DE60123955T2 - Wellenleiterübergang zur modenwandlung für eine quasi-optische matrix - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft quasioptische Gitteranordnungen, wie z.B. periodische Gitteranordnungen, und insbesondere Methoden zum Adaptieren eines Wellenleiters an eine quasioptische Gitteranordnung.
  • 1. Beschreibung der verwandten Technik
  • Breitbandkommunikationen, Radar- und andere Bilderzeugungssysteme erfordern die Übertragung von Funkfrequenz-(„RF")-Signalen in den Mikrowellen- und Millimeterwellenbändern. Um die für viele Anwendungen bei diesen hohen Frequenzen benötigten Ausgangssendeleistungen effizient zu erzielen, wird eine mit „Power Combining" (Leistungskombinieren) bezeichnete Technik angewandt, bei der die Ausgangsleistungen einzelner Komponenten gekoppelt oder kombiniert werden, um eine einzige Ausgangsleistung zu erzeugen, die höher ist als die, die eine einzige Komponente liefern kann. Leistungskombination erfolgt herkömmlicherweise mittels Wellenleiterresonanzhohlräumen und Übertragungsleitungsspeisenetzen. Diese Ansätze haben jedoch eine Reihe von Nachteilen, die bei höheren Frequenzen besonders ausgeprägt sind. Erstens neigen Leitungsverluste in den Wellenleiterwänden oder Übertragungsleitungen dazu, mit der Frequenz zuzunehmen und irgendwann die Kombinationseffizienz zu begrenzen. Zweitens lassen sich diese Wellenleiterresonanzhohlräume oder Übertragungsleitungskombinatoren mit abnehmender Wellenlänge immer schwerer bearbeiten. Drittens muss bei Wellenleitersystemen jedes Bauelement häufig manuell eingeführt und abgestimmt werden. Dies ist arbeitsaufwändig und nur für relativ wenige Vorrichtungen praktikabel.
  • Vor mehreren Jahren wurde als potentielle Lösung für diese Probleme räumliche Leistungskombination mit „Quasioptik" vorgeschlagen. Die Theorie war, dass eine Anordnung von in einem Resonator platzierten Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Festkörperquellen auf dieselbe Frequenz und Phase synchronisiert werden könnten und ihre Ausgänge sich im freien Raum vereinigen würden, um Leitungsverluste minimal zu halten. Ferner könnte eine planare Anordnung monolithisch und mit kürzeren Wellenlängen hergestellt werden, so dass potentiell tausende von Bauelementen auf einem einzelnen Wafer integriert werden könnten.
  • Seitdem wurden zahlreiche quasioptische Bauelemente entwickelt, einschließlich Detektoren, Vervielfachern, Mischern und Phasenschiebern. Diese passiven Bauelemente sind weiterhin Gegenstand laufender Forschungsarbeiten. Im Laufe der letzten Jahre sind jedoch aktive quasioptische Bauelemente entstanden, nämlich Oszillatoren und Verstärker. Ein Vorteil der räumlichen Leistungskombination (gegenüber anderen Methoden) mittels Quasioptik ist, dass die Ausgangsleistung linear mit der Chipfläche zunimmt. So hat der Bereich der aktiven Quasioptik in kurzer Zeit erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen und das Wachstum in diesem Bereich war explosiv.
  • Man nimmt an, dass der erste quasioptische Gitteranordnungsverstärker ein Gitter war, das von M. Kim et al. im California Institute of Technology entwickelt wurde. Dieses Gitter arbeitete mit 25 MESFET-Differentialpaaren, die eine Verstärkung von 11 dB bei 3 GHz demonstrierten. Wie in 1 gezeigt, ist ein typischer Gitterverstärker 10 eine Anordnung von dicht beabstandeten Differentialpaaren von Transistoren 14 auf einem aktiven Gitter 12, das sandwichartig zwischen einem Ein- und einem Ausgangspolarisierer 18, 24 eingeschlossen ist. Ein Eingangssignal 16 passiert den horizontal polarisierten Eingangspolarisator 18 und erzeugt einen von links einfallenden Eingangsstrahl, der RF-Ströme auf den horizontal polarisierten Eingangsantennen 20 des Gitters 12 erregt. Diese Ströme steuern die Eingänge des Transistorpaares 14 in der Differentialmode an. Die Ausgangsströme werden entlang den vertikal polarisierten Antennen 22 des Gitters umgeleitet, so dass ein vertikal polarisierter Ausgangsstrahl 30 über einen Ausgangspolarisator 24 nach rechts entsteht.
