DE10161913B4

DE10161913B4 - Richtantenne und Wellensammler

Info

Publication number: DE10161913B4
Application number: DE10161913A
Authority: DE
Inventors: Mikio Fujii; Takeshi Takenoshita
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2021-12-18
Also published as: DE10161913A1; US6587076B2; JP2002198722A; US20020080065A1; JP4263848B2

Abstract

Richtantenne (10) mit
einer ersten Leiterplatte (4a),
einem Primärstrahler (2) zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen,
Eingangs- und Ausgangsbereichen (3), und
einem Wellensammler (1) für elektromagnetische Wellen zwischen dem Primärstrahler (1) und den Eingangs- und Ausgangsbereichen (3),
dadurch gekennzeichnet, daß
eine zweite zueinander Leiterplatte (4b) parallel zur ersten Leiterplatte angeordnet ist,
der Primärstrahler (2) und der Wellensammler (1) zwischen den beiden Leiterplatten (4a, 4b) angeordnet sind,
mehrere Eingangs- und Ausgangsbereiche (3) vorgesehen sind zum Führen der elektromagnetischen Wellen zum Wellensammler (1), wobei die Eingangs- und Ausgangsbereiche (3) an einer (4a) der Leiterplatten (4a, 4b) angeordnet sind,
der Wellensammler (1) wie eine flache Platte geformt ist und ein Substrat aufweist, das aus einem Material gefertigt ist, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld (5) verändert werden kann, wobei mehrere streifenförmige Elektroden (1b) so auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, daß sie in...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine für Millimeterwellen oder Mikrowellen verwendete Antenne und insbesondere eine Richtantenne, bei der die Richtung eines Strahls abgestrahlter oder absorbierter elektromagnetischer Wellen durch Verändern der Phase der elektromagnetischen Wellen verändert werden kann.

In der Millimeterwellen oder Mikrowellen anwendenden Radartechnologie ist ein Typ von Radar allgemein bekannt, bei dem zur genauen Erkennung der Position eines Objekts in einem weiten Zielbereich der Strahl elektromagnetischer Wellen fokussiert und dünner eingestellt wird, wobei er gleichzeitig geführt wird.

Andererseits wurde in den vergangenen Jahren die Montage eines Millimeterwellenradar an Kraftfahrzeugen geplant, durch das Hindernisse erfaßt werden, während die Kraftfahrzeuge fahren. Das Millimeterwellenradar ist zur Montage an Kraftfahrzeugen bestimmt und muß daher klein, leicht, hoch zuverlässig und preiswert sein.

Richtantennen des Typs, bei dem ein Umschalten zwischen mehreren Antennen durch eine PIN-Diode oder dergleichen erfolgt oder die Antenne selbst geschwenkt wird, werden in der Praxis als Richtantennen für Kraftfahrzeugradarsysteme eingesetzt.

Überdies wird bei vielen Radarsystemen eine Richtantenne verwendet, für die ein Phasenschieber verwendet wird, obwohl dies bei Kraftfahrzeugradarsystemen gegenwärtig nicht handelsüblich ist. Bei der Richtantenne wird die Richtung eines von einer Gruppenantenne abgestrahlten oder in die Gruppenantenne eingegebenen Strahls unter Verwendung eines Phasenschiebers, wie eines verriegelten Ferrits, durch genaues Verändern der Phase eines jedem Element der Gruppenantenne zugeführten Signals verändert.

Bei herkömmlichen Richtantennen treten jedoch die folgenden Probleme auf:
Zunächst kann bei einem Radar zur Montage an einer vibrierenden Vorrichtung, wie einem Autoradar, kaum eine hohe Zuverlässigkeit der aufgrund ihres mechanischen Antriebsabschnitts selbst schwingenden Richtantenne gewährleistet werden, obwohl die Richtantenne aufgrund ihres einfachen Aufbaus leicht herzustellen ist und die Strahlenrichtung fein geschaltet werden kann. Ferner kann aufgrund des Raums zum Schwenken der Antenne keine Verringerung der Größe realisiert werden.

Eine Richtantenne des Typs, bei dem ein Umschalten zwischen mehreren Antennen erfolgt, hat den Vorteil einer hohen Zuverlässigkeit, da keine mechanische Steuerung verwendet wird. Bei diesem Typ von Richtantenne tritt jedoch das Problem einer geringen Verfügbarkeit jeder Antenne auf, da nur ein Teil der mehreren Antennen zu einem Zeitpunkt betrieben wird, und es tritt das Problem auf, daß eine Verringerung der Größe der gesamten Richtantenne aufgrund der Notwendigkeit der mehreren Antennen kaum realisiert werden kann. Da ferner bei der Richtantenne dieses Typs unabhängig von Aufbau und Material der Antennenelemente zum Erhalt einer gewünschten Antennenverstärkung oder eines gewünschten Strahlendurchmessers eine Antennenöffnung mit vorgegebenen Abmessungen oder mehr erforderlich ist, ist es erforderlich, die mehreren festen An tennen mit den gleichen Eigenschaften auszustatten, um die gewünschte Antennenverstärkung bzw. den gewünschten Strahlendurchmesser zu erhalten. Dementsprechend ist die gesamte Antenne zwangsläufig groß. Gleichzeitig unterliegt ein Schalter für Hochfrequenzanwendungen einer großen Einfügungsdämpfung und ist schwer mit einem hohen Grad an Effizienz zu betreiben. Überdies erhöht sich zum feinen Schalten der Strahlenrichtung die Anzahl der erforderlichen Antennen, wodurch der Gesamtbereich der Antennen zunimmt und die Antennenverstärkung mit der Steigerung der Anzahl der Schalter abnimmt. Dementsprechend ist es praktisch unmöglich, eine Richtantenne herzustellen, bei der die die Strahlenrichtung fein geschaltet werden kann.

Der Gebrauch einer Richtantenne, bei der ein Phasenschieber verwendet wird, ist begrenzt, da der Phasenschieber normalerweise groß und kostspielig ist.

Wie vorstehend beschrieben, erfüllt gegenwärtig keine Richtantenne die Anforderungen, klein, leicht, hoch zuverlässig und kostengünstig zu sein, obwohl die Richtantenne eine Technologie ist, deren zunehmende Verwendung zukünftig insbesondere bei Fahrzeugradarsystemen zu erwarten ist.

Die US 3631501 beschreibt einen Mikrowellen-Phasenschieber mit einem flüssigen Dielektrikum, das metallische Partikel in Suspension aufweist. Ein Hornstrahler bestrahlt eine Strahlsteuerungsstruktur.

