DE112021002225T5

DE112021002225T5 - Dielektrische Linse und elektromagnetische Vorrichtung mit derselben

Info

Publication number: DE112021002225T5
Application number: DE112021002225.3T
Authority: DE
Inventors: Trevor Polidore; Sergio Clavijo; Dirk Baars; John Sanford
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20210328356A1; US11482790B2; JP2023525644A; KR20220166314A; GB2609112A; WO2021206977A1; GB202214281D0

Abstract

Eine dielektrische Linse mit: einem dreidimensionalen 3D-Körper aus dielektrischem Material mit einer räumlich variierenden Dielektrizitätskonstante Dk; wobei der 3D-Körper mindestens drei Bereiche R(i) mit lokalen Maxima der Dielektrizitätskonstantenwerte Dk(i) relativ zu umgebenden Bereichen der jeweiligen der mindestens drei Bereiche R(i) aufweist, wobei die Orte der mindestens drei Bereiche R(i) durch lokale Koordinaten von: Azimutwinkel (i), Zenitwinkel (i) und radialer Abstand (i), relativ zu einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt, der dem 3D-Körper zugeordnet ist, wobei (i) ein Index ist, der von 1 bis mindestens 3 reicht; wobei das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers so konfiguriert ist, dass es als eine Funktion des Zenitwinkels zwischen einem ersten Bereich R(1) und einem zweiten Bereich R(2) bei einem gegebenen Azimutwinkel und einem gegebenen radialen Abstand variiert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der US-Anmeldung Nr. 17/216989 , eingereicht am 30. März 2021, die die Vorteile der US-Vorläufigen Anmeldung Nr. 63/006,976, eingereicht am 8. April 2020, beansprucht, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten sind.
HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine dielektrische Linse, insbesondere auf eine dielektrische Linse mit mindestens drei unterscheidbaren Fokussierungs- oder Defokussierungsabschnitten, und insbesondere auf eine elektromagnetische, EM, Vorrichtung mit einer Phased-Array-Antenne, die für eine EM-Kommunikation mit einer dielektrischen Linse mit mindestens drei unterscheidbaren Fokussierungs- oder Defokussierungsabschnitten angeordnet und konfiguriert ist.
Phased-Array-Antennen sind nützlich, um eine EM-Wellenfront in eine oder zwei Richtungen entlang einer Ausbreitungsrichtung der EM-Strahlung zu lenken. Bei einer typischen Phased-Array in Planarbauweise kann die Steuerungsfähigkeit begrenzt sein, da die effektive Apertur mit zunehmendem Steuerungswinkel abnimmt. Um die Steuerungsfähigkeit zu verbessern, wurden bei bestehenden Systemen mehr Segmente der Phased-Array Antennenbasisstation und/oder Luneburg-Linsen eingesetzt. Wie zu erkennen ist, führt eine Erhöhung der Anzahl der Segmente der Phased-Array Antennenbasisstation zu zusätzlichen Kosten und zusätzlichem Platzbedarf für die Hardware, und die Verwendung von Luneburg-Linsen erfordert die Verwendung von nichtplanaren Gruppen.
Bestehende EM-Phased-Array-Kommunikationssysteme können zwar für den beabsichtigten Zweck geeignet sein, aber der Stand der Technik in Bezug auf solche Systeme würde mit einer dielektrischen Linse oder einer Kombination aus dielektrischer Linse und Phased-Array-Antenne, die die Nachteile des bestehenden Standes der Technik überwindet, weiterentwickelt werden.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform umfasst eine dielektrische Linse mit: einem dreidimensionalen, 3D, Körper aus dielektrischem Material mit einer räumlich variierenden Dielektrizitätskonstante, Dk; wobei der 3D-Körper mindestens drei Bereiche R(i) mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) relativ zu umgebenden Bereichen von jeweiligen der mindestens drei Bereiche R(i) aufweist, wobei die Orte der mindestens drei Bereiche R(i) durch lokale Koordinaten definiert sind von: Azimutwinkel (i), Zenitwinkel (i) und radialer Abstand (i), relativ zu einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt, der dem 3D-Körper zugeordnet ist, wobei (i) ein Index ist, der von 1 bis mindestens 3 reicht; wobei das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers so konfiguriert ist, dass es als eine Funktion des Zenitwinkels zwischen einem ersten Bereich R(1) und einem zweiten Bereich R(2) bei einem gegebenen Azimutwinkel und einem gegebenen radialen Abstand variiert.
Eine Ausführungsform umfasst eine dielektrische Linse mit: einem dreidimensionalen, 3D, Körper aus dielektrischem Material mit einer räumlich variierenden Dk, die sich entlang von mindestens drei verschiedenen Strahlen mit unterschiedlichen Richtungen und einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt von dem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt zu einer äußeren Oberfläche des 3D-Körpers ändert, wobei der bestimmte gemeinsame Ursprungspunkt von dem 3D-Körper umhüllt wird; wobei die mindestens drei verschiedenen Strahlen Orte von entsprechenden von mindestens drei Bereichen R(i) des 3D-Körpers mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) relativ zu dem dielektrischen Material von unmittelbar umgebenden Bereichen von entsprechenden der mindestens drei Bereiche R(i) definieren, wobei (i) ein Index ist, der von 1 bis mindestens 3 reicht; wobei das dielektrische Material des 3D-Körpers ein räumlich variierendes Dk von jedem der mindestens drei Bereiche R(i) zu jedem anderen der mindestens drei Bereiche R(i) entlang eines beliebigen Pfades innerhalb des 3D-Körpers aufweist.
