘電率材料を用いて構成さ
れたアンテナよりも小さい損失を有する。しかし、より高い誘電率材料は、しばしば、ア
ンテナの大きさ（有効波長）を低減する際に有用である。一般的に、アンテナ設計者は、
１００未満の誘電率を有する誘電材料を探求する。ＦＥ材料の誘電率は、可変性を犠牲に
してドーパントを加えることによって低減され得る（バイアスボルト当たりの誘電率の変
化は少ない）。Ｔｃとドーピングとの間の適切なトレードオフは、バイアス電圧のボルト
変化未満のＦＥ材料における２：１変化よりも大きい変化を実用的にし得る。
図１４は、単一帯域無線通信アンテナを周波数調整するための本発明の方法を示すフロ
ーチャートである。この方法は、明瞭にするために一連の番号が付けられたステップとし
て示されるが、順序は、明示的に記載されない限り、番号付けから推論されるべきではな
い。これらのいくつかのステップがスキップされ、並列で実行され、または配列の厳密な
順序を維持する要求なしで実行されることが理解されるべきである。本方法はステップ１
４００で開始する。ステップ１４０２は、単一の放射体を形成する。いくつかの局面では
、ステップ１４０４は、放射体に対する接地部を形成する。ステップ１４０６は、放射体
に近接する強誘電体材料を有する誘電体を形成する。ステップ１４０８は、電圧を強誘電
体材料に印加する。電圧の印加に応答して、ステップ１４１０は、誘電率を生成する。ス
テップ１４１２は、誘電率に応じて共振周波数で電磁場に伝達する。
本方法のいくつかの局面では、ステップ１４１４は、印加された電圧を変化させる。次
いで、ステップ１４１６は、印加された電圧の変化に応答して共振周波数を修正する。い
くつかの局面では、共振周波数を改変するステップは、印加された電圧に応答する種々の
動作周波数を有するアンテナを形成するステップを含む。
種々の動作周波数を有するアンテナを形成するステップは、共振周波数に依存しない所
定の固定された特性インピーダンスを有するアンテナを形成するステップを含む。他の局
面では、種々の動作周波数を有するアンテナを形成するステップは、共振周波数に依存し
ない所定のほぼ一定のゲインを有するアンテナを形成するステップを含む。
いくつかの局面では、ステップ１４０６において強誘電体材料を有する誘電体を形成す
るステップは、サブステップを含む。ステップ１４０６ａは、固定された誘電率を有する
第１の材料から誘電材料を有する誘電体を形成する。次いで、ステップ１４１６において
誘電率を変化させることに応答して強誘電体材料を修正するステップは、強誘電体材料の
誘電率を変化させることに応答して共振周波数を修正するステップを含む。
他の局面では、ステップ１４０６において強誘電体材料を有する誘電体を形成するステ
ップは、複数の誘電材料を有する誘電体を形成するステップを含み、その誘電材料の各々
は、固定された誘電率を有する材料から形成される。あるいは、ステップ１４０６は、複
数の強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップを含み、各強誘電体材料は、種々の
誘電率を有する。
一局面では、ステップ１４０６は、強誘電体材料を有する誘電体に隣接する固定された
誘電率を有する誘電体を形成するステップを含む。本方法の一局面では、ステップ１４０
６ａは、放射体に隣接する固定された誘電率を有する誘電体を形成するステップを含む、
さらに、ステップ１４０６ｂは、放射体に隣接する強誘電体材料を有する誘電体を形成す
るステップを含む。
別の局面では、ステップ１４０６ａにおいて固定された誘電率を有する誘電体を形成す
るステップは、フォーム、空気、ＦＲ４、アルミナ、およびＴＭＭを含む群から選択され
た材料から誘電体を形成するステップを含む。ステップ１４０６ｂは、バリウムストロン
チウムチタネートＢａｘＳｒ１−ｘＴｉＯ３（ＢＳＴＯ）から強誘電体材料を有する誘電
体を形成するステップを含む。
いくつかの局面では、ステップ１４０６は、強誘電体材料を有する誘電体を形成するス
テップを含むステップ１４０６は、０．１５〜２ミクロンの範囲の厚さを有する薄膜層に
強誘電体材料を形成するステップを含む。あるいは、１．５〜１０００ミクロンの範囲の
厚さを有する厚膜が形成され得る。いくつかの局面では、ステップ１４０６は、０ボルト
において１００〜５０００の間の範囲の誘電率を有する誘電体を形成するステップを含む
。他の局面では、強誘電体材料を有する誘電体を形成するステップは、０ボルトにおいて
２〜１００の間の範囲において複合誘電率を有するＦＥ誘電体層（ステップ１４０６ｂ）
および固定された一定の誘電体層（ステップ１４０６ａ）を形成するステップを含む。
いくつかの局面では、ステップ１４１２では、共振周波数で電磁場に伝達するステップ
は、８２４および８９４ＭＨｚ、ならびに１８５０および１９９０ＭＨｚ等の共振周波数
で伝達するステップを含む。
いくつかの局面では、ステップ１４１０では、強誘電体材料に電圧を印加することは、
０〜３．３ボルトの範囲の相対的なｄｃ電圧を印加することを含む。
図１５は、図１４に示された方法の代替的な局面を示すフローチャートである。本方法
は、ステップ１５００で開始する。ステップ１５０２は、強誘電体材料を有する誘電体に
近接する単一の放射体を提供する。ステップ１５０４は、電圧を強誘電体材料に印加する
。印加している電圧に応答して、ステップ１５０６は、強誘電体材料の誘電率を変化させ
る。強誘電体材料の誘電率を変化させることに応答して、ステップ１５０８は、放射体の
共振周波数を修正する。
ＦＥ誘電体材料を用いて製造されたアンテナの群が提供されてきた。２〜３のアンテナ
スタイルが基礎的な概念を説明するために与えられてきた。しかし、本発明は、単にこれ
らのアンテナ設計に限定されない。実際には、本発明のＦＥ誘電体材料は、誘電体を用い
て任意のアンテナに適用可能であるが、再度本発明がこれらの例に限定されないだけであ
る。本発明の他の改変および実施形態が当業者に想起される。