  • Die Querpolarisierung von Eingang und Ausgang ergibt zwei wichtige Vorteile. Erstens, sie bietet eine gute Ein-/Ausgangsisolierung und reduziert das Potential für störende Feedback-Oszillationen. Zweitens, die Ein- und Ausgangsschaltungen des Verstärkers können unabhängig mit Metallstreifenpolarisatoren abgestimmt werden, die auch den Strahl auf die Vorwärtsrichtung beschränken. Seitdem wurden zahlreiche Gitterverstärker entwickelt und haben sich bisher für militärische sowie kommerzielle RF-Anwendungen und besonders für hochfrequente Breitbandsysteme als vielversprechend erwiesen, die erhebliche Ausgangsleistungspegel (z.B. > 5 Watt) in einem kleinen, vorzugsweise monolithischen Gehäuse erfordern. Darüber hinaus kann ein Resonator zum Erzeugen von Feedback zum Koppeln der aktiven Bauelemente zur Bildung eines Hochleistungsoszillators verwendet werden.
  • Gitterverstärker können als Bauelemente mit quasiebenem Welleneingang und quasiebenem Wellenausgang (Freiraum) gekennzeichnet werden. Gitteroszillatoren sind im Wesentlichen Bauelemente mit quasiebenem Wellenausgang. Die meisten Mikrowellen- und Millimeterwellensysteme transportieren Signale jedoch durch elektrische Wellenleiter, bei denen es sich um Bauelemente handelt, die interne Wellenleitungshohlräume haben, die durch wellenbegrenzende, gewöhnlich metallische Wände begrenzt werden. Folglich wird in den meisten Fällen eine Schnittstelle zwischen den beiden Umgebungen benötigt. Diese Schnittstelle ist unabhängig davon notwendig, ob das elektrische Feldsignal von einem Wellenleiter für eine effektive Applikation auf die Gitteranordnung ausgegeben wird oder das Freiraum-Ausgangssignal einer Gitteranordnung in einem Wellenleiter gesammelt werden soll.
  • Die Bereitstellung einer solchen Schnittstelle ist aus mehreren Gründen keine triviale Sache. Erstens, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Wellenleiter übertragen Signale herkömmlicherweise in der einzelnen TE-(Transverse Electric)-Mode, die auch als Fundamental- oder TE10-Mode bekannt ist, und sperren Signalkomponenten einer Mode höherer Ordnung. Diese herkömmlichen Wellenleiter haben eine standardmäßige, konstante Größe und rechteckige Form. Der Eingangsebenenbereich jeder typischen Gitteranordnung, auf die das Eingangssignal fällt, kann jedoch viel größer sein als die Fläche der standardmäßigen rechteckigen Wellenleiterapertur. Ferner variieren, wie bemerkt, N × N Einheitszellen umfassende Gitteranordnungsbaugruppen, die durch ein Dielektrikum begrenzt werden (siehe 2), größenmäßig je nach Zellenzahl und Größe des Dielektrikums. Somit passt ein standardmäßiger Wellenleiter nicht direkt auf eine Gitteranordnungsstruktur.
  • Ferner bietet der in der TE10-Mode arbeitende standardmäßige rechteckige Einmodenwellenleiter eine elektrische Feldverteilung, die in der Amplitude sinusförmig über die Apertur variiert. Ein effizienter Betrieb von Gitterverstärkern erfordert jedoch einen Erregungsstrahl, der eine relativ gleichförmige Phasen- und Größenverteilung über die Fläche des Verstärkers hat.