Die US 5 194 972 beschreibt die Phasenmodulation mittels Flüssigkristallen. Ein Hornstrahler bestrahlt eine entsprechende Struktur.

Die DE 35 06 266 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Lenken eines Millimeterwellenlängestrahlungsbündels, die Prismeneffekte zur Strahlführung nütz.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend erwähnten Probleme der verwandten Technik gemacht, und ihre Aufgabe ist es, eine kleine, leichte, hoch zuverlässige und kostengünstige Richtantenne ohne mechanischen Antriebsabschnitt zu schaffen, die zum Richten eines Strahls elektromagnetischer Wellen nur durch elektrische Signale geeignet ist.

Die Erfindung betrifft eine Richtantenne mit zwei parallel zueinander angeordneten Leiterplatten, einem Primärstrahler zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen und einem Wellensammler für elektromagnetische Wellen, der wie eine flache Platte geformtist, wobei der Primärstrahler und der Wellensammler zwischen den beiden Leiterplatten angeordnet sind, mehrere Eingangs- und Ausgangsbereiche zum Zusammenführen der elektromagnetischen Wellen zwischen dem Wellensammler und den Eingangs- und Ausgangsbereichen an einer der Leiterplatten angeordnet sind, der Wellensammler ein Substrat aufweist, das aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld geändert werden kann, mehrere streifenförmige Elektroden so auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, daß sie in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander sind, und auf der anderen Oberfläche des Substrats eine Gegenelektrode ausgebildet ist, die sich im wesentlichen über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so in Streifen unterteilt ist, daß diese den mehreren, auf der einen Oberfläche ausgebildeten, streifenförmigen Elektroden gegenüberliegen, wobei das elektrostatische Feld zwischen den Elektroden auf der einen Oberfläche und der Gegenelektrode auf der anderen Oberfläche angelegt wird, um eine Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers in einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Richtung teilweise zu ändern, wodurch die Richtung eines Strahls der elektromagnetischen Wellen, der durch die Eingangs- bzw. Ausgangsbereiche abgestrahlt bzw. aufgenommen werden soll, veränderlich gemacht wird.

Überdies hat der Wellensammler erfindungsgemäß innerhalb einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat des Wellensammlers senkrechten Ebene vorzugsweise eine Dielektrizitätskonstante, die in einer zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektroden auf der einen Oberfläche senkrechten Richtung im wesentlichen unverändert bleibt, und in einer zur kürzeren Seite parallelen Richtung Brechungsindizes für elektromagnetische Wellen, die mit einem bestimmten Punkt als Spitze als quadratische Funktion des Abstands verteilt sind.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß die Dielektrizitätskonstante des Materials des Substrats, dessen Dielektrizitätskonstante durch das elektrostatische Feld geändert werden kann, vorzugsweise durch Anlegen des elektrostatischen Felds um 20 % oder mehr geändert, wobei der dielektrische Verlust 1 % oder weniger beträgt.

Ferner ist erfindungsgemäß das Material des Substrats vorzugsweise ein Ferrolitelektrikum aus (Ba, Sr)TiO₃, BaTiO₃ oder SrTiO₃ oder ein Flüssigkristallmaterial, wie nematisches Flüssigkristall, cholesterisches Flüssigkristall oder smektisches Flüssigkristall, oder ein Flüssigkristallpolymer.

Außerdem hat der Wellensammler erfindungsgemäß vorzugsweise innerhalb einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat des Wellensammlers senkrechten Ebene in der zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektrode auf der einen Oberfläche parallelen Richtung die höchste Dielektrizitätskonstante in der Mitte des Substrats sowie Dielektrizitätskonstanten, die sich so verringern, daß die Quadratwurzeln der Dielektrizitätskonstanten als quadratische Funktion des Abstands vom Rand des Substrats als quadratische Funktion abnehmen, wodurch die Brechungsindizes der elektromagnetischen Wellen als quadratische Funktion des Abstands vom Zentrum des Substrats als Spitze abnehmen.

Die Erfindung betrifft einen Wellensammler mit einem Substrat aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld geändert werden kann, wobei sich elektromagnetische Wellen in dem Substrat in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung ausbreiten; streifenförmigen Elektroden auf einer Oberfläche des Substrats, die in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel angeordnet sind; und einer Gegenelektrode auf der anderen Oberfläche des Substrats, die sich im wesentlichen über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so in Streifen unterteilt ist, daß diese den streifenförmigen Elektroden auf der einen Oberfläche gegenüberliegen,
wobei eine Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers in einer zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Richtung durch Anlegen eines elektrostatischen Felds zwischen den Elektroden auf der einen Oberfläche und der Gegenelektrode auf der anderen Oberfläche teilweise geändert wird.

Erfindungsgemäß umfaßt eine Richtantenne zwei parallel zueinander angeordnete Leiterplatten, einen Primärstrahler zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen und einen Wellensammler für elektromagnetische Wellen in Form einer flachen Platte, wobei der Primärstrahler und der Wellensammler zwischen den beiden Leiterplatten angeordnet sind, mehrere Eingangs- und Ausgangsabschnitte zum Zusammenführen der elektromagnetischen Wellen zwischen dem Wellensammler und den Eingangs- und Ausgangsabschnitten, die auf einer der Leiterplatten angeordnet sind, der Wellensammler ein Substrat umfaßt, das aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld verändert werden kann, mehrere streifenförmige Elektroden so auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, daß sie in einer Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander sind, und auf der anderen Oberfläche des Substrats eine Gegenelektrode ausgebildet ist, die sich im wesentlichen über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so in Streifen unterteilt ist, daß diese den streifenförmigen Elektroden auf der einen Oberfläche gegenüberliegen,
wobei das elektrostatische Feld zwischen den Elektroden auf der einen Oberfläche und der Gegenelektrode auf der anderen Oberfläche angelegt wird, um eine Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers in einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Richtung teilweise zu ändern, wodurch die Richtung eines Strahls der elektromagnetischen Wellen, der durch die Eingangs- bzw. Ausgangsbereiche abgestrahlt bzw. aufgenommen werden soll, veränderlicht gemacht wird. Dementsprechend kann eine kleine Richtantenne ohne mechanischen Antriebsabschnitt in ihrem Inneren realisiert werden, und die Zuverlässigkeit kann im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall verbessert werden, in dem die Antenne selbst geschwenkt wird, die Dicke kann verringert werden, da es nicht erforderlich ist, einen Raum zum Schwenken der Antenne sicherzustellen, und die Größe des Radarsystems kann im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall erheblich verringert werden, in dem das Schalten unter mehreren Antennen erfolgt. Dadurch kann, beispielsweise für ein Autoradar, ein leichtes, kleines und kostengünstiges Optimum an Hochleistungsrichtantennen geschaffen werden.