Eine Ausführungsform umfasst eine elektromagnetische EM-Vorrichtung mit: einer Phased-Array-Antenne; und einer dielektrischen Linse gemäß einer der vorstehenden Linsen; wobei die jeweilige dielektrische Linse so konfiguriert und angeordnet ist, dass sie bei elektromagnetischer Anregung in EM-Kommunikation mit der Phased-Array-Antenne steht.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Es wird auf die beispielhaften, nicht einschränkenden Zeichnungen verwiesen, in denen gleiche Elemente in den begleitenden Abbildungen gleich nummeriert sind:

1 zeigt eine gedrehte isometrische Ansicht eines analytischen 3D-Blockdiagramms einer dielektrischen Linse, die ein Beispiel für eine Linse darstellt, die über einer Phased-Array-Antenne positioniert ist, gemäß einer Ausführungsform;
2A und 2B zeigen einen vorderen Querschnitt der Ausführungsform von 1 durch die x-z-Ebene, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
3 zeigt eine Draufsicht auf die Ausführungsform von 1, gemäß einer Ausführungsform;
4A zeigt eine gedrehte isometrische Ansicht der halbsymmetrischen Ansicht von 1 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
4B zeigt die Querschnitte L1-L4 der entsprechenden Schnitte durch die in 4A dargestellte halbsymmetrische Ansicht, gemäß einer Ausführungsform;
4C zeigt erweiterte Ansichten der Querschnittscheiben L3 und L4 von 4B, gemäß einer Ausführungsform;
5 zeigt eine Darstellung eines sphärischen Koordinatensystems, wie es hier in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet wird;
6 zeigt eine transparente Draufsicht auf ein anderes Beispiel einer dielektrischen Linse, die der in 1 gezeigten ähnlich ist, jedoch eine andere Form und ein anderes äußeres Profil aufweist, wie in einer Ausführungsform;
7A-7J zeigen in gedrehten isometrischen Ansichten beispielhafte alternative 3D-Formen für die hierin offenbarten Linsen gemäß einer Ausführungsform;
8A-8E zeigen beispielhafte 2D x-y-Ebenen-Querschnittsansichten der 3D-Formen von 7A-7J, gemäß einer Ausführungsform; und,
Die zeigen in gedrehten isometrischen Ansichten repräsentative alternative Oberflächen zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl die folgende ausführliche Beschreibung viele Einzelheiten zur Veranschaulichung enthält, wird jeder, der sich auf dem Gebiet der Technik auskennt, erkennen, dass viele Variationen und Abänderungen der folgenden Einzelheiten in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Dementsprechend werden die folgenden Ausführungsbeispiele ohne Verlust an Allgemeinheit und ohne Einschränkung der beanspruchten, hierin offenbarten Erfindung dargelegt.
Eine Ausführungsform, wie sie in den verschiedenen Abbildungen und im Begleittext gezeigt und beschrieben wird, stellt eine dreidimensionale, dielektrische 3D-Linse mit mindestens drei unterscheidbaren Fokussierungs- oder Defokussierungsabschnitten bereit, die strategisch innerhalb des Linsenkörpers angeordnet sind und strukturell und elektromagnetisch so konfiguriert sind, dass sie mit einer Phased-Array-Antenne zusammenwirken, um die Strahlsteuerung einer EM-Wellenfront um +/- 90 Grad relativ zu einer Ausbreitungsrichtung der EM-Strahlungswellenfront zu erleichtern, was für eine erhöhte Signalabdeckung sorgt, ohne dass erhöhte Basisstationssegmente erforderlich sind. Jeder der mindestens drei unterscheidbaren Fokussierungs-/Defokussierungsabschnitte der dielektrischen 3D-Linse wird durch entsprechende Bereiche gebildet, die ein lokales Maximum der Dielektrizitätskonstante Dk aufweisen, was im Folgenden näher erläutert wird. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff dielektrische Linse einen 3D-Körper aus dielektrischem Material, der dazu dient, die räumliche Verteilung der abgestrahlten EM-Energie zu verändern, und wie hier offenbart, dient er insbesondere dazu, die räumliche Verteilung der abgestrahlten EM-Energie über die mindestens drei Fokussierungs-/Defokussierungsabschnitte zu verändern, im Gegensatz dazu, als strahlende Antenne an sich zu dienen.
Während die hier beschriebenen oder abgebildeten Ausführungsformen eine bestimmte Geometrie oder ein analytisches Modell als beispielhafte dielektrische Linse darstellen können, ist es verständlich, dass eine hier offengelegte Ausführungsform auch auf andere Geometrien oder Strukturen anwendbar ist, die für einen hier offengelegten Zweck geeignet sind und in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Die hierin enthaltenen Abbildungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als die einzig möglichen Konstruktionen für einen hierin offengelegten Zweck zu verstehen. So beziehen sich beispielsweise mehrere der nachstehend beschriebenen Figuren auf ein beispielhaftes analytisches Blockelement 104 (siehe 4A), das nur der Veranschaulichung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist, da die beigefügten Ansprüche auch ein dielektrisches Linsenkonstrukt mit einem allmählichen und nicht einem schrittweisen Übergang der Dielektrizitätskonstanten von einem Bereich der Linse zu einem anderen Bereich der Linse umfassen sollen. Alle Konstruktionen, die in den Anwendungs-bereich der beigefügten Ansprüche fallen, werden in Betracht gezogen und als inhärent betrachtet, auch wenn sie hier nicht ausdrücklich offenbart sind.
Es wird nun auf die 1-9C verwiesen, in denen: 1 zeigt eine gedrehte isometrische Ansicht eines analytischen 3D-Blockdiagramm-Modells einer dielektrischen Linse, die für eine hierin offengelegte Beispielsausführungsform repräsentativ ist; 2A und 2B zeigen eine durch die x-z-Ebene geschnittene vordere Querschnittsansicht der Ausführungsform von 1 (hier als halbsymmetrische Ansicht bezeichnet); 3 zeigt eine Draufsicht auf die Ausführungsform von 1; 4A zeigt eine gedrehte isometrische Ansicht einer halbsymmetrischen Ansicht von 1 (eine Dicke von 3-1/2 Blockelementen 104), die auch in 2A und 2B zu sehen ist, wobei eine Dk-Skala 102 mit beispielhaften Dk-Werten und ein beispielhaftes analytisches Blockelement 104 dargestellt sind; 4B zeigt Querschnittsschnitte L1-L4 von entsprechenden aufeinanderfolgenden Schnitten durch die in 4A dargestellte halbsymmetrische Ansicht; 4C zeigt erweiterte Ansichten der Querschnittsschnitte L3 und L4 von 4B; 5 zeigt eine Darstellung eines sphärischen Koordinatensystems, wie es hier angewendet wird; 6 zeigt eine transparente Draufsicht auf eine andere dielektrische Beispiellinse, die derjenigen von 1 ähnlich ist, jedoch eine andere Form und ein anderes Außenprofil aufweist; 7A-7J zeigen beispielhafte alternative 3D-Formen für jede hier offengelegte Linse; 8A-8E zeigen beispielhafte 2D-x-y-Ebenen-Querschnitte der 3D-Formen von 7A-7J; und 9A-9C zeigen repräsentative alternative Oberflächen zur Verwendung gemäß einer hier offengelegten Ausführungsform. Was das Beispiel des analytischen Blockelements 104 in dem in den verschiedenen Figuren dargestellten analytischen Modell betrifft, so hat jedes Blockelement 104 die folgenden Abmessungen: dx=4,92mm (Millimeter), dy=5,26mm und dz=5,04mm. Alternativ dazu hat jedes Blockelement 104 dx, dy, dz Abmessungen, die ungefähr 2λ/3 betragen, wobei λ die Wellenlänge bei einer Betriebsfrequenz von 39 GHz (GigaHertz) ist. Diese Blockelementabmessungen dienen jedoch nur zur Veranschaulichung oder für analytische Zwecke und stellen keine Einschränkung des Umfangs der beanspruchten Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen dar. Hinsichtlich der Querschnittscheiben L1-L4 zeigt ein Vergleich von 4B mit 4A, dass die Scheibe L1 dem hinteren äußeren Oberflächenbereich 206 des 3D-Körpers 200 entspricht, die halbe Scheibe L4 entspricht dem Schnitt in der x-z-Ebene von 4A, und die Scheiben L2 und L3 entsprechen den Zwischenbereichen zwischen Scheibe L1 und halber Scheibe L4. Was die in 4A dargestellte Dk-Skala 102 betrifft, so umfasst ein Ausführungsbeispiel eine Dk-Variation mit einer relativen Dielektrizitätskonstante, die von gleich oder größer als 1,2 (hellgrau dargestellt) bis gleich oder kleiner als 3,6 (dunkelgrau oder schwarz dargestellt) reicht. Es wird jedoch deutlich, dass diese Dk-Variation nur zu analytischen Zwecken dient und den Umfang der beanspruchten Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen nicht einschränkt.