  • Mehrere Gruppen haben versucht, Wellenleiter zu entwerfen, die mit quasioptischen aktiven Bauelementen verbunden werden können, hatten aber nur begrenzten Erfolg. So veröffentlichten beispielsweise Yang et al. kürzlich einen Artikel mit dem Titel „A Novel TEM Waveguide Using Unipolar Compact Photonic-Bandgap", IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech, Bd. 48, Nr. 2, S. 2092–2098, Nov. 1999. Ferner veröffentlichten Ali et al. einen Artikel mit dem Titel „Analysis and Measurement of Hard-Horn Feeds for the Excitation of Quasi-Optic Amplifiers," IEEE Trans. on Microwave Theory and Tech., Bd. 47, Nr. 4, S. 479–487, April 1999. Leider können diese vorgeschlagenen Techniken die oben erwähnten Probleme nicht ausreichend lösen. So sind z.B. die von Yang et al. beschriebenen photonischen Bandabstandsstrukturen sehr schwierig und teuer in der Herstellung und machen diese Technik unerwünscht. Ferner ergibt der „Hard-Horn"-Ansatz von Ali et al. eine relativ große und sperrige Konstruktion, die für die meisten kommerziellen Anwendungen unpraktisch ist.
  • Die US 4,757,326 offenbart eine Box-Horn-Antenne mit linearisierter Aperturverteilung zu Polarisationen. Ein Horn mit einer Reihe von Flügeln wird zum Erzeugen einer Stufe in der H-Ebene benutzt, die einen Teil der einfallenden TE1,0-Modenenergie in TE3,0-Modenenergie umwandelt. Das Horn dient zum Erzeugen einer Feldantenne und beruht darauf, dass die Flügel eine abrupte Stufe in der E-Ebene verhindern.
  • Die US 2,617,937 offenbart auch eine aufgeweitete Wellenleiter-Hornantenne, die TE1,0-Modenenergie in TE3,0-Energie mit Hilfe eines Horns umwandelt, das entweder in der E-Ebene oder der H-Ebene aufgeweitet ist.
  • Ali et al. (IEEE US,3,1998, S. 1469–1472) offenbaren eine Doppelschicht-Verstärkeranordnung (eine quasioptische Gitteranordnung), die sich zwischen einer Hard-Horn-Speiseantenne und einer Hard-Horn-Sammelantenne befindet.
  • Somit besteht definitiver Bedarf an einer einfachen und rentablen Schnittstelle oder einem solchen Adapter, die/der auf effiziente Weise einen Wellenleiter, der Signale in der Fundamentalmode propagiert, mit einer Gitteranordnungsstruktur mit einer gewünschten Feldverteilung koppelt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ist in den Hauptansprüchen definiert, auf die nunmehr Bezug genommen werden sollte.
  • Die vorliegende Erfindung, die diesen Bedarf deckt, liegt in einem Adapter zum Koppeln einer quasioptischen Gitteranordnung mit einem rechteckigen Wellenleiter gemäß Hauptanspruch 1.
  • Die Erfindung liegt auch in einem entsprechenden Verfahren gemäß Hauptanspruch 9.
  • Spezielle Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine auseinander gezogene Darstellung einer konventionellen quasioptischen Gitteranordnung, bei der eine der Differentialpaareinheitszellen in der Anordnung vergrößert ist;
  • 2 ist eine Perspektivansicht eines Wellenleiteradapters der vorliegenden Erfindung, der mit einem rechteckigen Wellenleiter in einer Position, in der er an ein Ende davon gefügt werden soll, und einer aktiven quasioptischen Gitteranordnungsbaugruppe in einer Position dargestellt ist, in der sie an das andere Ende des Adapters gefügt werden soll; und
  • 3 ist eine perspektivische, aufgeschnittene Illustration des Adapters der vorliegenden Erfindung, die mit einer Stufe in der E-Ebene und einer Stufe in der H-Ebene dargestellt ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
  • Die hier offenbarte Erfindung ist ein Adapter oder Übergang zwischen der Wellenleiterumgebung und der quasiebenen Wellen-(Quasi-TEM-Mode)-Umgebung, in der die Gitteranordnungskomponenten arbeiten. Ein effizienter Betrieb von Gitterverstärkern benötigt einen Erregungsstrahl mit gleichförmiger Phase und Größe über den Bereich des Verstärkers. Ein effizienter Betrieb verlangt auch, dass die Ausgangsfeldverteilung der Gitteranordnung (gewöhnlich im Wesentlichen gleichförmig im Hinblick auf Amplitude und Phase, obwohl auch alternative Verteilungen möglich sind) stark mit der Fundamentalmode einer Wellenleiterstruktur gekoppelt wird, wenn der Ausgang der Gitteranordnung nicht in den freien Raum abgestrahlt, sondern erneut in eine geführte Wellenumgebung geleitet werden soll.
