誘電体共振器アンテナ

誘電体共振器アンテナ（DRA）は、主にマイクロ波周波数以上で使用される無線アンテナであり、金属表面（グランドプレーン）上に取り付けられたさまざまな形状のセラミック材料のブロック（誘電体共振器）で構成されています。電波は送信回路から共振器材料の内部に導入され、共振器の壁の間を前後に跳ね返り、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り、無線電力が空間に放射できるようにします。^[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なり、エネルギーを散逸する金属部品がないことです。そのため、これらのアンテナは、マイクロ波やミリ波の高周波で金属アンテナよりも損失が少なく、効率的です。^[1] 誘電体導波管アンテナは、いくつかの小型ポータブル無線デバイスや軍用ミリ波レーダー装置で使用されています。このアンテナは、1939 年に Robert Richtmyer によって初めて提案されました。^[2] 1982 年に Long らは、誘電体表面の磁気導体モデルを仮定した漏洩導波管モデルを考慮して、誘電体共振器アンテナの最初の設計とテストを行いました。^[3]その最初の調査で、Long 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モードを調査しました。30 年経った2012 年にGuhaによって、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 ) が導入されました。^[4]

アンテナのような効果は、インダクタのように動作するグランドプレーンへの容量性要素から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似ていると主張しましたが、唯一の違いは誘導要素が誘電体に置き換えられていることです。^[5]

特徴

誘電体共振器アンテナには、次のような魅力的な機能があります。

DRA の寸法はのオーダーです。ここでは自由空間の波長、は共振器材料の誘電率です。したがって、 ( )の値を高く選択することで、DRA のサイズを大幅に縮小できます。 ${\frac {\lambda _{0}}{\sqrt {\varepsilon _{r}}}}$ $\lambda_{0}$ $\varepsilon _{r}$ $\varepsilon _{r}$ $\varepsilon _{r}\approx 10-100$
誘電体共振器には固有の導体損失がありません。これにより、アンテナの放射効率が高くなります。この特徴は、金属で作られたアンテナでは損失が高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に簡単な結合方式を提供します。このため、DRA はさまざま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簡単に制御できます。したがって、DRA のパフォーマンスは実験的に簡単に最適化できます。
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、広範囲にわたって変化させることができます。たとえば、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 要素を戦略的に形成したりすることで、わずか 1 パーセントから約 20 パーセント以上に簡単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使用も、うまく対処されている。そのような例の1つは、ラピエールが最初に研究した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る。^[6]環状の誘電体リング共振器内の複数の同一のモノポール型モードは、グハによって理論的に分析され、UWBアンテナをもたらす従来の電気モノポールによるものとの独自の組み合わせが示された。^[7]
DRA の各モードには、固有の内部フィールド分布と関連する外部フィールド分布があります。したがって、DRA の異なるモードを励起することで、異なる放射特性が得られます。
異なる放射モードも、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採用されている。^[8]^[9]

参照

参考文献

RK Mongia、P. Bhartia ( 1994)。「誘電体共振器アンテナ - 共振周波数と帯域幅に関するレビューと一般的な設計関係」International Journal of Microwave and Millimeter-Wave Computer-Aided Engineering。4 (3): 230–247。doi : 10.1002 /mmce.4570040304。S2CID 108525483。2012-12-16 にオリジナルからアーカイブ。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です
Antenova Antenova 情報。

外部リンク

円形テーパー型誘電体導波管アンテナからの放射のアニメーション (YouTube 上)

注記

^ ab Huang, Kao-Cheng; David J. Edwards (2008). ギガビット無線通信用ミリ波アンテナ: システムコンテキストにおける設計と分析の実践ガイド。米国: John Wiley & Sons。pp. 115–121。ISBN 978-0-470-51598-3。
^ 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
^ 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
^ 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
^ 「新しい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。
^ 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
^ 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
^ Guha, D.; Antar, Y. (2006)、「広帯域モノポール状放射のための 4 要素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
^ 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

[Huang-1] Huang, Kao-Cheng; David J. Edwards (2008). ギガビット無線通信用ミリ波アンテナ: システムコンテキストにおける設計と分析の実践ガイド。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] 「新しい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 要素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