Als für das Substrat des Wellensammlers der erfindungsgemäßen Richtantenne verwendetes Material, dessen Dielektrizitätskonstante durch das elektrostatische Feld verändert werden kann, können verschiedene Arten von Materialien verwendet werden, die einen kleinen dielektrischen Verlust aufweisen und deren Die lektrizitätskonstanten sich entsprechend dem angelegten elektrostatischen Feld in einem Frequenzband, wie den bei dieser Antenne verwendeten Mikrowellen oder Millimeterwellen, insbesondere einem Frequenzband von ca. 3 bis 80 GHz, verändern. Nachdem die Richtantenne an einem Auto oder dergleichen montiert ist, ist es als ein Merkmal des Materials wünschenswert, daß bei einer angelegten Spannung von mehreren zehn Volt die Dielektrizitätskonstante im Vergleich zu einem Fall, in dem kein elektrostatisches Feld angelegt wird, um ca. 20 % oder mehr verändert wird, und daß der dielektrische Verlust nicht mehr als 1 % beträgt.

Konkrete Beispiele für dieses Material umfassen Ferroelektrika aus (Ba, Sr)TiO₃, BaTiO₃, SrTiO₃ und dergleichen, Flüssigkristallmaterialien, wie nematisches Flüssigkristall, cholesterisches Flüssigkristall und smektisches Flüssigkristall, die in eine Zelle aus einem Dielektrikum mit einem geringen dielektrischen Verlust im Millimeterwellenbereich, wie Glas, eingeschlossen sind, und Flüssigkristallpolymere, wie das von Merk & Co, Vectra und Xydar hergestellte BL-036.

Hinsichtlich der Form und der Abmessungen des aus diesem Material gefertigten Substrats wird eine Substratform mit einer Größe verwendet, die im wesentlichen mit der der Antennenanordnung übereinstimmt, genauer bei einem Radar zur Erfassung des Abstands zwischen zwei Fahrzeugen 30 bis 50 mm·60 bis 80 mm beträgt.

Überdies ist der Grundgedanke des Aufbaus, bei dem der Wellensammler unter Verwendung eines aus dem Material gefertigten Substrats hergestellt ist, wobei mehrere streifenförmige Elektroden in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander auf einer Oberoberfläche angeordnet sind, auf der anderen Oberfläche des Substrats eine Gegenelektrode ange ordnet ist, die sich im wesentlichen über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so unterteilt ist, daß sie den auf der einen Oberfläche ausgebildeten streifenförmigen Elektroden gegenüberliegt, und die innere Dielektrizitätskonstante durch Anlegen des elektrostatischen Felds zwischen den auf der einen Oberfläche ausgebildeten Elektroden und der auf der anderen Oberfläche ausgebildeten Gegenelektrode teilweise verändert wird, beispielsweise wie folgt:

Als bisher als Wellensammler einer Richtantenne verwendete Linse, die elektromagnetische Wellen zwischen kugelförmigen Wellen und ebenen Wellen umwandelt, wurde bisher am häufigsten eine in einer sogenannten Linsenform ausgebildete verwendet, bei der die äußere Form eines Dielektrikums mit einer gleichmäßigen Dielektrizitätskennlinie von einem Teil einer gekrümmten Oberfläche umgeben ist. Überdies wurde bei einigen Richtantennen eine sogenannte Stablinse verwendet, bei der die Zusammensetzungen der Mitte und des Umfangs des Stabs kontinuierlich verändert wurden, so daß der Brechungsindex für elektromagnetische Wellen in der Mitte am höchsten ist und zum Umfang in bezug auf den Durchmesser als Quadratfunktion abnimmt. Durch eine derartige Einstellung der Dielektrizitätskonstante, daß sie in der Mitte des flachen Substrats am höchsten ist und so abnimmt, daß die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante als quadratische Funktion des Abstands zur Peripherie abnimmt, wie bei der Stablinse, nimmt der Brechungsindex für elektromagnetische Wellen entsprechend dem Abstand als quadratische Funktion ab, so daß selbst ein Substrat mit rechteckiger äußerer Form veranlaßt werden kann, wie die aus einem Material mit gleichmäßigen dielektrischen Eigenschaften gefertigte Linse als Wellensammler zu arbeiten.

Daher kann durch die Verwendung eines aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante sich entsprechend der Intensität des angelegten elektrostatischen Felds ändert, gefertigten Substrats und durch die Konstruktion eines Elektrodenaufbaus, bei dem mehrere streifenförmige Elektroden, die in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander sind, so auf beiden Oberflächen angeordnet sind, daß sie einander gegenüberliegen, oder bei dem mehrere streifenförmige Elektroden, die in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander sind, auf einer Oberfläche angeordnet sind und eine Gegenelektrode, die die Erdplatte wird, so auf der gesamten anderen Oberfläche angeordnet ist, daß sie den streifenförmigen Elektroden gegenüberliegt, die Dielektrizitätskonstante des Substrats des Wellensammlers im wesentlichen beliebig im Bereich der Dielektrizitätskennlinie des Materials verteilt werden, so daß die Richtung des Strahls elektromagnetischer Wellen zwischen dem Primärstrahler und den Eingangs- und Ausgangsabschnitten bewegt werden kann.

Überdies kann bei der erfindungsgemäßen Richtantenne durch Einstellen des so zwischen den streifenförmigen Elektroden und der Gegenelektroden angelegten externen elektrischen Felds (des elektrostatischen Felds), daß die Dielektrizitätskonstante in dem Substrat des Wellensammlers in der zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Ebene in der zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektroden auf der einen Oberfläche senkrechten Richtung im wesentlichen unverändert bleibt und der Brechungsindex für die elektromagnetischen Wellen, d.h. die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante, in der zur kürzeren Seite parallelen Richtung als quadratische Funktion des Abstands mit einem vorgegebenen Punkt als Spitze verteilt ist, veranlaßt werden, daß ein flaches, rechteckiges Substrat als Flachlinse arbeitet, so daß veranlaßt werden kann, daß das Substrat effizient als Wellenleiter mit geringer Größe arbeitet.