  • Wie bemerkt, ergibt ein in der TE10-Mode arbeitender rechteckiger Einmodenwellenleiter eine elektrische Feldverteilung, die im Hinblick auf die Amplitude über ihre Apertur sinusförmig variiert. Der hierin offenbarte Wellenleiteradapter koppelt diese TE10-Fundamentalmode in einem standardmäßigen Wellenleiter mit Moden höherer Ordnung in einem überdimensionierten Leiter mit gewünschten Amplituden- und Phasenbeziehungen, um eine effiziente Erregung der Gitteranordnung zu erzielen, wenn sie als Eingangsspeisung verwendet wird. Im umgekehrten Betrieb dient der Adapter, wenn er als Ausgangswellenleiterübergang verwendet wird, als effizienter Ausgangsleistungskollektor.
  • 2 ist eine Perspektivansicht einer Ausgestaltung des Wellenleiteradapters 100 der vorliegenden Erfindung, der mit einem konventionellen rechteckigen Wellenleiter 300 an einem Ende und einer Gitteranordnungsbaugruppe 200, die eine mit einer dielektrischen Schicht 208 assoziierte aktive quasioptische Gitteranordnung 202 umfasst, am anderen Ende dargestellt ist, beide in einer Position zur Montage am Adapter. 3 ist eine perspektivische aufgeschnittene Illustration eines typischen Adapters 100 der vorliegenden Erfindung wie dem in 2 gezeigten. Das erste Ende 110 des Adapters der vorliegenden Erfindung definiert eine erste Apertur 120, die so ausgelegt ist, dass sie zu einer Apertur 320 an einem Ende 310 eines typischen rechteckigen Wellenleiters 300 passt, der Signale in der TE-Einzelmode propagiert. Die Stufen 102, 104, 106 und 108 in der horizontalen und der vertikalen Ebene expandieren die interne Größe der Leiterstruktur 100 von der standardmäßigen Fundamentaleinmoden-Wellenleitergröße an der ersten Apertur 120 auf die überdimensionerte Leiterapertur, die vom zweiten Ende 130 des Adapters definiert wird und gleich oder größer als die Größe der aktiven Anordnung 202 ist. Diese Schritte definieren die leitenden Wände 122, 124, 126, innerhalb derer das EM-Signal propagiert. Wie ersichtlich ist, vergrößern die Stufen 102 und 104 den Leiter (vom Wellenleiter aus gesehen) in der Richtung parallel zum elektrischen Feld im Standardleiter und werden somit als „E-Ebenen"-Stufen bezeichnet. Die Stufen 106 und 108 sind lotrecht zum elektrischen Feld und der Längsausbreitungsrichtung und werden somit als „H-Ebenen"-Stufen bezeichnet. Jede Stufe erzeugt eine räumliche Diskontinuität in dem Hohlraum, die eine relativ abrupte Änderung des Querschnitts des Hohlraums und wie oben definiert ist. Die Stufe braucht jedoch nicht mit einer „scharfen" Ecke ausgearbeitet zu werden. Als Faustregel gilt, die Stufe sollte eine Querschnittsänderung erzeugen, die über weniger als ein Viertel einer Strahlungswellenlänge verläuft und je nach der speziellen Anwendung unterschiedlich sein kann. Zudem regeln Anzahl, Platzierung und Größe der Stufen die Amplituden- und Phasenverteilung an der Ebene der Gitteranordnung oder am zweitem Ende 130 und können nach Bedarf justiert werden.
