CN1914766A - 可调装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括可调阻抗表面的可调微波/毫米波装置。它包括电磁带隙结构(EBG)(光子带隙结构)，包括至少一个可调铁电体层(3)、至少一个第一顶部金属层(1)和至少一个第二金属层(2A、2B)。第一(1)和第二金属层(2A)布置在所述铁电体层(3)/任一铁电体层(3)的相对侧面，并且至少使第一顶部金属层(1)具有图案，并且所述至少一个铁电体层(3)的介电常数取决于DC偏压，所述偏压直接或间接加到布置在所述铁电体层/铁电体层不同侧面上的第一(1)和/或第二(2A、2B)金属层上。

Description

可调装置
发明领域
本发明涉及包括可调阻抗表面的可调微波/毫米波装置。具体地说，本发明涉及包括波束扫描天线或频率选择面或相位调制器的此类装置。更具体地说，本发明涉及包括反射和/或发射型天线的此类装置。
现有技术
在例如微波电信系统等不同种类的一些微波系统中，人们认识到需要包括可调阻抗表面的可调装置。具体地说，人们认识到需要小型并可自适应或重新配置的装置。人们也认识到需要例如小型、可自适应或可重新配置并具效能价格合算的波束扫描天线或相位调制器。相控阵天线已为人所熟知，它们基于半导体技术，利用移相器、衰减器和功率分配器。然而，它们是费用高、外型大的装置，并且也需要高功率消耗。例如，在“相控阵天线手册”(“Phased arrayantenna handbook”，by R.J.Mailloux，Artech House，Boston 1994)中描述了此类相控阵天线。此外，基于半导体技术的此类天线已为人所熟知，但它们费用很高、外型大并需要高功率消耗。
近来，人们已考虑使用铁电体以便能够减小例如可调天线的大小并且也能够减少功率消耗。例如，在US 6 195 059和(SE-C-513223)、US 6 329 959和SE-C-517 845中描述了基于铁电体的可调天线。SE-C-513 223中建议的天线设计简单，并且预计其效能价格很合算。在此设计中，可以实现整个天线表面的所需的相位幅度分布。然而，此天线的缺陷在于它需要特别大的DC电压才能够允许波束扫描。US-A-6 329 959建议一种利用铁电体材料的与DC场有关的介电常数的天线。然而，它不具有任何可调表面阻抗或波束扫描能力。SE-C-517 845描述了一种铁电体天线，但它未考虑波束扫描功能。另外，在“基于电可调阻抗表面的波束控制微波反射器”(“Beamsteering microwave reflector based on electrically tunableimpedance surfaces”by D.Sievenpiper，J.Schaffner，inElectronics Letters，Vol.38，no.21，pp.1237-1238，2002)中，公开了一种设计简单并使用集总半导体变容二极管来控制波束的天线。然而，使用半导体变容二极管使设计变得很昂贵，特别是在考虑大天线阵列时。因此，这些建议的装置运行均不令人满足，并且通常从设计角度而言，它们都复杂，并且需要高DC电压进行调谐。
发明概述
因此，需要一种包括可调阻抗表面的可调微波装置，这种装置外型小、效能价格合算并且不需要高功率消耗。另外，需要一种可自适应或可重新配置的装置。具体地说，需要一种例如可以在微波电信系统中用作波束扫描天线或相位调制器的装置。另外，需要一种具有简单设计的装置。也需要满足上述一个或多个目的的波束扫描天线。另外，需要符合上述一个或多个要求的相位调制装置。具体地说，需要一种装置，可以通过它来控制自由空间或空腔波导中的微波信号，具体而言用于改变通过它反射和/或发射的微波信号的相位和/或幅度分布。也需要一种易于制造的装置。
因此，提供一种如最初所指的装置，它包括具有至少一个可调铁电体层的电磁带隙结构(EBG)，也称为光子带隙结构。至少如此设置第一或顶部金属层和至少一个第二金属层，使得所述第一和第二金属层布置在所述可调铁电体层的相对侧面上。至少所述第一、顶部金属层具有图案，并且所述至少一个电铁体层的介电常数取决于外加DC场。