Um die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante als quadratische Funktion zu verteilen, wie vorstehend erwähnt, wird als an die streifenförmigen Elektroden des Wellensammlers angelegtes elektrostatisches Feld beispielsweise eine anhand eines Verhältnisses der Veränderung der Dielektrizitätskonstante und der Spannung des elektrostatischen Felds in bezug auf die Gegenelektrode ermittelte, gewünschte Spannung an die streifenförmigen Elektroden angelegt. Bei einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante in bezug auf das angelegte elektrische Feld linear abnimmt, erfolgt beispielsweise eine derartige Einstellung, daß eine Spannung von 0 V an die mittlere streifenförmige Elektrode und eine durch die elektrostatische Durchbruchspannung des Dielektrikums oder die Kapazität der Steuerschaltung bestimmte maximale Spannung an die äußersten streifenförmigen Elektroden angelegt werden und daß die an die dazwischen liegenden streifenförmigen Elektroden angelegten Spannungen entsprechend der vierten Wurzel des Abstands zwischen der Mitte jeder streifenförmigen Elektrode und der Mitte des Wellensammlers proportional verteilt sind.

Da bei der erfindungsgemäßen Richtantenne die Verteilung der internen Dielektrizitätskonstante in dem Wellensammler durch Steuern des extern an die streifenförmigen Elektroden und die Gegenelektrode angelegten elektrostatischen Felds durch Spannungssteuerung oder dergleichen gesteuert werden kann, ist es überdies einfach, die Verteilung der Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers mit der Position des Substrats, d.h. der durch Verändern des extern angelegten elektrostatischen Felds festgelegten Position des Wellen sammlers, parallel nach rechts oder links zu verschieben, so daß die Position des Brennpunkts des Wellensammlers in bezug auf den Primärstrahler leicht bewegt werden kann. Dementsprechend kann durch Verändern der Strahlenrichtung veranlaßt werden, daß der Aufbau als Richtantenne arbeitet.

Die Abmessungen der streifenförmigen Elektroden und der Gegenelektrode, an die ein derartiges elektrostatisches Feld angelegt wird, werden so klein wie möglich eingestellt, solange das Verarbeitungsverfahren und die Kosten dies zulassen. Überdies werden die Elektroden auf den Oberflächen des Substrats erzeugt, indem durch Ätzen Elektroden aus einem Metall, wie Kupfer oder Aluminium, mit einer gewünschten Musterkonfiguration und gewünschten Abmessungen geformt werden. Es wird darauf hingewiesen, daß die Elektroden durch ein kostengünstigeres Verfahren, wie das Dickschichtverfahren, erzeugt werden können, wenn das Material dies zuläßt.

Darüber hinaus ist es zur Vereinfachung des Aufbaus wünschenswert, daß die beiden parallel zueinander angeordneten Metallplatten, die die erfindungsgemäße Richtantenne bilden, Kupfer- oder Aluminiumplatten sind, die in einem Abstand parallel zueinander angeordnet sind, der der Dicke des dazwischen angeordneten Primärstrahlers entspricht. Die beiden Metallplatten werden auch als Elemente verwendet, die das Gehäuse der Richtantenne bilden.

Außerdem wird als elektromagnetische Wellen sendender und empfangender Primärstrahler einer verwendet, der zur effizienten Abstrahlung eines elektromagnetischen Strahls geeignet ist, beispielsweise ein Wellenleiter mit offenen Enden oder eine Dipolantenne. Der Primärstrahler ist an der Position des Brennpunkts des Wellensammlers und zwischen den beiden Metallplatten angeordnet.

Ferner werden als Eingangs und Ausgangsabschnitte, die die elektromagnetischen Wellen zwischen dem Wellensammler und den Eingangs- und Ausgangsabschnitten zusammenführen, Schlitze oder dergleichen verwendet, die eine Form aufweisen, durch die zwischen den parallelen Platten übertragene elektromagnetische Wellen nicht an den Eingangs- und Ausgangsabschnitten reflektiert werden. Zweckmäßiger Weise sind die Eingangs- und Ausgangsabschnitte an einer der beiden Metallplatten in Positionen angeordnet, die so nahe wie möglich bei dem Wellensammler liegen.