  • Zusätzlich zu der Begrenzungsstruktur, oder den Wänden, des Adapters können eine oder mehrere dielektrische Platten 208 verwendet werden, um eine Impedanzabstimmung zwischen den im überdimensionierten Leiter erregten Moden und der aktiven Anordnung zu erzielen. In der in 2 gezeigten Ausgestaltung unterstützt eine Fläche einer Dielektrikumplatte die Gitteranordnung 202 und die gesamte Dielektrumbaugruppe der Gitteranordnung kann im zweiten Ende 130 des Adapters 100 montiert und davon aufgenommen werden. Die Zahl der Ausbreitungsmoden innerhalb des dielektrisch geladenen Teils des Leiters ist größer als im luftgefüllten Teil.
  • Die Stufen erregen Moden höherer Ordnung in der Leitungsstruktur des Adapters 100. Diese Moden können entweder propagierend oder abklingend sein. Größe und Phase dieser Erregungen in Bezug auf die Fundamentalmode werden anhand der lateralen Größe und der Längsposition der Stufen bestimmt. Durch Regeln von Größe und Phase dieser Erregungen wird eine Umwandlung zwischen der standardmäßigen Wellenleiterfundamentalmode an der Apertur 120 und einer Annäherung an eine gewünschte Feldverteilung (z.B. gleichförmige Amplitude und Phase) in der Ebene der aktiven Anordnung 130 erzielt. Die Zahl der unabhängig steuerbaren Moden höherer Ordnung wird durch die Zahl der Stufen bestimmt, die für die Expansion vom Standardleiter auf den überdimensionierten Leiter benutzt werden. Eine größere Zahl kleinerer Stufen kann größere Flexibilität bei der Maßschneiderung der Form der Feldverteilung in der Ebene der aktiven Anordnung bieten.
  • Ferner sind im montierten Zustand die Abstände w, x, y und z von den Rändern 222, 224, 226, 228 der aktiven Anordnung zu den Rändern des zweiten Endes 130 des Adapters 100, in diesem Fall die Wände 126, 127, 128 und 129, ebenso bei der Ermittlung der Feldverteilung wichtig und stellen einen zusätzlichen Designparameter zum Verbessern der Verteilung dar.
  • Eine erste Annäherung an das Stufendesign kann mit einer räumlichen Fourier-Serienexpansion in den Moden erzielt werden, die zum Propagieren im überdimensionierten Leiter verfügbar sind. Größe und Phase der Expansionskoeffizienten hängen von Größe und Längsplatzierung der Stufen ab.
  • Wie erwähnt, ist 2 eine besondere Illustration eines Adapters, der als Eingangsspeisung zu einem Gitterverstärker konfiguriert ist. Das heißt, dieser Adapter führt ein Signal von einem Wellenleiter zu einer Gitteranordnung wie z.B. einem Gitterverstärker und bildet mit dem Verstärker einen Freiraumausgang. Es ist jedoch zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen im umgekehrten Modus betrieben werden kann. Das heißt, der Adapter der vorliegenden Erfindung kann als effizienter Ausgangswellenleiterkollektor oder „Modenkontraktor" dienen. In dieser Ausgestaltung strahlt die Gitteranordnung im freien Raum ein Mehrmoden-Ausgangsleistungssignal in den überdimensionierten Adapter 100, der dieses Freiraumsignal sammelt und das Signal über die Stufen des Adapters, die seinen internen Hohlraum zusammenziehen, auf ein Einmoden-TEM-Signal reduziert, zur Eingabe in einen standardmäßigen TEM-Wellenleiter.
  • Es ist zu verstehen, dass die Wände der internen Wellenbegrenzungsstruktur gewöhnlich elektrisch leitend sind, aber alternativ auch nichtleitend sein können.
  • Nachdem beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben wurden, wird offensichtlich sein, dass der Fachperson weitere Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen einfallen werden.