Wie in den verschiedenen Abbildungen zu sehen ist, sind sowohl ein orthogonales x-y-z-Koordinatensystem als auch ein sphärisches Koordinatensystem dargestellt, und auf beide wird im Folgenden Bezug genommen, um ein vollständigeres Verständnis des hier offengelegten Gegenstandes zu ermöglichen. In Bezug auf 2B sind die inkrementellen +/- Zenitwinkel in Schritten von 15 Grad dargestellt.
Ein Beispiel für eine dielektrische Linse 100 umfasst einen dreidimensionalen 3D-Körper 200 aus dielektrischem Material mit einer räumlich variierenden Dk, wobei der 3D-Körper 200 mindestens drei Bereiche R(i) 300 (erster, zweiter und dritter Bereich R(1), R(2) und R(3), einzeln aufgezählt durch die Referenznummern 301, 302, und 303) mit lokalen Maxima der Werte der Dielektrizitätskonstante (relative Dielektrizitätskonstante) Dk(i) relativ zu den umgebenden Regionen der jeweiligen der mindestens drei Regionen R(i) 300, wobei die Orte der mindestens drei Regionen R(i) 300 durch lokale sphärische Koordinaten definiert werden können von: Azimutwinkel(i), Zenitwinkel(i) und radialer Abstand(i), relativ zu einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt 202, der dem 3D-Körper 200 zugeordnet ist, wobei (i) ein Index ist, der im Bereich von 1 bis mindestens 3 liegt (Veranschaulichung eines lokalen sphärischen Koordinatensystems am besten mit Bezug auf 5). Der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 ist so konfiguriert, dass er als Funktion des Zenitwinkels Za zwischen dem Bereich R(1) 301 und dem Bereich R(2) 302 bei einem gegebenen (konstanten) Azimutwinkel (z. B. der Ebene von 2A) und einem gegebenen (konstanten) radialen Abstand ra variiert, was am besten mit Bezug auf 2A zu sehen ist. Beispielsweise und unter Bezugnahme sowohl auf 2A als auch auf 4A-4C und insbesondere unter Bezugnahme auf die in 4A dargestellte Dk-Skala 102 ist zu erkennen, dass der Dk-Wert innerhalb des 3D-Körpers 200 von einem relativ hohen Wert wie beispielsweise 3.6, zum Beispiel bei R(1) 301, zu einem relativ niedrigen Wert wie 1,2, zum Beispiel in einem Bereich zwischen R(1) 301 und R(2) 302, zurück zu einem relativ hohen Wert wie 3,6, zum Beispiel bei R(2) 302, variiert, da der Zenitwinkel Za von 0 Grad bis 90 Grad variiert. Wie hier verwendet und mit Bezug auf 5, ist die Vorzeichenkonvention für die +/- Azimutwinkel (plus) von der positiven y-Achse im Uhrzeigersinn (CW) in Richtung der positiven x-Achse (wie in einer Draufsicht beobachtet), und (negativ) von der positiven y-Achse gegen den Uhrzeigersinn (CCW) in Richtung der negativen x-Achse.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „relativ zu umgebenden Bereichen“ relativ zum Dk des dielektrischen Mediums des 3D-Körpers 200 in unmittelbarer Nähe des jeweiligen Bereichs lokaler Maxima von Dk, wobei das Dk eines entsprechenden umgebenden Bereichs niedriger ist als der zugehörige Bereich lokaler Maxima von Dk, daher der Begriff „lokale“ Maxima. In einer Ausführungsform umgibt der entsprechende Umgebungsbereich in unmittelbarer Nähe des zugehörigen Bereichs der lokalen Maxima von Dk den zugehörigen Bereich der lokalen Maxima von Dk vollständig.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck „ein bestimmter gemeinsamer Ursprungspunkt 202“ einen Punkt in Bezug auf den 3D-Körper 200 der dielektrischen Linse 100, der in geeigneter Weise als Referenzursprung eines sphärischen Koordinatensystems dienen kann, wodurch die lokalen Koordinaten des Azimutwinkels(i), des Zenitwinkels(i) und des radialen Abstands(i) der mindestens drei Bereiche R(i) 300 bestimmbar sind (siehe beispielsweise 2A und 5 zum Beispiel), oder durch ein lokales orthogonales x-y-z-Koordinatensystem, bei dem der gemeinsame Ursprungspunkt 202 der Ursprung des lokalen x-y-z-Koordinatensystems ist. Während in den 2A und 2B der gemeinsame Ursprungspunkt 202 auf einer x-y-Ebene dargestellt ist, die im Wesentlichen mit einer Bodenfläche oder einem Basisbereich 204 des 3D-Körpers 200 ausgerichtet ist, wird deutlich, dass diese Darstellung nur ein Beispielszenario darstellt, da andere Szenarien und Strukturen, die in den Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, einen gemeinsamen Ursprungspunkt beinhalten können, der sich innerhalb oder außerhalb des 3D-Körpers 200 befindet.