在“基站天线的PBG评估”(“PBG Evaluation for Base StationAntennas”by Jonathan Redvik and Anders Derneryd in 24th ESTECAntenna Workshop on Innovative Periodic Antennas：PhotonicBandgap，Fractal and Frequency Selective Structures(WPP-185)，pp.5-10，2001)中，描述了用于基站天线的光子带隙(PBG)即EBG材料的使用。近来对也称为电磁晶体的平面光子带隙(PBG)结构用于微波和毫米波应用进行了许多研究。铁电磁性晶体由于易于制造，成本低且与标准平面电路技术兼容，因此，特别有吸引力。光子带隙结构是人造结构，它们在一维、二维或三维是周期性的。由于它们与天然晶体周期性结构具有类似性，因此，它们也称为电磁晶体。这些人造材料称为光子带隙材料或光子晶体。带隙在此处应用于所有波长的电磁波。实际上，禁止电磁波传播的电磁带隙的存在类似于形成半导体技术和应用基础的电子带隙。因此，光子带隙材料形成新周期性介质，所述新周期性介质是半导体的光子模拟。电磁波在光子晶体中的行为类似于电子在半导体中的行为。
根据本发明，至少使所述第一具有图案的金属层如此形成图案，以便形成或包括辐射器阵列，这些辐射器最特别的是包括谐振器。谐振器例如可以包括贴片谐振器，所述贴片谐振器可以具有圆形、正方形、矩形或任何其它适当的形状。具体地说，如此设置辐射器例如谐振器，以便形成二维(2D)阵列，例如2D天线阵。具体地说，它包括反射天线。具体地说，所述第一、顶部金属面的辐射器借助于穿过铁电体层的通路连接以电流方式连接到所述第二金属层/任一第二金属层。使所述中间的第二金属层(如果有的话)具有图案，或者使所述中间的第二金属层(如果有的话)配备有孔，使得穿过所述中间的第二金属层的通路连接的通道成为可能。通路连接用于将第一顶层的辐射器连接到另外的(底部)第二金属层，所述另外的(底部)第二金属层可以具有图案或未具有图案，并且DC偏置(控制)电压加在两个第二金属层之间以便通过改变铁电体层的介电常数而改变(顶部)辐射器阵列的阻抗，并因此改变谐振器例如辐射器的谐振频率。有利的是，通路连接是连接到两个辐射器的中心点，在该中心点射频(RF)(微波)电流最高。具体地说，顶层中的辐射器或谐振器间隔大约为0.1厘米，大约对应于λ0/30，其中λ0是微波信号的自由空间波长。可以通过控制DC偏压使辐射器阵列的阻抗从电感性改为电容性，在辐射器或谐振器的谐振频率处达到无穷大。具体地说，顶部辐射器阵列包括大约20×20个辐射器，并且铁电体层的介电常数(ε(V))大约为225-200，或例如在50与20000之间，铁电体层厚度大约50μm。应当明白的是，提供的这些值只用于例示，并且当然可以使用任何其它适当数量的辐射器，以及如上所述，辐射器可以是圆形或任何其它适当的形状。此外，铁电体层的介电常数可以是另一值，但它必须很高。介电常数甚至可高达数万或更高。另外，铁电体层的厚度原则上可大大偏离例示的50μm。
根据反射类型辐射器阵列的替代实施方案，仅仅存在第一金属层和第二金属层，其中第一(顶部)层包括辐射器(例如，贴片谐振器)，而第二层可以具有图案，但最好未具有图案。随后，把DC偏压加到这两个金属层上，因此，层之间无需通路连接。
在替代的实施方案中，所述装置包括一种发射型装置，例如，发射天线。辐射器可以排列成包括所述第一和第二金属层的2D阵列中，所述第一和第二金属层之间设置铁电体层。具体地说，第二金属层也具有图案，包括以与第一顶部金属层辐射器相同的周期性设置的、但以大致等于层或平面中各辐射器之间的间隔的移位量移位的辐射器。
可以在第一和第二金属层的那些侧面上，即在辐射器(谐振器)阵列的侧面上设置介质或铁电体层，所述辐射器(谐振器)阵列与所述铁电体层不接触。具体地说，DC电压加到阵列上，并且把相同的DC电压提供给每一个单独的辐射器以便改变铁电体层的介电常数，并因此改变辐射器的谐振频率。具体地说，所述装置包括波前相位调制器，用于改变发射的微波信号的相位。