Claims (15)

  1. Adapter zum Koppeln einer quasioptischen Gitteranordnung (202) mit einem rechteckigen Wellenleiter (300), der einen internen Hohlraum aufweist, der durch eine wellenbegrenzende Vorrichtung definiert wird und eine in Längsrichtung laufende Welle leitet, wobei der Adapter (100) zwischen der Fundamentalmode des Wellenleiters und einer gewünschten elektromagnetischen Feldverteilung in der Ebene der Anordnung (202) umsetzt und Folgendes umfasst: (a) ein erstes Ende (110), das so gestaltet ist, dass es im Wesentlichen in den rechteckigen Wellenleiter (300) passt und eine erste rechteckige Apertur (120) definiert, die im Wesentlichen mit der Größe des Wellenleiterhohlraums übereinstimmt, um eine in einer einzelnen Polarisierungsrichtung polarisierte elektromagnetische Welle zu empfangen und zu richten; und (b) ein zweites Ende (130), das eine zweite rechteckige Apertur definiert, die größer ist als die erste rechteckige Apertur (120), die elektromagnetisch mit der ersten rechteckigen Apertur gekoppelt ist; und (c) ein Mittel, das zwischen dem ersten Ende (110) und dem zweiten Ende (130) angeordnet ist und einen Wellenleitungshohlraum zum Leiten einer in der Längsrichtung der Signalausbreitung laufenden Welle definiert, wobei das Mittel eine erste Stufe (102) aufweist, die in dem Wellenleitungshohlraum in einer vorbestimmten Distanz von der ersten Apertur (120) konfiguriert ist und eine räumliche Diskontinuität in der einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle erzeugt, die am ersten Ende (110) empfangen wird; wobei die genannte Stufe (102) eine vorbestimmte Größe und Distanz von der Ebene der quasioptischen Gitteranordnung (202) hat, um eine gewünschte elektrische magnetische Feldverteilung an der quasioptischen Gitteranordnung (202) zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Mittel ferner eine zweite Stufe (106) in dem Wellenleitungshohlraum aufweist, die sich zwischen der ersten Stufe (102) und dem zweiten Ende (130) befindet und eine zweite räumliche Diskontinuität in einer Richtung lotrecht zur einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle und der Längsrichtung der Wellenausbreitung erzeugt.
  2. Adapter (100) nach Anspruch 1, der ferner wenigstens eine zusätzliche Stufe (104) aufweist, die eine räumliche Diskontinuität in dem Wellenleitungshohlraum in einer Richtung parallel zur einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle erzeugt, die am ersten Ende (110) empfangen wird, oder wenigstens eine zusätzliche Stufe (108) in dem Wellenleitungshohlraum, die eine räumliche Diskontinuität in einer Richtung lotrecht zu der einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle, die am ersten Ende (110) empfangen wird, und der Wellenausbreitungsrichtung erzeugt, wobei alle Stufen so konfiguriert sind, dass sie Moden höherer Ordnung in dem Adapter (100) erregen und die Feldverteilung des Signals an der zweiten Apertur formen.
  3. Adapter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Ende (130) des Adapters so angeordnet ist, dass es die Gitteranordnung (202) beinhaltet.
  4. Adapter (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Ende (130) des Adapters (100) die Gitteranordnung (202) enthält, die von einer dielektrischen Platte (208) begrenzt wird.
  5. Adapter (100) nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende (130) des Adapters (100) einen Gitterverstärker enthält, der durch eine dielektrische Platte (208) begrenzt wird.
  6. Adapter (100) nach Anspruch 4, wobei das Dielektrikum ein Wärmeverteiler ist.
  7. Adapter (100) nach Anspruch 4, wobei die zweite Apertur so bemessen ist, dass die Ränder der Gitteranordnung (202) von der wellenbegrenzenden Struktur am zweiten Ende (130) um eine vorbestimmte Distanz beabstandet sind, um die an der zweiten Apertur einfallende Feldverteilung zu formen.