In einer Ausführungsform und unter besonderer Bezugnahme auf 2A kann der gegebene radiale Abstand ra als ein erster gegebener radialer Abstand betrachtet werden, und der 3D-Körper 200 kann weiter in Bezug auf einen zweiten variierenden radialen Abstand rb beschrieben werden, der als Funktion des Zenitwinkels Zb variiert. Beispielsweise ist der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 ferner so konfiguriert, dass er als Funktion des Zenitwinkels Zb zwischen dem Bereich R(1) 301 und dem Bereich R(2) 302 bei einem gegebenen Azimutwinkel (beispielsweise der Ebene von 2A) und bei einem zweiten variierenden radialen Abstand rb variiert, der als Funktion des Zenitwinkels Zb variiert, was am besten mit Bezug auf 2A zu sehen ist. Wie in 2A dargestellt, nimmt der variierende radiale Abstand rb zu, wenn der Zenitwinkel Zb von 0 Grad auf 90 Grad ansteigt. Unter Bezugnahme sowohl auf 2A als auch auf die 4A-4C und insbesondere unter Bezugnahme auf die in 4A dargestellte Dk-Skala 102 ist zu erkennen, dass der Dk-Wert innerhalb einer Ausführungsform des 3D-Körpers 200 von einem relativ hohen Wert wie beispielsweise 3,6 bei R(1) 301 bis zu einem relativ niedrigen Wert wie beispielsweise 1,2 variiert, zum Beispiel in einem Bereich zwischen R(1) 301 und R(4) 304, zurück zu einem relativ hohen Wert wie 2,4, zum Beispiel bei R(4) 304, zu einem relativ niedrigen Wert wie 1,2, zum Beispiel in einem Bereich zwischen R(4) 304 und R(2) 302, und zurück zu einem relativ hohen Wert wie 3,6, zum Beispiel bei R(2) 302, variiert, während der Zenitwinkel Zb von 0 Grad bis 90 Grad variiert.
Die obige Beschreibung der räumlich variierenden Dk-Werte des 3D-Körpers 200 wurde für Zenitwinkel zwischen 0 und 90 Grad und einen Azimutwinkel von +90 Grad beschrieben. Wie jedoch in den 2A und 2B zu sehen ist, kann eine ähnliche, wenn nicht identische Struktur der räumlich variierenden Dk-Werte des 3D-Körpers 200 für Zenitwinkel zwischen 0 und 90 Grad und einen Azimutwinkel von -90 Grad gesehen werden. Das heißt, eine Ausführungsform des 3D-Körpers 200 umfasst eine Anordnung, bei der die räumlich variierenden Dk-Werte des 2D-Körpers 200 symmetrisch in Bezug auf die dargestellte y-z-Ebene sind, wobei der x-y-z-Ursprung zentral relativ zum 3D-Körper 200 angeordnet ist, wie in einer Draufsicht auf den 3D-Körper 200 zu sehen ist (siehe Übergänge der Dk-Werte von R(1) 301 zu R(5) 305 zu R(3) 303 als Funktion des Zenitwinkels Za von 0 bis 90 Grad und als Funktion des Zenitwinkels Zb von 0 bis 90 Grad, zum Beispiel). Als solches und in Anbetracht des Vorstehenden wird man verstehen, dass eine Ausführungsform der dielektrischen Linse 100 auch eine Anordnung umfasst, bei der der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 so konfiguriert ist, dass er als Funktion des Zenitwinkels Za zwischen dem Bereich R(1) 301 und einem Bereich R(3) 303 bei einem gegebenen Azimutwinkel (zum Beispiel der Ebene von 2A) und einem gegebenen (konstanten) radialen Abstand ra variiert. Darüber hinaus wird man verstehen, dass eine Ausführungsform der dielektrischen Linse 100 auch eine Anordnung umfasst, bei der das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 so konfiguriert ist, dass der Bereich R(2) 302 und der Bereich R(3) 303 bei entsprechenden Azimutwinkeln, die 180 Grad voneinander entfernt sind, Dks aufweisen, die in Bezug aufeinander und/oder in Bezug auf den Bereich R(1) 301 relativ zur y-z-Ebene symmetrisch sind.
Wie in den 3 und 4A-4C unter Bezugnahme auf die Dk-Skala 102 in 4A zu sehen ist, wird weiter deutlich, dass eine Ausführungsform der dielektrischen Linse 100 eine Anordnung umfasst, bei der das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 auch so konfiguriert ist, dass es als Funktion des Azimutwinkels (beispielsweise in der dargestellten x-y-Ebene, siehe auch 5) zwischen dem Bereich R(2) 302 und dem Bereich R(3) 303 bei einem gegebenen Zenitwinkel (wie z.B., aber nicht beschränkt auf 90 Grad) und einem definierten (festen oder variablen) radialen Abstand ra (fest), rb (variabel) zu variieren. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 4A und die Dk-Skala 102 darin variiert der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 bei einem Zenitwinkel von 90 Grad (d. h. der x-y-Ebene) und einem variablen radialen Abstand rb von etwa 3,6 im Bereich R(2) 302, auf 1 (Luft) bei einem Azimutwinkel von +90 Grad im Uhrzeigersinn vom Bereich R(2) 302, auf etwa 3,6 im Bereich R(3) 303, auf 1 (Luft) bei einem Azimutwinkel -90 Grad im Uhrzeigersinn vom Bereich R(3) 303, zurück auf etwa 3,6 im Bereich R(2) 302.
Wie in den 2A und 4A-4C unter Bezugnahme auf die Dk-Skala 102 in 4A zu sehen ist, wird weiter deutlich, dass eine Ausführungsform der dielektrischen Linse 100 eine Anordnung umfasst, bei der das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 auch so konfiguriert ist, dass es als Funktion des radialen Abstands zwischen dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und dem Bereich R(1) 301 variiert, wobei in der in den 4A-4C dargestellten Ausführungsform der Dk-Wert von etwa 1 (z. B., Luft) in einem zentralen Bereich rc 308 in der Nähe des gemeinsamen Ursprungspunkts 202 allmählich nach oben variiert bis zu etwa 3,6 im Bereich R(1) 301. Im Allgemeinen ist eine Ausführungsform des räumlich variierenden Dk des 3D-Körpers 200 so konfiguriert, dass er entlang mindestens eines radialen Pfades als Funktion des radialen Abstands zwischen dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und mindestens einem der Bereiche R(i) 300, wie beispielsweise dem Bereich R(1) 301, allmählich nach oben variiert (d. h. zunimmt). In einer Ausführungsform ist der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 so konfiguriert, dass er entlang mindestens drei verschiedener radialer Pfade, die einen gemeinsamen Ursprungspunkt 202 haben, als Funktion des entsprechenden radialen Abstands zwischen dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und mindestens einem der Bereiche R(i) 300, wie beispielsweise den Bereichen R(1) 301, R(2) 302 und R(3) 303, allmählich nach oben variiert. Während die in den 1, 2A-2B und 4A-4C dargestellten Ausführungsformen der zentrale Bereich rc 308 und/oder der Bereich, der den gemeinsamen Ausgangspunkt 202 umgibt, aus Luft besteht oder einen Dk-Wert hat, der dem von Luft entspricht, so ist zu verstehen, dass dies nur der Veranschaulichung und/oder Modellierung dient und dass der zentrale Bereich rc 308 und/oder der Bereich, der den gemeinsamen Ausgangspunkt 202 umgibt, tatsächlich aus Luft bestehen kann oder ein dielektrisches Medium mit einem niedrigen Dk-Wert sein kann, der dem von Luft nahe kommt, wie beispielsweise ein dielektrischer Schaum mit luftgefüllten offenen oder geschlossenen Zellen. Es ist daher verständlich, dass der 3D-Körper 200 am gemeinsamen Ursprungspunkt einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,2 ist.