在替代的实施例中，由DC电压将阵列的辐射器逐一地偏置。在特定的实施方案中，它可以包括波束扫描天线。随后，可以把单独的阻抗DC分压器连接到辐射器，例如在X方向一个并且在Y方向一个(一个阻抗DC分压器连接到所述各辐射器阵列中的一个辐射器阵列，一个阻抗DC分压器连接到所述各辐射器阵列中的另一辐射器阵列)，以便为分别在X和Y方向实现非均匀的电压分布作好准备，从而允许微波信号相前的可调的非均匀调制。所述阻抗具体而言包括电阻器。在替代的实施方案中，所述阻抗包括电容器。另外，所述各阻抗中的一些阻抗可以包括电阻器，而所述各阻抗中的其它阻抗包括电容器。可以分别和逐一地把每一个辐射器经由单独的电阻器或电容器连接到DC偏压。铁电体层的厚度可以在1μm直至几毫米之间，而DC偏压范围可以在0伏直至几千伏之间变化。
在发射装置的一个实施方案中，第一和第二金属层可以分别包括多个辐射器，其中，所述第一和第二层的辐射器具有不同的配置和/或以不同的方式排列。具体地说，分别为所述第一和第二层的辐射器提供不同的耦合装置。可以向所述第一和第二金属层的辐射器提供DC偏压或控制电压以便改变集总电容，并因此改变例如可以是上面提到的贴片谐振器的辐射器之间的电容(弱)耦合。
另外，可以把可调辐射器阵列与波导喇叭形辐射体结合在一起，以便喇叭形辐射体将使微波波束进行空间扫描或调制微波信号的相位。
具体地说，所述装置包括例如用作滤波器或者多路复用器/多路分解器等的3D可调辐射器阵列。具体地说，在层中辐射器或谐振器之间的间隔对应于系数0.5-1.5乘以铁电体层中入射微波信号的波长。
本发明建议把根据上述任一实施方案的装置用于控制自由空间或空腔波导中的波微/(亚)毫米波信号或用于改变通过它反射和/或发射的信号的相位和/或幅度分布。
对于反射天线，两个金属层均可具有图案，但不是必要的，与此相反，底部金属层最好未具有图案。具体地说，离入射微波信号最远的层未具有图案。在发射天线中，一般所有金属层都具有图案。对于发射和反射两种类型的装置，可以使用多层结构，根据本发明概念以交替方式设置金属层和铁电体层。
应当明白的是，本发明概念涵盖许多应用，并且可以以多种方式改变本发明。本发明建议一种基于铁电体层和电磁带隙结构而不是基于半导体的可调阻抗表面。
附图的简单说明
下面将以非限制性方式并参考附图更详尽地描述本发明，附图中：
图1A以横截面的形式示出反射辐射器阵列的第一实施例；
图1B是图解说明图1A实施例的辐射器元件的微波电流和电压分布的平面图；
图2是根据图1A实施例的整个反射辐射器阵列的平面图；
图3以简化方式示出根据另一实施例的反射辐射器阵列的平面图；
图4以简化方式以横截面(部分地)示出反射辐射器阵列的另一
实施例；
图5示出包括多层结构的反射阵列的另一实施例；
图6A是包括EGB波前相位调制器的发射辐射器阵列的横截面图；
图6B是根据图6A的装置的平面图；
图7A是包括波束扫描天线的发射辐射器阵列的横截面图；
图7B是图7A装置的平面图；
图8以平面图的形式显示包括不同金属层中不同形状的辐射器的发射辐射器阵列的另一实施例；
图9是包括多层结构的还有另一发射辐射器阵列的简化横截面图；
图10A示出发射型装置，所述发射型装置具有基于弱(电容)耦合贴片谐振器的，在第一和第二金属层中以不同方式配置的辐射器阵列；
图10B是图10A装置的简化的横截面图；以及
图11以简化方式以横截面图示出包括根据本发明的把波导喇叭形辐射体和EBG结构结合在一起的波束扫描器的装置。
发明的详细描述
图1A示出包括反射辐射器阵列10的形式的装置的本发明的第一实施例。它包括具有多个辐射器a22、a23的第一金属层1，其中，由于图1A只显示辐射器阵列的一部分，因此只示出两个辐射器，而在图2中以其整体的形式示出该阵列。