Bei der erfindungsgemäßen Richtantenne sind der elektromagnetische Wellen sendende und empfangende Primärstrahler und der flache Wellensammler für die elektromagnetischen Wellen zwischen den beiden Leiterplatten, beispielsweise parallel zueinander angeordneten Metallplatten, angeordnet, und mehrere Eingangs- und Ausgangsabschnitte zum Zusammenführen der elektromagnetischen Wellen zwischen dem Wellensammler und den Eingangs- und Ausgangsabschnitten sind an einer der Metallplatten angeordnet; in dem Wellensammler sind mehrere streifenförmige Elektroden in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet, das aus dem Material gefertigt ist, dessen Dielektrizitätskonstante durch das elektrostatische Feld verändert werden kann, und auf der anderen Oberfläche des Substrats ist die Gegenelektrode so ausgebildet, daß sie sich im wesentlichen über die gesamte Oberfläche erstreckt oder wie ein Streifen geformt und so angeordnet ist, daß die den streifenförmigen Elektroden auf der einen Oberfläche gegenüberliegt; und durch Anlegen des elektrostatischen Felds zwischen den streifenförmigen Elektroden und der Gegenelektrode zur teilweisen Veränderung der Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers in der zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrech ten Richtung kann die Richtung des über die Eingangs- und Ausgangsabschnitte abgestrahlten oder absorbierten Strahls elektromagnetischer Wellen verändert werden. Dementsprechend kann eine kleine Richtantenne ohne mechanischen Antriebsabschnitt im Inneren realisiert werden, die Zuverlässigkeit beim Betrieb kann verbessert werden, und die Dicke kann verringert werden, so daß die Größe des Radarsystems erheblich verringert werden kann. Dadurch kann ein leichtes, kleines und preisgünstiges Optimum an Hochleistungs-Richtantenne beispielsweise für ein Autoradarsystem geschaffen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden, genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Richtantenne gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter Form zeigt;
2 eine Draufsicht, die den inneren Aufbau der erfindungsgemäßen Richtantenne zeigt;
3A eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines für die erfindungsgemäße Richtantenne verwendeten Wellensammlers zeigt;
3B eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel des für die erfindungsgemäße Richtantenne verwendeten Wellensammlers zeigt;
4 ein Diagram, das das Ergebnis einer Bewertung des Merkmals zeigt, daß bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Richtantenne kugelförmige Wellen in ebene Wellen umgewandelt werden können; und
5 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Bewertung des Merkmals zeigt, daß die Phase der umgewandelten ebenen Wellen bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Richtantenne entsprechend der Position verändert werden kann.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Richtantenne 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in vereinfachter Form zeigt. Die Richtantenne 10 umfaßt einen Wellensammler 1, einen Schlitz 2, Schlitze 3 und ein Gehäuse 4. In dem Wellensammler 1 sind mehrere streifenförmige Elektroden 1b in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im wesentlichen parallel zueinander auf einer Oberfläche, bei dieser Ausführungsform der oberen Oberfläche, eines Substrats 1a angeordnet. Der als Primärstrahler fungierende Schlitz 2 ist in einer von zwei Metallplatten 4a und 4b (bei dieser Ausführungsform in der oberen Metallplatte 4a) ausgebildet, die leitfähig und parallel zueinander angeordnet sind und das Gehäuse 4 bilden. Die Schlitze 3 sind in einer der beiden parallel zueinander angeordneten Metallplatten 4a und 4b, bei dieser Ausführungsform in der oberen Metallplatte 4a ausgebildet und fungieren als mehrere Eingangs und Ausgangsabschnitte. Das Gehäuse 4 umfaßt die beiden parallel zueinander angeordneten Metallplatten 4a und 4b und fungiert als Gehäuse der Richtantenne 10. Ein an die Elektroden des Wellensammlers 1 angelegtes elektrostatisches Feld 5 ist ebenfalls in 1 gezeigt. Diese Ausführungsform wird hauptsächlich in bezug auf einen Fall beschrieben, in dem elektromagnetische Wellen durch den Schlitz 2 eingegeben werden.
Zunächst werden die durch den Schlitz 2 eingegebenen elektromagnetischen Wellen durch einen (nicht dargestellten) Wellenleiter oder dergleichen in ebene Wellen umgewandelt, während sie sich durch das Substrat 1a des Wellensammlers 1 ausbreiten, und aus den mit dem Wellensammler 1 gekoppelten Schlitzen 3 nach außen abgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt werden die Intensität und Verteilung des an den Wellensammler 1 angelegten elektrostatischen Felds 5 durch eine an die streifenförmigen Elektroden angelegte Spannung so eingestellt, daß die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante des Substrats des Wellensammlers 1 mit Position des als Primärstrahler dienenden Schlitzes 2 als Spitze als quadratische Funktion des Abstands von der Spitze verteilt ist. Dadurch werden die Phasen der von den als Eingangs- und Ausgangsabschnitte fungierenden Schlitzen 3 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen gleich, so daß ein Strahl elektromagnetischer Wellen aus den Schlitzen 3 nach vorne abgestrahlt wird. Wenn die Verteilung in Form einer quadratischen Funktion durch Einstellen der Intensität und Verteilung des elektrostatischen Felds 5 so aus der Position des Schlitzes 2 verschoben wird, daß es im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Zustand parallel nach rechts oder links verschoben wird, werden die Phasendifferenzen zwischen den durch die danebenliegenden Schlitze 3 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen entsprechend dem Betrag der Positionsverschiebung gleich. Dementsprechend ist der Strahl, der eine Zusammensetzung dieser elektromagnetischen Wellen umfaßt, in Bezug auf die Vorwärtsrichtung aus den Schlitzen 3 in einem der Phasendifferenz entsprechenden Winkel geneigt.
Während bei dem in 1 gezeigten Beispiel der als Primärstrahler dienende Schlitz 2, der ein Eingangsabschnitt ist, und die Schlitze 3, die Ausgangsabschnitte sind, auf der gleichen Metallplatte 4a unter den beiden parallel zueinander angeordneten Metallplatten 4a und 4b angeordnet sind, sind bei normalen Richtantennen die Eingangs- und Ausgangsabschnitte im Hinblick einer effektiven Raumausnutzung häufig auf unterschiedlichen Metallplatten vorgesehen.