  8. Adapter (100) nach Anspruch 1 oder 2, der ferner zusätzliche Stufen in dem Hohlraum beinhaltet.
  9. Verfahren zum Umsetzen eines elektromagnetischen Signals zwischen der Fundamentalmode eines rechteckigen Wellenleiters (300) an einem ersten Ende (110) eines Wellenleiteradapters (100) mit einem internen Hohlraum, der von einer Wellenbegrenzungsvorrichtung definiert wird, die eine in einer Längsrichtung wandernde Welle leitet, und einer Feldverteilung, die für eine quasioptische Gitteranordnung (202) an einem zweiten Ende (130) des Wellenleiteradapters (100) erwünscht wird, wobei das erste Ende (110) so gestaltet ist, dass es im Wesentlichen in den rechteckigen Wellenleiter (300) passt und eine erste rechteckige Apertur (120) definiert, die im Wesentlichen mit der Größe des Wellenleiterhohlraums übereinstimmt, um eine in einer einzelnen Polarisierungsrichtung polarisierte elektromagnetische Welle zu empfangen und zu richten, wobei das zweite Ende (130) eine zweite rechteckige Apertur definiert, die größer ist als die erste rechteckige Apertur (120), die elektromagnetisch mit der ersten rechteckigen Apertur gekoppelt ist, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Mittels zwischen dem ersten Ende (110) und dem zweiten Ende (130), das einen Wellenleitungshohlraum zum Leiten einer in der Längsrichtung der Signalausbreitung definiert, wobei das Mittel eine erste Stufe (102) beinhaltet, die in dem Wellenleitungshohlraum in einer vorbestimmten Distanz von der ersten Apertur (120) konfiguriert ist, um eine räumliche Diskontinuität in der einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle erzeugt, die am ersten Ende (110) empfangen wird; wobei die genannte Stufe (102) von einer vorbestimmten Größe und Distanz von der Ebene der quasioptischen Gitteranordnung (202) ist, um eine gewünschte elektrische und magnetische Feldverteilung an der quasioptischen Gitteranordnung (202) zu erzeugen; dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Mittel ferner eine zweite Stufe (106) in dem Wellenleitungshohlraum aufweist, die sich zwischen der ersten Stufe (102) und dem zweiten Ende (130) befindet und eine zweite räumliche Diskontinuität in einer Richtung lotrecht zur einzelnen Polarisierungsrichtung der elektromagnetischen Welle und zur Längsrichtung der Wellenausbreitung erzeugt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Bereitstellen der Gitteranordnung (202) mit einer dielektrischen Begrenzung der Anordnung am zweiten Ende (130) des Adapters (100) und das Justieren der normalen Distanz zwischen dem Rand der Gitteranordnung (202) und dem Adapter (100) am zweiten Ende (130) beinhaltet, um die Feldverteilung an der Gitteranordnung (202) weiter zu bestimmen.
  11. Verwendung des Adapters (100) nach Anspruch 7 als Eingangsspeisevorrichtung.
  12. Verwendung des Adapters (100) nach Anspruch 7 als eine EM-Wellenkollektorvorrichtung.
  13. System, das den Adapter (100) nach Anspruch 1 und ferner Folgendes umfasst: eine quasioptische Gitteranordnung (202), die mit dem genannten zweiten Ende (130) gekoppelt ist, eine dielektrische Schicht (208), die größer ist als die genannte Gitteranordnung (202) und die zwischen der genannten Gitteranordnung (202) und dem genannten ersten Ende (130) positioniert ist, um eine Impedanz zwischen einem elektromagnetischen Feld an der genannten Gitteranordnung (202) und einem elektromagnetischen Feld an dem genannten zweiten Ende (130) abzustimmen; und einen Wellenleiter (300) mit einer Wellenleiterende-Öffnung, die sich im Wesentlichen formgetreu an das genannte erste Ende (110) anschließt.
  14. System nach Anspruch 13, wobei der Abstand von jeder Seite der genannten Gitteranordnung (202) zu einem benachbarten Rand des genannten zweiten Endes (120) des genannten Wellenleiteradapters (100) durch die genannte gewünschte Feldverteilung bestimmt wird.
  15. System nach Anspruch 19, wobei jede Stufenstruktur (102, 106) so konfiguriert ist, dass sie eine Änderung des Querschnitts des genannten Wellenleitungshohlraums über eine Distanz von weniger als einem Viertel einer Wellenlänge der elektromagnetischen Welle in der Ausbreitungsrichtung der Welle erzeugt.
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