誘電体共振器アンテナ

誘電体共振器アンテナ（DRA）は、主にマイクロ波以上の周波数で使用される無線アンテナであり、様々な形状のセラミック材料のブロック（誘電体共振器）が金属面（グランドプレーン）上に取り付けられています。電波は送信回路から共振器材料の内部に導入され、共振器の壁の間を往復して反射し、定在波を形成します。共振器の壁は電波に対して部分的に透明であるため、無線電力は宇宙に放射されます。[ 1 ]

誘電体共振器アンテナの利点は、高周波で損失が大きくエネルギーを散逸する金属部品がないことである。そのため、これらのアンテナは、マイクロ波およびミリ波の高周波において、金属アンテナよりも損失が少なく、効率が高い。[ 1 ] 誘電体導波管アンテナは、一部の小型携帯無線機器や軍用ミリ波レーダー装置に使用されている。このアンテナは、1939年にロバート・リヒトマイヤーによって初めて提案された。[ 2 ] 1982年に、ロングらは、誘電体表面の磁性導体モデルを仮定した漏洩導波管モデルを考慮した誘電体共振器アンテナの最初の設計とテストを行った。[ 3 ]その最初の調査で、ロングらは、円筒形のセラミックブロックでブロードサイドを放射するHEM11dモードを調査した。30年後、同一のブロードサイドパターンを持つさらに別のモード（HEM12d ）が2012年にグハによって導入された。[ 4 ]

アンテナのような効果は、容量性素子からインダクタのように動作するグランドプレーンへの電子の周期的な振動によって実現されます。著者らはさらに、誘電体アンテナの動作はマルコーニが考案したアンテナに類似しており、唯一の違いは誘導性素子が誘電体に置き換えられていることであると主張しました。[ 5 ]

特徴

誘電体共振器アンテナは次のような魅力的な機能を備えています。

  • DRAの寸法は のオーダーです。ここでは自由空間波長、は共振器材料の誘電率です。したがって、 ( )の値を大きくすることで、DRAのサイズを大幅に縮小できます。λ0εr{\displaystyle {\frac {\lambda _{0}}{\sqrt {\epsilon _{r}}}}}λ0{\displaystyle \lambda_{0}}εr{\displaystyle \varepsilon _{r}}εr{\displaystyle \varepsilon _{r}}εr≈10−100{\displaystyle \varepsilon _{r}\approx 10-100}
  • 誘電体共振器には固有の導体損失がありません。そのため、アンテナの放射効率が高くなります。この特性は、金属製アンテナでは損失が大きくなる可能性があるミリ波（mm）アンテナにとって特に魅力的です。
  • DRAは、マイクロ波およびミリ波周波数で使用されるほぼすべての伝送線路とシンプルな結合方式を提供します。そのため、様々な平面技術への統合に適しています。DRAと平面伝送線路間の結合は、伝送線路に対するDRAの位置を変えることで容易に制御できます。したがって、DRAの性能は実験的に容易に最適化できます。
  • DRAの動作帯域幅は、共振器パラメータを適切に選択することで広範囲に変化させることができます。例えば、DRAの低次モードの帯域幅は、材料の誘電率を適切に選択したり、DRA素子の形状を戦略的に設計したりすることで、わずか数パーセントから約20%以上まで容易に変化させることができます。
  • 同一に放射する複数のモードの利用についても、既に成功裏に解決されている。その一例は、誘電体リング共振器と電気モノポールのハイブリッドな組み合わせであり、これはラピエールによって最初に研究された。[ 6 ]環状の誘電体リング共振器内の複数の同一モノポール型モードは、グハによって理論的に解析され、従来の電気モノポールによるモードとの独特な組み合わせがUWBアンテナに繋がることを示した。[ 7 ]
  • DRAの各モードは、それぞれ固有の内部磁場分布とそれに関連する外部磁場分布を持ちます。したがって、DRAの異なるモードを励起することで、異なる放射特性を得ることができます。
  • 異なる放射モードは、より広い帯域幅という特別な特徴を持つ複合形状を使用して、同一の放射パターンを生成するためにも採用されている。[ 8 ] [ 9 ]

参照

参考文献

注記

  1. ^ a b Huang, Kao-Cheng; David J. Edwards (2008).ギガビット無線通信のためのミリ波アンテナ：システムコンテキストにおける設計と解析の実践ガイド. 米国: John Wiley & Sons. pp.  115– 121. ISBN 978-0-470-51598-3。
  2. ^リヒトマイヤー、ロバート（1939）、「誘電体共振器」、応用物理学ジャーナル、10（6）：391– 398、Bibcode：1939JAP....10..391R、doi：10.1063 / 1.1707320
  3. ^ Long, S.; McAllister, M.; Shen, L. (1983)、「共鳴円筒形誘電体共振器アンテナ」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、31 : 406– 412、doi : 10.1109/tap.1983.1143080
  4. ^ Guha, D.; et, al. (2012)、「円筒形誘電体共振器アンテナからの高利得ブロードサイド放射の高次モード」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、60 : 71– 77、doi : 10.1109/TAP.2011.2167922、S2CID 26577173 
  5. ^ 「新理論がチップ上のギガヘルツアンテナにつながる」 。 2015年4月19日閲覧。
  6. ^ Lapierre, M.; et, al. (2005)、「超広帯域モノポール/誘電体共振器アンテナ」、IEEE Microwave and Wireless Components Letters、15 : 7–9、doi : 10.1109/LMWC.2004.840952、S2CID 2008943 
  7. ^ Guha, D.; et, al. (2006)、「超広帯域モノポール誘電体共振器アンテナの改良設計ガイドライン」、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters、5 (1): 373– 376、Bibcode : 2006IAWPL...5..373G、doi : 10.1109/LAWP.2006.881922、S2CID 32617108 
  8. ^ Guha, D.; Antar, Y. (2006)、「広帯域モノポール状放射のための4素子円筒誘電体共振器アンテナ」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、54 (9): 2657– 2662、Bibcode : 2006ITAP...54.2657G、doi : 10.1109/TAP.2006.880766、S2CID 31923813 
  9. ^ Guha, D.; Antar, Y. (2006)、「広帯域モノポール型放射のための新しい半球形誘電体共振器アンテナ」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、54 (12): 3621– 3628、Bibcode : 2006ITAP...54.3621G、doi : 10.1109/TAP.2006.886547、S2CID 36512471 
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