在第一金属层1与第二金属层2A之间设置了铁电体层3，第一金属层1包括反射辐射器a22、a23，第二金属层2A具有图案以形成具有开口的分裂结构，此处第二层包括元件b12、b13、b14，如此布置这些元件，以便形成细小的开口。铁电体层包括与DC场有关的高介电常数(ε(V))。铁电体材料可以包括薄或厚膜层、陶瓷等。ε(V)可介于225与200之间，虽然提供的这些值只用于例示。如上所述，它可以更低，也可以高得多，直至20000、30000或更大。对于本文公开的和本发明概念涵盖的每一个实施例，介电常数当然可以具有以上所述的数值。在第二金属层2A下设置另一第二金属层2B，在金属层2A、2B之间设置传统介质层4。在“第一”、上部第二金属层2A中如此设置所述孔或开口，使得具有辐射器的第一金属层1与“底部”金属层2B之间的通路连接可以穿过第二金属层2A，所述通路连接用于将辐射器贴片a22、a23的中心点(对应于最大微波或RF电流)和第二金属层2B以电流方式连接。此处第二金属层2A形成RF地电位面，而第二金属层2B形成DC偏压平面，并且在第二金属层2A、2B之间施加的DC偏压将改变铁电体层3的介电常数，并因此也改变贴片谐振器a22、a23的谐振频率f(V)，该频率取决于ε(V)，如根据以下关系式得出的，
f ( V ) = c n 2 a ϵ f ( V ) ,
a是正方形贴片谐振器侧面的长度。
根据本发明，铁电体材料具有特别依赖于外加DC场的高介电常数，使得有可能控制辐射器阻抗和从阵列反射的入射波的相位分布。由于介电常数高，因此，装置的大小，特别是天线的大小可变得很小(如上所述，铁电体材料中的微波波长与介电常数的平方根成反比)，这使得制造单片式集成辐射器阵列成为可能，例如，使用诸如LTCC(低温共烧陶瓷)、薄外延膜技术或类似技术的分组制造技术。这些材料是极佳的电介质，实际上无泄漏(控制)电流。
根据本发明，辐射器，特别是谐振器在此处形成以电磁带隙(光子带隙)结构形式实现的2D阵列天线，如本申请前面所述。如图1A所示的可调反射阵列可能对介于1到50GHz之间的频率有用。
贴片辐射器原则上可以具有任何形状、正方形(如在此实施例中)、矩形或圆形等。第二金属平面(在图1A实施例中也用2表示的RF和DC金属平面)形成了贴片谐振器的有效地电位面。
图1B作为例子示出辐射器贴片a22中的微波电流和电压分布。在贴片中心，它以电流方式连接到DC偏压平面2B。如可以从图中看到的，中心点对应于电流最大值。
图2以简化方式示出完整的反射阵列，图1A中所示的片段形成其一小部分。在此处它包括排列成20列和20行的400个辐射器。假设每一个贴片辐射器的边为0.8毫米。辐射器间距，即两个辐射器对应边缘或中心之间的距离在此处为0.1厘米，大约等于1/30×λ0，λ0为微波的自由空间波长，并且阵列的大小将为2.0厘米×2.0厘米，λ0＝3厘米。通过改变DC偏压，阵列的阻抗将从电感性阻抗改变为电容性阻抗，在谐振频率处达到无穷大。在此实施例中，假设铁电体层3的厚度为50μm。应当明白的是，贴片辐射器的形状、贴片辐射器的数量、层的厚度、网格布局等只是提供用于例示。
图2中公开的阵列可以利用基于诸如BaxSr1-xTiO3等铁电体材料的固溶体或具有类似属性的材料的诸如LTCC等标准效能价格合算的陶瓷技术制造。
应当明白的是，本发明概念同样适用于正方形或矩形布局外的其它网格布局。网格例如也可为三角形或任何其它适当的形状。
图3是另一反射阵列30的平面图，该阵列在此处包括多个圆形辐射器贴片a′1，1、...、a′1，6、....、a′4，1、...、a′4，6。它们例如象图1A中那样布置在铁电体层3′上。在其它方面，机能可能类似于图1A的机能等，图1A具有其间施加了DC偏压的两个第二金属层，虽然情况不一定是这样的；DC偏压也可加在包括圆形辐射器贴片的第一金属层与(唯一的，例如未具有图案的)第二金属层(图中未示出)之间。
图4示出具有多个(只示出三个)反射辐射器贴片1″的装置40，这些贴片排列在铁电体层3″上，该层又布置在第二金属层2″上。如可以看到的，在此情况下只有一个第二金属层2，后者在此情况下未具有图案。在此情况下，DC偏压必须加到辐射器贴片本身和第二金属层2″。因此图3中公开的装置在横截面上看上去象图4的装置，或者象图1A和2的装置20的片段10。