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „allmählich“ nicht notwendigerweise, dass es keine stufenweisen Änderungen gibt, wie sie beispielsweise beim Vorhandensein geschichteter Schalen aus dielektrischen Materialien auftreten können, sondern er bedeutet, dass die Änderung des Dk-Werts von einem Bereich zu einem benachbarten Bereich des 3D-Körpers 200 über die Übergangszone hinweg eine Rate von +/- 1,9, insbesondere +/- 1,5 und noch spezieller +/- 1,0 nicht überschreitet, wobei es sich um eine geschichtete Schalengrenzfläche (oder eine Übergangszone) handeln kann. Wie hierin verwendet, wird der Abstand über eine Übergangszone von einem Bereich zu einem benachbarten Bereich des 3D-Körpers 200 relativ zu einer Betriebswellenlänge von 1λ gemessen, und in einer Ausführungsform wird er relativ zu einer Betriebswellenlänge von 0,5λ gemessen, wobei λ die Betriebswellenlänge im freien Raum eines elektromagnetischen Betriebssignals mit einer definierten Betriebsfrequenz ist. Das heißt, in einer Ausführungsform beträgt der Abstand über eine Übergangszone von einem Bereich zu einem benachbarten Bereich des 3D-Körpers 200 1λ, und in einer anderen Ausführungsform beträgt er λ/2. In einer Ausführungsform beträgt die definierte Betriebsfrequenz 40GHz.
In Bezug auf den zentralen Bereich rc 308 und unter Bezugnahme auf 2A umfasst eine Ausführungsform eine Anordnung, bei der der 3D-Körper 200 für einen definierten radialen Abstand rk 210 vom gemeinsamen Ursprungspunkt 202 einen Dk-Wert aufweist, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 2 ist, alternativ gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,5, weiter alternativ gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,2. In einer Ausführungsform ist rk gleich oder kleiner als 2λ, alternativ gleich oder kleiner als 1,5λ, alternativ gleich oder kleiner als 1λ, alternativ gleich oder kleiner als 2/3λ, oder weiter alternativ gleich oder kleiner als 1/2λ.
In den in den 1-4C dargestellten Ausführungsformen wird der radiale Pfad vom gemeinsamen Ursprungspunkt 202 zum Bereich R(1) 301 entlang der z-Achse auch als eine Richtung der Bohrung der dielektrischen Linse 100 von einer Phased-Array-Antenne 600 aus betrachtet, wenn die Phased-Array-Antenne 600 elektromagnetisch erregt ist, was weiter unten näher erläutert wird.
Unter Bezugnahme zurück auf mindestens die 2A und 4A-4B wird deutlich, dass eine Ausführungsform der dielektrischen Linse 100 eine Anordnung umfasst, bei der das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 auch so konfiguriert ist, dass es als Funktion des radialen Abstands zwischen dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und dem Bereich R(2) 302 und/oder zwischen dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und dem Bereich R(3) 303 variiert. Beispielsweise zeigen 2A und 4A-4B beide Dk-Werte des 3D-Körpers 200, die zwischen etwa 1 (Luft) am gemeinsamen Ursprungspunkt 202 und etwa 3,6 im Bereich R(2) 302 und im Bereich R(3) 303 variieren, gesehen in der x-y-Ebene sowohl entlang der +x-Achse als auch der -x-Achse.
In einer anderen Ausführungsform und unter Bezugnahme noch auf mindestens die 2A und 4A-4B ist der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 auch so konfiguriert, dass er vom gemeinsamen Ursprungspunkt 202 zum äußeren Oberflächenbereich 206 des 3D-Körpers 200 in mindestens drei verschiedenen radialen Richtungen variiert, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf: entlang der +x-Achse, entlang der -x-Achse, entlang der +z-Achse, beispielsweise.
Wie oben beschrieben, können die mindestens drei Regionen R(i) 300 des 3D-Körpers 200 mit lokalen Maxima der Dielektrizitätskonstantenwerte Dk(i) Regionen R(i) 300 umfassen, die größer als drei sind. Zum Beispiel und unter besonderer Bezugnahme auf 2B (Darstellung der Zenitwinkel in 15-Grad-Schritten sowohl CW als auch CCW relativ zur z-Achse, wie in 2B) in Kombination mit den verschiedenen anderen hierin offengelegten Figuren umfasst eine Ausführungsform eine Anordnung, bei der der Bereich R(1) 301 in einem Zenitwinkel (1), Za1, zwischen 15 Grad CCW und 15 Grad CW angeordnet ist, der Bereich R(2) 302 in einem Zenitwinkel (2), Za2, zwischen 75 Grad CCW und 90 Grad CCW angeordnet ist, der Bereich R(3) 303 ist in einem Zenitwinkel (3), Za3, zwischen 75 Grad CW und 90 Grad CW angeordnet, der Bereich R(4) 304 ist in einem Zenitwinkel (4), Za4, zwischen 15 Grad CCW und 75 Grad CCW angeordnet und/oder der Bereich R(5) 305 ist in einem Zenitwinkel (5), Za5, zwischen 15 Grad CW und 75 Grad CW angeordnet. Wie aus dem Vergleich der 2A-2B mit den 1, 3 und 4A-4B hervorgeht, liegen die Bereiche R(4) 304 und R(5) 305 nicht in derselben Ebene (z. B. der x-z-Ebene) wie die Bereiche R(1) 301, R(2) 302 und R(3) 303, sind aber in den FIGS „sichtbar“. 2A-2B aufgrund des analytischen 3D-Modells der dielektrischen Linse 100 mit internen Lufttaschen 220 (am besten zu sehen mit Bezug auf 4A und 4B) in der Nähe der Bereiche R(4) 304 und R(5) 305, was dazu führt, dass die Bereiche R(4) 304 und R(5) 305 sichtbar sind, wenn sie vom Schnitt in der x-z-Ebene von 2A und 2b aus betrachtet werden. Tatsächlich ist aus den verschiedenen Figuren ersichtlich, dass die Bereiche R(4) 304 und R(5) 305 in einer zur x-z-Ebene parallelen und in -y-Richtung versetzten Ebene angeordnet sind. Während das analytische 3D-Modell der dielektrischen Linse 100 hier mit den oben erwähnten Lufttaschen 220 beschrieben wird, kann es sich bei diesen Taschen 220 tatsächlich um Luft handeln oder um ein dielektrisches Medium mit einem niedrigen Dk-Wert, der dem von Luft nahe kommt, wie z. B. ein dielektrischer Schaum mit luftgefüllten offenen oder geschlossenen Zellen.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 4B-4C ist anhand der L1-L4-Querschnitte oder -Schnitte zu erkennen, dass eine Ausführungsform auch eine Anordnung umfasst, bei der der Bereich R(2) 302 und der Bereich R(3) 303 durch einen Azimutwinkel von etwa 180 Grad und allgemeiner durch einen Azimutwinkel zwischen 150 Grad und 180 Grad getrennt sind, und unter besonderer Bezugnahme auf mindestens 1 ist auch zu erkennen, dass der Bereich R(4) 304 und der Bereich R(5) 305 ebenfalls durch einen Azimutwinkel von etwa 180 Grad, und allgemeiner durch einen Azimutwinkel zwischen 150 Grad und 180 Grad, getrennt sind.