図１ａは、選択可能な動作周波数を有する本発明のパッチアンテナの図である。 図１ｂは、選択可能な動作周波数を有する本発明のパッチアンテナの図である。 図１ｃは、選択可能な動作周波数を有する本発明のパッチアンテナの図である。 図２は、図１ａのパッチアンテナの代替の局面を示す断面図である。 図３は、図１ａのパッチアンテナの代替の局面を複数の固定された誘電率の層と共に示す断面図である。 図４は、図１ａのパッチアンテナの代替の局面をＦＥ材料の内部層と共に示す断面図である。 図５ａは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図５ｂは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図５ｃは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図５ｄは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図６ａは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図６ｂは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図６ｃは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図６ｄは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ａは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ｂは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ｃは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ｄは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ｅは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図７ｆは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図８ａは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図８ｂは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図８ｃは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図８ｄは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図９ａは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図９ｂは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図９ｃは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図９ｄは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図９ｅは、本発明のスロットアンテナの群を示す。 図１０ａは、本発明の開口端導波管アンテナの図である。 図１０ｂは、本発明の開口端導波管アンテナの図である。 図１０ｃは、本発明の開口端導波管アンテナの図である。 図１０ｄは、本発明の開口端導波管アンテナの図である。 図１１ａは、選択可能な動作周波数を有する本発明のホーンアンテナの図である。 図１１ｂは、選択可能な動作周波数を有する本発明のホーンアンテナの図である。 図１１ｃは、選択可能な動作周波数を有する本発明のホーンアンテナの図である。 図１１ｄは、選択可能な動作周波数を有する本発明のホーンアンテナの図である。 図１１ｅは、選択可能な動作周波数を有する本発明のホーンアンテナの図である。 図１２ａは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１２ｂは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１２ｃは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１２ｄは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１２ｅは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１２ｆは、選択可能な動作周波数を有する本発明のモノポールアンテナの図である。 図１３ａは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１３ｂは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１３ｃは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１３ｄは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１３ｅは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１３ｆは、選択可能な動作周波数を有する本発明のダイポールアンテナの図である。 図１４は、単一帯域無線周波数アンテナを周波数調整するための本発明の方法を示すフローチャートである。 図１５は、図１４に示された方法の代替の局面を示すフローチャートである。

Claims (1)

  1. 単一帯域の無線通信アンテナを周波数チューニングする方法であって、該アンテナは、単一の放射体と接地部とを有し、
    該方法は、
    可変の誘電率を有する強誘電体材料に電圧を印加することであって、該強誘電体材料は、該単一の放射体と該接地部との間に位置しており、該強誘電体材料は、固定された誘電率を有する誘電体によって囲まれており、該強誘電体材料に電圧を印加することは、該アンテナを共振周波数にチューニングするための誘電率を生成する、ことと、
    該共振周波数で電磁場を伝達することと
    を包含する、方法。
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