Wenn die Schlitze 3 als Ausgangsabschnitte selbst als Antenne fungieren, wird nur durch den in 1 gezeigten Aufbau eine ausreichende Funktion als Richtantenne erzielt. Ferner kann durch Verbinden von Antennenelementen oder Antennenanordnungen mit den Schlitzen 3 eine beliebige Strahlenkonfiguration oder Antennenverstärkung erzielt werden. Überdies kann durch Verbinden ebener Antennenelemente oder ebener Antennenanordnungen mit den Schlitzen 3 eine beliebige Strahlenkonfiguration oder Antennenverstärkung erzielt werden, und eine insgesamt dünne Richtantenne kann konstruiert werden.
2 ist eine Draufsicht, die den inneren Aufbau der erfindungsgemäßen Richtantenne 10 zeigt. In 2 ist die Metallplatte 4b, in der kein Schlitz 2 und keine Schlitze 3 ausgebildet sind, unter den beiden in 1 gezeigten Metallplatten 4a und 4b nicht dargestellt. Vorzugsweise ist ein Metallrahmen 6 so vorgesehen, daß er den Wellensammler 1, den Schlitz 2 und die Schlitze 3 umgibt, wie in 2 gezeigt. Durch Vorsehen des Metallrahmens 6 können die unnötig nach außen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen reduziert werden, wodurch die Antenneneffizienz verbessert werden kann. Der Metallrahmen 6 wird unter Verwendung eines Metalls mit ausgezeichneter Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit, wie Kupfer, Aluminium oder Eisen, gefertigt und so angeordnet, daß er so nahe wie möglich an den Seiten des Wellensammlers 1 liegt. In bezug auf die Positionsbeziehung zwischen dem Metallrahmen 6 und dem Primärstrahler weist der Metallrahmen 6 beispielsweise eine parabolische Form auf, und der Primärstrahler ist am Brennpunkt der Parabel angeordnet, damit die unnötiger Weise zurückgestrahlten elektromagnetischen Wellen effizient nach vorne abgestrahlt werden. In bezug auf die Positionsbeziehung zwischen dem Metallrahmen 6 und den Eingangs- und Ausgangsabschnitten sind der Metallrahmen 6 und die Eingangs- und Ausgangsabschnitte so angeordnet, daß die elektromagnetischen Wellen möglichst effizient an den Eingangs- und Ausgangsabschnitten abgestrahlt werden. Der Metallrahmen 6 und die Metallplatten 4a und 4b werden durch eine Metallverbindung, wie Löten, verbunden.
3A ist eine Schnittansicht in der zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Richtung, die ein Beispiel des für die erfindungsgemäße Richtantenne 10 verwendeten Wellensammlers 1 zeigt. Bei dem in 3A gezeigten Beispiel sind mehrere streifenförmige Elektroden 1b und mehrere streifenförmige Elektroden 1c mit der gleichen Form so auf beiden Oberflächen des Substrats 1a angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Wenn die streifenförmigen Elektroden 1b und die streifenförmigen Gegenelektroden 1c so angeordnet sind, daß sie einander, wie vorstehend erwähnt, gegenüberliegen, ist es leicht, das elektrostatische Feld zu steuern.
3B ist eine Schnittansicht in der zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Richtung, die ein weiteres Beispiel des für die erfindungsgemäße Richtantenne 10 verwendeten Wellensammlers 1 zeigt. Wenn die Gegenelektrode 1c im wesent lichen so auf der gesamten Oberfläche des Substrats 1a ausgebildet ist, daß sie den Elektroden 1b gegenüberliegt, wie in 3B gezeigt, kann die Verdrahtung vereinfacht werden.
Als nächstes wird ein konkretes Beispiel der erfindungsgemäßen Richtantenne 10 beschrieben.
Der Wellensammler 11 der erfindungsgemäßen Richtantenne 10 wurde wie folgt hergestellt. Zunächst wurde auf einer Metallplatte 4a aus Kupfer mit einer Breite von 30 mm und einer Länge von 50 mm ein aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante durch Anlegen eines elektrostatischen Felds in einem Bereich von 2 bis 4 verändert wurde, gefertigtes Substrat 1a mit einer Länge von 25 mm und einer Breite von 30 mm an einer 5 mm von einer Endfläche der Metallplatte 4a entfernten Position auf der Seite in Längsrichtung angeordnet, die die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen war. Dann wurden auf einer Oberfläche des Substrats 1a die streifenförmigen Elektroden 1b mit einer Breite von 1 mm und einer Länge von 25 mm, die sich in der Richtung der Länge erstrecken, in Abständen p von 1 mm in der Richtung der Breite erzeugt, und auf der anderen Oberfläche wurde im wesentlichen auf der gesamten anderen Oberfläche die Gegenelektrode 1c so erzeugt, daß sie den Elektroden 1b gegenüberliegt. Danach wurden die Gegenelektrode 1c und die Metallplatte 4b so miteinander verbunden, daß die Gegenelektrode 1c die Erdebene war. Der Wellensammler 1 wurde auf diese Weise hergestellt. Der Primärstrahler 2 wurde so vorgesehen, daß er in der Mitte der 30 mm langen Seite des Wellensammlers 1 in engem Kontakt stand.
Dann wurde die zwischen den streifenförmigen Elektroden 1b und der Gegenelektrode 1c (der Erdebene) angelegte Gleichspannung wie folgt eingestellt: Das elektrostatische Feld wurde so eingestellt, daß die Dielektrizitätskonstante in der Mitte der 30 mm langen Seite des Wellensammlers 1 4 und an ihrem Ende 2 betrug, daß die Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstante zwischen der Mitte der Seite und ihrem Ende proportional zum Quadrat des Abstands von der Mitte abnahm und daß die Verteilung der Dielektrizitätskonstante in der Richtung der Länge des Substrats 1a (die der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen entsprach) gleichmäßig war. An dem derart eingestellten Wellensammler 1 wurde unter Verwendung des FDTD-Verfahrens (des Finite-Difference-Time-Domain-Verfahrens bzw. der Zeitbereichsanalyse mittels finiter Differenzen) eine Simulation der Verteilung des elektromagnetischen Felds ausgeführt.
Zu diesem Zeitpunkt wurde an einem Ende in der Mitte in der Richtung der Länge des den Wellensammler 1 bildenden Substrats 1a ein Eingangssignal von 10 GHz erzeugt, und die Phasen der über den Primärstrahler 2 eingegebenen Mikrowellensignale in der Mitte in der Richtung der Dicke des den Wellensammler 1 bildenden Substrats 1a wurden untersucht. Dabei wurde die Verteilung des elektrischen Felds eines bei einer Gelegenheit auf einer Ebene in der Mitte in der Richtung der Dicke des Wellensammlers 1 eingegebenen Mikrowellensignals in Schritten von 2 mm untersucht, wobei die Richtung von der Mitte des Wellensammlers 1 zur rechten Seite des Wellensammlers 1 als positive Richtung diente. Das Ergebnis ist in 4 als Diagramm gezeigt.
In 4 repräsentiert die Abszisse den Abstand von den Enden der Metallplatten 4a und 4b (Einheit: mm), die Ordinate repräsentiert die Intensität des elektrischen Felds in der Mitte in der Richtung der Dicke des Wellensammlers 1 (Einheit: standardisiert durch den maximalen Wert des von dem Primärstrahler 2 abgestrahlten elektrischen Felds), und jede Kennlinie repräsentiert die Intensität des e lektrischen Felds an jeder Position. Der Bereich der Abstände von 5 bis 30 mm auf der Abszisse repräsentiert die Positionen, an denen das als Wellensammler verwendete dielektrische Substrat 1a vorhanden ist.