图5示出具有反射辐射器阵列的还有另一装置50，所述反射辐射器阵列包括具有多个辐射器贴片的第一金属层13和第二金属层231，在它们之间布置了第一铁电体层31 3，并且其中在第二金属层231下方布置了第二铁电体层32 3，而在第二铁电体层32 3下方是另一第二金属层232。两个第二金属层231、232均具有图案，然而，以不同的方式使它们具有图案。DC偏压加到每一个金属层，包括具有辐射器贴片的第一金属层13。图解说明此实施例仅仅是为了表明在反射阵列中底层也可以具有图案，虽然如果它包括实心层，即未具有图案的层则更有利，而最好是类似于如图1A中所示的实施例(虽然例如是多层结构)。
下面将公开有关发射型装置的本发明概念的实施方案的一些示例。
图6A是发射型阵列第一装置60的横截面图，发射型阵列第一装置60包括设置在2D阵列(在图6A中只示出贴片c8，1、…、c8，8)中并形成第一金属层13的贴片天线c1，1、c1，2、…、c8，8的第一阵列。第二贴片天线阵列d8，1、…、d8，8形成第二金属层23。在这两个贴片天线阵列13、23之间，夹在中间的是可调铁电体膜层33。所述铁电体膜的厚度一般可小于50μm，但本发明概念当然不限于此。在第一和第二金属层13、23的远离中间铁电体层33的那些侧面上，设置传统介质层4A1、4A2。如图6A中示意地图解说明的，在第一和第二金属层上施加DC偏压。
图6B是从上方看上去的去除介质层4A的图6A所示装置的平面图。在此实施例中，示出顶层的辐射器贴片，此处包括辐射器贴片c1，1、...、c8，8。在此实施例中，第一金属层13的辐射器贴片稍大于图中未示出的第二金属层23的辐射器贴片。DC电压加到由虚水平线显示的第二金属层23的所有辐射器贴片上。第二金属层23(图中未示出)的辐射器贴片在列方向互连，使得所述第二层的所有辐射器贴片加有相同的DC电压。此外，第一金属层13的辐射器贴片连接到DC偏压(所有贴片均连接到相同电压，这与图7A、7B中的贴片不同)，并且正如从图中可看到的，这些辐射器贴片在行方向上互连。图6A、图6B的装置60包括频率可调EBG波前相位调制器。加到阵列上的DC电压将改变中间铁电体层33的介电常数并因此改变辐射器的谐振频率。如上所述，图6A、图6B的装置提供相前的均匀调制，而波束扫描未启用。
图7A是另一发射型装置70的横截面图，发射型装置70包括由多个辐射器贴片组成的第一金属层14′、也由多个辐射器贴片组成的第二金属层24′。在此实施例中，底部层即第二金属层24′的辐射器贴片稍大于第一金属层14′的辐射器贴片。设置在第一金属层14′与第二金属层24′之间的是与前面实施例中的一样的铁电体层34′。此外，象在前一实施例中一样，第一和第二金属层在其远离铁电体层34′的那些侧面上分别由传统的介质层4A′1、4A′2包裹。图中图解说明的第一和第二金属层的阵列由此处电阻RI上电压V(Ri)施加了DC偏压。通常，为修整波前，可对阵列中的每一个辐射器逐一地施加偏压。简单的偏压电路使如图7B所示在X和Y方向上扫描发射波束成为可能，图7B是图7A实施例的平面图，B表示其中画出了横截面。此处，使用了两个电阻DC分压器，分别在X和Y方向上实现非均匀的电压分布，并且因此实现了辐射器介电常数和谐振频率的非均匀改变。通过改变X和Y分压器上的电压，有可能实现对相前的可调非均匀调制和在X和Y方向上扫描发射波束。
在此实施例中，在到行或列中外部辐射器贴片的连接之间设置电阻器R1x、R2X、...、R7x；R1y、...、R7y，表示电阻值可以不同。或者，阻抗装置(上面的电阻器)可以包括电容器。
在此实施例中，第一分压器连接到第二(下面的)金属层24′的较大辐射器贴片，而第二分压器连接到第一上部金属层14′的稍微小些的辐射器贴片(这些贴片全部水平互连)(如从图中可看到的，下面的辐射器贴片垂直互连)。然而，第一和第二金属层14′、24′的辐射器，即中间铁电体膜34′的两个(上和下)表面可以具有不同的配置和不同的耦合装置。
图8中示出此类装置80的示例，图中示出许多可能配置之一。在此实施例中，第一金属层15的辐射器贴片为圆形，而第二金属层25的辐射器贴片为矩形。在圆形和矩形辐射器阵列之间设置表示为35的铁电体膜层。在此实施例中，圆形辐射器贴片连接到分压器(此图中未示出阻抗)，而矩形辐射器贴片连接到另一分压器(图中未示出阻抗)。分别参照图6B和图7B，视是否提供阻抗(逐一地或成组地向辐射器贴片提供)而定，此实施方案可以是扫描的或非扫描的。