In Anbetracht des Vorstehenden und unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren, insbesondere die Dk-Skala 102, wird deutlich, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der das räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 15 variiert, alternativ zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 10 variiert, weiter alternativ zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 5 variiert, weiter alternativ zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 4 variiert. Es wird auch deutlich, dass eine Ausführungsform eine Anordnung umfasst, bei der jeder Bereich R(i) 300, der ein entsprechendes lokales Maximum der Dielektrizitätskonstantenwerte Dk(i) aufweist, einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 15 ist, alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 12, weiter alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 9, weiter alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 5. In einer Ausführungsform variiert der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers 200 aus dielektrischem Material allmählich als Funktion des Azimutwinkels (i), des Zenitwinkels (i) und des radialen Abstands (i). In einer Ausführungsform ändert sich der sich allmählich ändernde Dk-Wert des 3D-Körpers 200 aus dielektrischem Material mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro 1/4 Wellenlänge der Betriebsfrequenz, alternativ ändert er sich mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro 1/2 Wellenlänge der Betriebsfrequenz, weiter alternativ ändert er sich mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro Wellenlänge der Betriebsfrequenz. In einer Ausführungsform beträgt der definierte maximale Dk-Wert +/- 1,9, insbesondere +/- 1,5 und noch mehr insbesondere +/- 1,0.
Es wird nun auf 6 verwiesen, die eine transparente Draufsicht auf ein anderes Beispiel einer dielektrischen Linse 100' zeigt, die der dielektrischen Linse 100 von 1 ähnlich ist, aber eine andere Form und ein anderes äußeres Profil aufweist als diese. Wie zu sehen ist, gibt es zusätzlich zu den Bereichen R(1) 301, R(2) 302 und R(3) 303 und den optionalen Bereichen R(4) 304 und R(5) 305 mit lokalen Maxima der Dielektrizitätskonstantenwerte Dk(i), eine Ausführungsform umfasst eine Anordnung, bei der die mindestens drei Bereiche R(i) 300 mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) ferner einen Bereich R(6) 306 und einen Bereich R(7) 307 umfassen, wobei der Bereich R(1) 301 in einem Zenitwinkel (1) zwischen -15 und +15 Grad angeordnet ist (siehe 2B), und wobei die Bereiche R(2) 302, R(3) 303, R(6) 306 und R(7) 307 jeweils unter einem Zenitwinkel(2) angeordnet sind, der entweder zwischen -75 und -90 Grad oder zwischen +75 und +90 Grad liegt, wie in der x-z-Ebene oder der y-z-Ebene beobachtet (mit teilweisem Bezug auf 2B). In einer Ausführungsform sind die Regionen R(2) 302 und R(3) 303 durch einen Azimutwinkel zwischen 150 und 180 Grad getrennt; die Regionen R(6) 306 und R(7) 307 sind durch einen Azimutwinkel zwischen 150 und 180 Grad getrennt; die Regionen R(2) 302 und R(6) 306 sind durch einen Azimutwinkel zwischen 30 und 90 Grad getrennt; die Regionen R(3) 303 und R(6) 306 sind durch einen Azimutwinkel zwischen 30 und 90 Grad getrennt; die Regionen R(2) 302 und R(7) 307 sind durch einen Azimutwinkel zwischen 30 und 90 Grad getrennt; und die Regionen R(3) 303 und R(7) 307 sind durch einen Azimutwinkel zwischen 30 und 90 Grad getrennt. Obwohl in 6 ein kreisförmiges Außenprofil in Form einer durchgezogenen Linie für die dielektrische Linse 100' dargestellt ist, wird deutlich, dass dies nur der Veranschaulichung dient und dass die dielektrische Linse 100' jede beliebige Form haben kann, die für einen hierin offengelegten Zweck geeignet ist, was durch das quadratische Außenprofil in Form einer gestrichelten Linie dargestellt wird, die den Kreis in Form einer durchgezogenen Linie umschließt.
Aus all dem Vorstehenden wird ersichtlich, dass die verschiedenen hier dargestellten Ausführungsformen, die verschiedene Mengen und Anordnungen von Bereichen R(i) 300 mit lokalen Maxima der Dielektrizitätskonstantenwerte Dk(i) zeigen, nur einige wenige Beispiele für die vielen möglichen Anordnungen sind, die viel zu zahlreich sind, um sie ad infinitum zu beschreiben, aber dennoch gut in den Bereich des Fachmanns fallen. Als solche werden alle derartigen Ausführungsformen von Bereichen R(i) 300, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, in Betracht gezogen und als vollständig und/oder inhärent durch die hier dargestellten repräsentativen Beispiele offenbart betrachtet.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass bestimmte Ausführungsformen der dielektrischen Linse 100, 100' zwar mit bestimmten 2D- und 3D-Formen beschrieben und/oder dargestellt wurden (rechteckiger Block in 1 und kreisförmige oder rechteckige Grundfläche in 6, zum Beispiel) es ist aber zu beachten, dass diese nur der Veranschaulichung dienen und dass eine Ausführungsform der hierin offengelegten Erfindung nicht so beschränkt ist und sich auf andere 2D- und 3D-Formen erstreckt, wie sie zum Beispiel in 7A-7J und 8A-8E dargestellt sind, ohne den Umfang der Offenbarung zu schmälern. Beispielsweise kann jede hierin beschriebene dielektrische Linse 100, 100' eine dreidimensionale Form in Form eines Zylinders (7A), eines Polygonkastens (7B, 7C), eines sich verjüngenden Polygonkastens (7D, 7E), eines Kegels (7F), eines Kegelstumpfs (7G), eines Torus (7H), einer Kuppel ( 7! (z.B. eine Halbkugel), eine längliche Kuppel 7J oder jede andere dreidimensionale Form, die für einen hierin offengelegten Zweck geeignet ist, und kann daher einen z-Achsen-Querschnitt in Form eines Kreises 8A, eines Rechtecks 8B, eines Polygons 8C, eines Rings 8D, eines Ellipsoids 8E oder jede andere für einen hierin offengelegten Zweck geeignete Form haben.