Wie in 4 gezeigt, stimmen in diesem Zustand auf der von der Seite des Primärstrahlers 2 aus gesehen gegenüberliegenden Seite des Wellensammlers 1 die Phasen sämtlicher Mikrowellensignale überein, und es wird die gleiche Wirkung erzeugt, wie wenn der Primärstrahler an einem Brennpunkt einer ebenen Linse angeordnet ist. Damit ist offensichtlich, daß der Wellensammler 1 als Linse für elektromagnetische Wellen fungiert.
Als nächstes wurde ebenfalls gemäß dem FDTD-Verfahren unter den wie folgt eingestellten Bedingungen eine der vorstehend beschriebenen ähnliche Simulation ausgeführt: Die an die Elektroden 1b und 1c auf dem Substrat 1a des Wellensammlers 1 angelegte Gleichspannung wurde bei einer festen Positionsbeziehung zwischen dem Wellensammler 1 und dem Primärstrahler 2 parallel verschoben, die Position, an der die Dielektrizitätskonstante 4 betrug, wurde aus der Mitte des Wellensammlers 1 in der Richtung der Breite des Wellensammlers 1 um 4 mm nach links verschoben, und die Verteilung der Dielektrizitätskonstante wurde ebenfalls parallel um 4 mm nach links verschoben. In diesem Fall wurde auch die Verteilung des elektrischen Felds eines bei einer Gelegenheit auf einer Ebene in der Mitte in der Richtung der Dicke des Wellensammlers 1 eingegebenen Mikrowellensignals in Schritten von 2 mm untersucht, wobei die Richtung von der Mitte des Wellensammlers 1 zur rechten Seite des Wellensammlers 1 als positive Richtung fungierte. Das Ergebnis ist in 5 als dem gemäß 4 ähnliches Diagramm gezeigt.
Wie aus dem in 5 gezeigten Ergebnis hervorgeht, ist die Position, an der die Phase des Mikrowellensignals in dem dem Primärstrahler 2 des Wellensammlers 1 gegenüberliegenden Raum in diesem Zustand 0 beträgt, 37 mm auf der Ausdehnungslinie in der Mitte des Wellensammlers 1. Die Phase entwickelt sich auf einer 10 mm entfernten, geraden Linie links von der Mitte des Wellensammlers 1 (einer Linie von -10 mm) weiter; der Punkt, an dem die Phase 0 ist, ist 33,5 mm. Dagegen nimmt die Phase auf einer 10 mm entfernten, geraden Linie auf der rechten Seite (der Linie von + 10 mm) ab; der Punkt, an dem die Phase 0 beträgt, ist 41,5 mm. An den dazwischen liegenden Positionen unterscheidet sich der Punkt, an dem die Phase 0 beträgt, ebenfalls entsprechend dem Abstand von der Mitte. In diesem Bereich verändert sich die Phase entsprechend dem Abstand von der Mitte linear, und in einem Bereich von ± 10 mm verändert sich die Phase linear um 120°.
Die Beziehung zwischen der Neigung des Oberstrahls gleichmäßig beabstandeter linearer Antennenanordnungen und der Phasendifferenz zwischen nebeneinander liegenden Antennenelementen wird im allgemeinen durch φ = (2πd/λ) sin θ sausgedrückt, wobei φ die Phasendifferenz zwischen den nebeneinander liegenden Elementen, d der Abstand zwischen den Antennenelementen, λ die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle in dem Raum und θ s die Neigung des Oberstrahls repräsentieren.
Wenn bei den vorstehend beschriebenen Simulationen davon ausgegangen wird, daß die Eingangs und Ausgangsabschnitte 3 in unmittelbarer Nähe des Wellensammlers 1 angeordnet sind, daß jeder der Eingangs- und Ausgangsabschnitte 3 mit einem Antennenelement verbunden ist und daß der Abstand zwischen den Antennen elementen 4 mm beträgt, beträgt θ s 30°, da bei dieser Ausführungsform die Wellenlänge in dem Raum 30 mm beträgt und in einem Bereich von 20 mm eine Phasendifferenz von 120° vorliegt. Wie daraus ersichtlich, ist der eine Kombination der elektromagnetischen Wellen umfassende Strahl offensichtlich geneigt, da sich die Phasen der durch die in der Nähe des Wellensammlers 1 angeordneten Eingangs- und Ausgangsabschnitte 3 gestrahlten elektromagnetischen Wellen entsprechend der Position linear verändern.
Überdies ist offensichtlich, daß der Betrag der Phasenänderung durch die Verteilung der Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers 1 bestimmt wird. Dies bedeutet, daß der Betrag der Phasenänderung durch die Position der Spitze der Verteilung des an die streifenförmigen Elektroden 1b des Wellensammlers 1 angelegten elektrostatischen Felds bestimmt wird. Daher kann durch Verändern der Verteilung des elektrostatischen Felds eine beliebige Phasenänderung in einem Bereich erfolgen, der einer Verteilung entspricht, die innerhalb des durch das Material des Wellensammlers bestimmten Bereichs der Änderungsrate der Dielektrizitätskonstante angenommen werden kann.
Dementsprechend ist offensichtlich, daß der über die Eingangs- und Ausgangsabschnitte 3 gesendete oder empfangene Strahl elektromagnetischer Wellen bei der erfindungsgemäßen Richtantenne 10 entsprechend der Veränderung des an den Wellensammler 1 angelegten elektrostatischen Felds geneigt werden kann. Daher kann, beispielsweise durch periodisches Verändern des elektrostatischen Felds, eine Abtastung durch den Strahl elektromagnetischer Wellen veranlaßt werden.
Überdies kann als durch das Material des Wellensammlers 1 und die Verteilung des an den Wellensammler 1 angelegten elektro statischen Felds bestimmter minimaler Führungswinkel ein beliebiger Winkel ausgewählt werden. Der maximale Abtastwinkel wird ebenfalls durch das Material des Wellensammlers 1 und die Verteilung des angelegten elektrostatischen Felds bestimmt, und insbesondere wird der maximale Wert durch das Material des Wellensammlers 1 bestimmt. Dies bedeutet, daß der Abtastwinkel um so größer sein kann, je höher das Verhältnis zwischen der Dielektrizitätskonstante in einem Zustand, in dem kein elektrisches Feld angelegt wird, und der Dielektrizitätskonstante in einem Zustand ist, in dem die Veränderung der Dielektrizitätskonstante selbst dann gesättigt ist, wenn das elektrische Feld weiter angelegt wird. Daher ist es leicht, eine Abtastung mit dem Strahl elektromagnetischer Wellen mit einem für die Praxis ausreichenden Abtastwinkel zu veranlassen.
Durch vorstehendes wird bestätigt, daß die erfindungsgemäße Richtantenne 10 ausgezeichnete Führungseigenschaften aufweist und ohne die Notwendigkeit eines mechanischen Antriebsabschnitts zur Arbeit nur durch eine elektrische Signalsteuerung geeignet ist, die im Anlegen eines elektrostatischen Felds an den Wellensammler 1 besteht.
Vorstehend beschriebenes ist lediglich ein Beispiel von Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht darauf begrenzt, und zahlreiche Veränderungen und Verbesserungen können vorgenommen werden, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Für die beiden parallel zueinander angeordneten Leiterplatten können beispielsweise Keramiksubstrate, deren Rückseiten im wesentlichen vollständig metallisiert sind, oder Harzleiterplatten verwendet werden, deren Rückseite annähernd vollständig mit Kupferfolienmustern bedeckt ist.