图9是多层结构90的非常简略的横截面图，多层结构90包括多个铁电体层3A、…、3G和多个金属层1A、2A、1B、2B、1C、2C、1D、2D。DC偏压加到包裹铁电体层的金属层上。在其它方面，机能类似于以上描述的机能。
图10A示意地图解说明基于可调EBG的结构100，结构100基于弱(电容性)耦合贴片谐振器，所述弱(电容性)耦合贴片谐振器包括具有较小尺寸的正方形谐振器17的第一顶层和具有较大尺寸的矩形辐射器贴片的第二金属层27。如从图中可看到的，通过连接到顶层的一个分压器和通过连接到底层的另一分压器来施加DC偏压。图10B是图10A装置的简化的横截面图。
图11示出与波导7和喇叭形辐射体8结合在一起的可调EBG阵列。视辐射器装置105而定，将通过改变加到EBG结构的DC偏压，来调制由喇叭形辐射体辐射的波束或者使其进行空间扫描。
应当明白的是，可以设计电磁带隙结构(也表示为光子带隙结构)形式的3D可调阵列，利用相同的原理来执行诸如滤波、双工等复杂的功能，并且在不脱离随附权利要求书范围的情况下，可以以多种方式改变本发明概念。应当明白的是，在许多方面，本发明概念可以以多种方式改变，这些例如可以是交替的铁电体层/金属层的若干个层；可以以不同的方式提供偏压；贴片辐射器可以采取多种不同的形状并以不同的数量提供；不同的材料可用于铁电体层和金属层(以及可能的周围介质层)等。此外，在许多其他方面，本发明并不限于具体说明的实施例。

Claims (31)

1.一种包括可调阻抗表面的可调微波/毫米波装置，
其特征在于
它包括电磁带隙结构(EBG)(光子带隙结构)，所述电磁带隙结构包括至少一个可调铁电体层、至少一个第一顶部金属层和至少一个第二金属层，所述第一和第二金属层布置在所述铁电体层/任一铁电体层的各相对侧面，并且至少使所述第一顶部金属层具有图案，并且所述至少一个铁电体层的介电常数取决于DC偏压，所述DC偏压直接或间接加到布置在所述铁电体层/任一铁电体层的各不同侧面上的第一和/或第二金属层上。
2.如权利要求1所述的装置，
其特征在于
至少如此使所述第一具有图案的金属层形成图案，以便形成/包括辐射器阵列。
3.如权利要求2所述的装置，
其特征在于
所述辐射器包括谐振器。
4.如权利要求3所述的装置，
其特征在于
所述谐振器包括贴片谐振器。
5.如权利要求4所述的装置，
其特征在于
所述贴片谐振器具有圆形、正方形、矩形或任何其它适当的形状。
6.如权利要求2-5中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述各谐振器，例如所述各辐射器，排列成二维(2D)阵列，形成例如具有所述贴片的正方形、矩形、三角形或任何其它适当的网格布局的2D天线阵。
7.如权利要求6所述的装置，
其特征在于
它包括反射天线。
8.如权利要求6或7中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述第一顶部金属面的所述辐射器借助于穿过所述铁电体层的通路连接以电流方式与另一第二金属面连接，以及DC偏压经由所述另一第二金属面间接地加到所述第一金属面上。
9.如权利要求8所述的装置，
其特征在于
所述第二金属层具有图案并且包括开口或孔，允许所述通路连接通到所述另一个或附加的可能具有图案或未具有图案的底部第二金属层，以及所述DC偏置(控制)电压加在所述两个第二金属层之间以便改变所述(顶部)辐射器阵列的阻抗，并因此改变所述谐振器的谐振频率。
10.如权利要求9所述的装置，
其特征在于
所述通路连接被连接到所述辐射器的中心点，在所述辐射器中心点处RF微波电流最大。
11.如权利要求7-10中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述顶层中所述辐射器的间距是大约0.1厘米≈0/30，其中λ0是入射微波信号的自由空间波长。