In Anbetracht des Vorstehenden wird man verstehen, dass eine alternative Art und Weise, die dielektrische Linse 100 zu beschreiben, eine dielektrische Linse 100 ist, die Folgendes umfasst: einen dreidimensionalen 3D-Körper 200 aus dielektrischem Material mit einem räumlich variierenden Dk, der sich entlang von mindestens drei verschiedenen Strahlen mit unterschiedlichen Richtungen und einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt 202 von dem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 zu einer Außenfläche 206 des 3D-Körpers 200 verändert, wobei der bestimmte gemeinsame Ursprungspunkt 202 von dem 3D-Körper 200 umhüllt wird; wobei die mindestens drei verschiedenen Strahlen (siehe 2A, Strahl ra durch den Bereich R(1) 301 und den Bereich R(2) 302, und Strahl rb durch den Bereich R(4) 304, zum Beispiel) Orte von entsprechenden von mindestens drei Bereichen R(i) 300 (301, 302, 304) des 3D-Körpers 200 mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) relativ zu dem dielektrischen Material von unmittelbar umgebenden Bereichen von entsprechenden der mindestens drei Bereiche R(i) 300 definieren; wobei das dielektrische Material des 3D-Körpers 200 ein räumlich variierendes Dk von jedem der mindestens drei Bereiche R(i) 300 zu jedem anderen der mindestens drei Bereiche R(i) 300 entlang eines beliebigen Pfades innerhalb des 3D-Körpers 200 zwischen den jeweiligen Paaren der mindestens drei Bereiche R(i) 300 aufweist.
Es wird nun wieder auf die 1 und 4A-4C verwiesen, die zusätzlich zu allem, was hierin oben beschrieben und offenbart ist, auch eine elektromagnetische EM-Vorrichtung 500 offenbart, die eine Phased-Array-Antenne 600 und eine dielektrische Linse 100, wie hierin oben offenbart, umfasst, wobei die dielektrische Linse 100 so konfiguriert und angeordnet ist, dass sie in EM-Kommunikation mit der Phased-Array-Antenne 600 steht, wenn die Phased-Array-Antenne 600 elektromagnetisch erregt wird. In einer Ausführungsform ist die Phased-Array-Antenne 600 eine planare Phased-Array-Antenne, wie sie zumindest in den und dargestellt ist.
In einer Ausführungsform ist die dielektrische Linse 100 mittig auf der Phased-Array-Antenne 600 angeordnet, wie zumindest in den und dargestellt.
In einer Ausführungsform hat die dielektrische Linse 100 in einer Draufsicht eine Grundfläche, die größer ist als eine entsprechende Grundfläche der Phased-Array-Antenne 600, wie sie zumindest in den 1 und 4A-4C dargestellt ist, so dass sich die dielektrische Linse 100 über die Kanten 602 der Phased-Array-Antenne 600 hinaus erstreckt (am besten zu sehen mit Bezug auf die 1 und 2A).
In einer Ausführungsform weisen Teile der dielektrischen Linse 100 bei einem Zenitwinkel von 90 Grad einen Dk-Wert auf, der ansteigt, dann abfällt und dann wieder ansteigt, und zwar entlang einer bestimmten radialen Richtung vom gemeinsamen Ursprungspunkt 202 nach außen über die Ränder 602 der Phased-Array-Antenne 600 hinaus, z. B. entlang der +/-x-Achse (am besten zu sehen unter Bezugnahme auf die 4A-4C). Zum Beispiel hat die dielektrische Linse 100 in den Querschnittsansichten L3 und L4, die in den 4B und 4C entlang der +x-Achse dargestellt sind, einen Dk-Wert, der von etwa 1 oder nahe 1 am gemeinsamen Ursprungspunkt 202 (hier in einem Luftbereich dargestellt) auf einen Wert von etwa 3,6 im Bereich 310 in der Nähe des Randes 602 der Phased-Array-Antenne 600 ansteigt, dann auf etwa 1,2 im Bereich 312 jenseits des Bereichs 310 und des Randes 602 der Phased-Array-Antenne 600 abfällt und dann wieder auf etwa 3,6 im Bereich 314 jenseits des Bereichs 312 und weiter jenseits des Randes 602 der Phased-Array-Antenne 600 ansteigt. Alternativ ausgedrückt, umfasst eine Ausführungsform der Linse 100 eine Anordnung, bei der der 3D-Körper 200 einen relativ hohen Dk-Bereich 314 außerhalb eines relativ niedrigen Dk-Bereichs 312 aufweist, der sich außerhalb eines relativ hohen Dk-Bereichs 310 befindet, der sich außerhalb eines relativ niedrigen Dk-Bereichs am gemeinsamen Ursprungspunkt 202 befindet, und zwar in einer radialen Richtung von einem gemeinsamen Ursprungspunkt 202 bei einem Zenitwinkel von +/-90 Grad in Richtung einer Außenfläche 206 des 3D-Körpers 200 für einen gegebenen Azimutwinkel (beispielsweise in der x-z-Ebene). Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wurde durch analytische Modellierung festgestellt, dass das Vorhandensein einer Tasche mit niedrigem Dk-Wert, z. B. der Bereich 312, direkt hinter dem Rand 602 der Phased-Array-Antenne 600 das EM-Strahlungsmuster der Phased-Array-Antenne 600 verbessert, um die Strahlsteuerung der EM-Wellenfront um +/- 90 Grad relativ zu einer Ausbreitungsrichtung der EM-Wellenfront, die von der Phased-Array-Antenne 600 ausgeht, zu erleichtern.
Wie oben beschrieben, umfasst eine Ausführungsform einer EM-Vorrichtung 500 die Phased-Array-Antenne 600, bei der es sich um eine planare Phased-Array-Antenne handelt, die nicht nur in den 1 und 4A-4C, sondern auch in 9A dargestellt ist, wo einzelne Antennenelemente 650 in einer beispielhaften 5x6-Gruppenanordnung auf einem planaren Substrat 620 dargestellt sind. Wie aus der vorstehenden Beschreibung einer dielektrischen Linse 100 hervorgeht, umfasst eine hierin offengelegte Ausführungsform eine Anordnung, bei der eine einzelne dielektrische Linse 100 so angeordnet ist, dass sie in EM-Kommunikation mit der gesamten Phased-Array-Antenne 600 steht.