Claims

Richtantenne (10) mit einer ersten Leiterplatte (4a), einem Primärstrahler (2) zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen, Eingangs- und Ausgangsbereichen (3), und einem Wellensammler (1) für elektromagnetische Wellen zwischen dem Primärstrahler (1) und den Eingangs- und Ausgangsbereichen (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite zueinander Leiterplatte (4b) parallel zur ersten Leiterplatte angeordnet ist, der Primärstrahler (2) und der Wellensammler (1) zwischen den beiden Leiterplatten (4a, 4b) angeordnet sind, mehrere Eingangs- und Ausgangsbereiche (3) vorgesehen sind zum Führen der elektromagnetischen Wellen zum Wellensammler (1), wobei die Eingangs- und Ausgangsbereiche (3) an einer (4a) der Leiterplatten (4a, 4b) angeordnet sind, der Wellensammler (1) wie eine flache Platte geformt ist und ein Substrat aufweist, das aus einem Material gefertigt ist, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld (5) verändert werden kann, wobei mehrere streifenförmige Elektroden (1b) so auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sind, daß sie in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen parallel zueinander sind, und wobei eine Gegenelektrode (1c) auf der anderen Oberfläche des Substrats (1a) ausgebildet ist, die sich über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so in Streifen unterteilt ist, daß diese den streifenförmigen Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche gegenüberliegen, wobei das elektrostatische Feld (5) zwischen den Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche und der Gegenelektrode (1c) auf der anderen Oberfläche durch eine an die Elektroden angelegte Spannung eingestellt wird, um die Dielektrizitätskonstante des Wellensammlers (1) in der zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen senkrechten Richtung ändern, wodurch die Richtung eines durch die Eingangs- bzw. Ausgangsbereiche abzustrahlenden bzw. aufzunehmenden Strahls elektromagnetischer Wellen veränderlich gemacht wird.
Richtantenne (10) nach Anspruch 1, bei der der Wellensammler (1) innerhalb einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat (1a) des Wellensammlers (1) senkrechten Ebene eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die in einer zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche senkrechten Richtung unverändert bleibt, und in einer zur kürzeren Seite parallelen Richtung Brechungsindizes für elektromagnetische Wellen aufweist, die mit dem Extremum an einer vorbestimmten Stelle als quadratische Funktion des Abstands verlaufen.
Richtantenne (10) nach Anspruch 1, bei der die Dielektrizitätskonstante des Materials des Substrats (1a), dessen Dielektrizitätskonstante durch das elektrostatische Feld (5) geändert werden kann, durch Anlegen des elektrostatischen Felds (5) um 20 % oder mehr geändert wird und der dielektrische Verlust 1 % oder weniger beträgt.
Richtantenne (10) nach Anspruch 3, bei der das Material des Substrats (1a) ein Ferroelektrikum aus (Ba, Sr)TiO₃, BaTiO₃ oder SrTiO₃ oder ein Flüssigkristallmaterial, wie nematisches Flüssigkristall, cholesterisches Flüssigkristall oder smektisches Flüssigkristall, oder ein Flüssigkristallpolymer ist.
Richtantenne (10) nach Anspruch 2, bei der der Wellensammler (1) innerhalb einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat (1a) des Wellensammlers (1) senkrechten Ebene die höchste Dielektrizitätskonstante in der zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektrode (1b) auf der einen Oberfläche parallelen Richtung in der Mitte des Substrats (1a) aufweist und außerdem Dielektrizitätskonstanten hat, die sich so verringern, daß die Quadratwurzeln der Dielektrizitätskonstanten als quadratische Funktionen des Abstands zum Rand des Substrats abnehmen, wodurch die Brechungsindizes der elektromagnetischen Wellen als quadratische Funktionen des Abstands mit dem Extremum in der Mitte des Substrats abnehmen.
Wellensammler (1) mit einem Substrat (1a) aus einem Material, dessen Dielektrizitätskonstante durch ein elektrostatisches Feld geändert werden kann, wobei sich elektromagnetische Wellen im Substrat (1) in einer bestimmten Ausbreitungsrichtung ausbreiten, streifenförmigen Elektroden auf einer Oberfläche des Substrats (1a), die in der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen parallel zueinander angeordnet sind; und einer Gegenelektrode (1c) auf der anderen Oberfläche des Substrats (1a), die sich über die gesamte andere Oberfläche erstreckt oder so in Streifen unterteilt ist, daß diese den streifenförmigen Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche gegenüberliegen, wobei die Dielektrizitätskonstante des Wellenleiters (1) in der zur Ausbreitungsrichtung senkrechten Richtung durch Anlegen eines elektrostatischen Felds zwischen den Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche und der Gegenelektrode (1c) auf der anderen Oberfläche geändert wird.
Wellensammler nach Anspruch 6, bei dem der Wellensammler (1) in einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat (1a) des Wellensammlers (1) senkrechten Ebene eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die in der zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektroden (1b) auf der einen Oberfläche senkrechten Richtung unverändert bleibt, und in der zur kürzeren Seite parallelen Richtung Brechungsindizes der elektromagnetischen Wellen hat, die als quadratische Funk tionen des Abstands mit dem Extremum an einer vorbestimmten Stelle verlaufen.
Wellensammler nach Anspruch 6, bei dem die Dielektrizitätskonstante des Materials des Substrats (1a), dessen Dielektrizitätskonstante durch das elektrostatische Feld (5) geändert werden kann, durch Anlegen des elektrostatischen Felds (5) um 20 % oder mehr geändert wird und der dielektrisch Verlust 1 % oder weniger beträgt.
Wellensammler nach Anspruch 8, bei dem das Material des Substrats (1a) ein Ferroelektrikum aus (Ba, Sr)TiO₃, BaTiO₃ oder SrTiO₃, ein Flüssigkristallmaterial, wie nematisches Flüssigkristall, cholesterisches Flüssigkristall oder smektisches Flüssigkristall, oder ein Flüssigkristallpolymer ist.
Wellensammler nach Anspruch nach Anspruch 7, bei dem der Wellensammler (1) innerhalb einer zur Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen im Substrat (1a) des Wellensammlers (1) senkrechten Ebene in der zur kürzeren Seite der streifenförmigen Elektrode (1b) auf der einen Oberfläche parallelen Richtung die höchste Dielektrizitätskonstante in der Mitte des Substrats (1a) aufweist und außerdem Dielektrizitätskonstanten hat, die sich so verringern, daß die Quadratwurzeln der Dielektrizitätskonstanten als quadratische Funktionen des Abstands zum Rand des Substrats abnehmen, wodurch die Brechungsindizes der elektromagnetischen Wellen als quadratische Funktionen des Abstands mit dem Extremum in der Mitte des Substrats abnehmen.