12.如权利要求7-11中任何一个所述的装置，
其特征在于
通过改变所述DC控制(偏置电压)，所述辐射器阵列的所述阻抗可从电感性改为电容性，在所述辐射器(谐振器)的所述谐振频率处达到无穷大。
13.如权利要求7-12中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述(顶部)辐射器阵列包括大致20×20个辐射器，以及所述电铁体层的所述介电常数ε(V)在大约225-200之间变化或位于50-nx10000之间，n为整数，所述铁电体层具有约50μm的厚度。
14.如权利要求1-6中任何一个所述的装置，
其特征在于
辐射器排列成至少两个2D阵列，包括所述第一和第二金属层，所述铁电体层布置在所述第一和第二金属层之间，以及所述装置包括发射型阵列，例如，发射天线。
15.如权利要求14所述的装置，
其特征在于
在所述第一和第二金属层的各侧面上，即，所述各辐射器(谐振器)阵列的各侧面上设置介质层或铁电体层，所述各辐射器(谐振器)阵列与所述铁电体层不接触。
16.如权利要求14或15所述的装置，
其特征在于
把DC电压加到所述各金属层，以及把相同的DC电压提供给每一个单独的辐射器以便改变所述铁电体膜的介电常数，并因此改变所述辐射器的所述谐振频率。
17.如权利要求16所述的装置，
其特征在于
它包括波前相位调制器，用于改变发射的微波信号的相位。
18.如权利要求14或15所述的装置，
其特征在于
对所述阵列的所述各辐射器逐一地施加DC偏压，即，加到每一个辐射器的所述DC电压是可以借助于阻抗装置进行控制或设置的。
19.如权利要求18所述的装置，
其特征在于
它包括波束扫描天线。
20.如权利要求18或19所述的装置，其特征在于
各单独的DC分压器连接到所述各辐射器，x方向的DC分压器用于一个金属面的所述各辐射器，y方向的DC分压器适用于另一金属面的所述各辐射器，以便分别为x方向和y方向的非均匀电压分布作好准备，从而允许所述微波信号相前的可调的非均匀调制。
21.如权利要求20所述的装置，
其特征在于
所述阻抗包括电阻器。
22.如权利要求20所述的装置，
其特征在于
所述阻抗包括电容器。
23.如权利要求21或22所述的装置，
其特征在于
每一个辐射器通过单独的电阻器/电容器分别和逐一地连接到DC偏压。
24.如权利要求14-23中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述铁电体层的所述厚度在大约1μm到几毫米之间，以及所述DC偏压在0伏和几千伏之间变化。
25.如权利要求1-5，14-24中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述第一和第二金属层分别包括多个辐射器，其中，所述第一和第二层的所述辐射器具有不同的配置和/或以不同的方式排列。
26.如权利要求25所述的装置，
其特征在于
分别为所述第一和第二层的所述各辐射器提供不同的耦合装置。
27.如权利要求25或26所述的装置，
其特征在于
把DC偏压(控制电压)加到所述第一和第二金属层的所述各辐射器以便改变集总电容，因而改变所述各辐射器例如各贴片谐振器之间的所述电容(弱)耦合。
28.如权利要求14-27中任何一个所述的装置，
其特征在于
所述可调辐射器阵列与波导喇叭形辐射体结合在一起，以便所述喇叭形辐射体将通过改变所述DC偏压来扫描微波波束或者调制微波信号的空间相位。
29.如上述权利要求中任何一个所述的装置，
其特征在于
各相邻辐射器(例如谐振器)之间的间距对应于大约0-1.5的系数乘以所述铁电体层中入射/微波信号的波长。
30.如权利要求1-5中任何一个所述的装置，
其特征在于
它包括例如用作滤波器、双工器等的3D可调辐射器阵列。
31.权利要求1-30中任何一个的装置的用途，用于控制自由空间或空腔波导中的微波/(亚)毫米波信号，以改变通过它反射和/或发射的所述信号的相位和/或幅度分布。
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