Während die hierin beschriebenen Ausführungsformen sich auf eine planare Phased-Array-Antenne 600 beziehen und diese illustrieren, wird man verstehen, dass die hierin offengelegten Ausführungsformen nicht so beschränkt sind und auch nichtplanare Anordnungen von Phased-Array-Antennen umfassen, die nun unter Bezugnahme auf die 9B-9C in Kombination mit den 1-8E und 9A erörtert werden.
9B zeigt ein nicht ebenes Substrat 622 in Form einer Kugel, und 9C zeigt ein nicht ebenes Substrat 624 in Form eines Zylinders. Obwohl in den und eine vollständige Kugel bzw. ein vollständiger Zylinder dargestellt ist, kann auch eine Halbkugel oder ein Halbzylinder in Betracht gezogen werden. In einer Ausführungsform kann ein Array der einzelnen Antennenelemente 650 strategisch entweder auf der konvexen Oberfläche oder der konkaven Oberfläche des jeweiligen kugelförmigen Substrats 622 oder des zylindrischen Substrats 624 angeordnet werden, und jede Form der hierin offenbarten dielektrischen Linse 100, 100' kann über dem Array der Antennenelemente 650 angeordnet werden.
In einer Ausführungsform kann jedes der Antennenelemente 650 in der Phased-Array-Antenne 600 mit Phasenwinkelsteuerung oder Amplitudensteuerung oder alternativ sowohl mit Phasenwinkelsteuerung als auch mit Amplitudensteuerung des Erregersignals betrieben werden, um eine optimale Leistung des Antennensystems über die gesamten +/- 90 Grad relativ zu einer Ausbreitungsrichtung der EM-Wellenfront zu erreichen. In einer Ausführungsform kann die +/- 90-Grad-Steuerung relativ zu einer Ausbreitungsrichtung relativ zu einer horizontalen Achse oder einer vertikalen Achse (siehe z. B. Linse 100 in den 1-4C) oder sowohl einer horizontalen als auch einer vertikalen Achse (siehe z. B. Linse 100' in 6) erfolgen.
Dementsprechend wird es geschätzt, dass eine Ausführungsform eine Phased-Array-Antenne umfasst, die eine nicht-planare Phased-Array-Antenne ist, wobei die nicht-planare Phased-Array-Antenne eine sphärische Oberfläche oder eine zylindrische Oberfläche hat oder darauf angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Phased-Array-Antenne so konfiguriert, dass sie EM-Strahlung von einer konvexen Seite, einer konkaven Seite oder sowohl von der konvexen Seite als auch von der konkaven Seite der sphärischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse abgibt. In einer Ausführungsform ist die Phased-Array-Antenne so konfiguriert, dass sie EM-Strahlung von einer konvexen Seite, einer konkaven Seite oder sowohl von der konvexen Seite als auch von der konkaven Seite der zylindrischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse abgibt.
Die vorstehende Beschreibung einer nichtplanaren Phased-Array-Antenne bezieht sich zwar auf eine kugelförmige oder zylindrische Oberfläche, es wird jedoch deutlich, dass der Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung nicht so begrenzt ist und auch andere nichtplanare Oberflächen umfasst, wie beispielsweise eine sphäroidische, ellipsoidische oder hyperbolische Oberfläche, jedoch nicht darauf beschränkt. Alle Oberflächen, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen, werden in Betracht gezogen und als inhärent hier offenbart betrachtet.
In Bezug auf eine der vorstehenden Beschreibungen einer EM-Vorrichtung 500 mit einer beliebigen Form eines Substrats 620, 622, 624, mit einer beliebigen Anordnung von darauf angeordneten Antennenelementen 650 und mit einer beliebigen Form einer dielektrischen Linse 100, 100', die wie hierin offenbart konfiguriert und angeordnet ist, eine Ausführungsform der EM-Vorrichtung 500 so konfiguriert ist, dass die Phased-Array-Antenne 600 so konfiguriert und angepasst ist, dass sie in einem Frequenzbereich von gleich oder größer als 1 GHz und gleich oder kleiner als 300 GHz arbeitet, weiter alternativ gleich oder größer als 10 GHz und gleich oder kleiner als 90 GHz, weiter alternativ gleich oder größer als 20 GHz und gleich oder kleiner als 60 GHz, weiter alternativ gleich oder größer als 20 GHz und gleich oder kleiner als 40 GHz. In einer Ausführungsform ist die Phased-Array-Antenne 600 für den Betrieb bei Millimeterwellenfrequenzen konfiguriert und angepasst, und in einer Ausführungsform sind die Millimeterwellenfrequenzen 5G-Millimeterwellenfrequenzen.
Obwohl bestimmte Kombinationen einzelner Merkmale hier beschrieben und illustriert wurden, ist es verständlich, dass diese bestimmten Kombinationen von Merkmalen nur der Veranschaulichung dienen und dass jede Kombination solcher einzelnen Merkmale in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet werden kann, unabhängig davon, ob eine solche Kombination explizit illustriert ist oder nicht, und in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Alle derartigen Kombinationen von Merkmalen, wie sie hierin offenbart sind, werden hierin in Betracht gezogen, werden als im Verständnis des Fachmanns liegend betrachtet, wenn er die Anwendung als Ganzes betrachtet, und werden als im Rahmen der hierin offenbarten Erfindung liegend betrachtet, solange sie in den Rahmen der Erfindung fallen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, und zwar in einer Weise, die von einem Fachmann verstanden wird.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass einige der hier offengelegten Ausführungsformen einen oder mehrere der folgenden Vorteile bieten können: eine EM-Strahlsteuerungsvorrichtung, die eine Strahlsteuerung von plus/minus 90 Grad mit minimalem Gewinnabfall ermöglicht, wenn sie über einer planaren Phased-Array-Antenne bis zu und einschließlich 5G mm-Wellenfrequenzen platziert wird; eine EM-Strahlsteuerungsvorrichtung, die eine Vergrößerung des Strahlungsfeldabdeckungsbereichs bei einer Verringerung der Anzahl der benötigten Basisstationssegmente um 1/3 bis 1/2 ermöglicht; und eine dielektrische EM-Linse mit mehreren separaten Fokussierungsbereichen, in denen es ein lokales Maximum des Werts der Dielektrizitätskonstante gibt, so dass die Linse einfallende EM-Strahlung in Verbindung mit anderen Fokussierungsbereichen der Linse konstruktiv bricht, um einen bestimmten gewünschten Strahlungswinkel zu erreichen.
Obwohl die Erfindung hier anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und gleichwertige Elemente durch andere ersetzt werden können, ohne dass der Anwendungsbereich der Ansprüche verlassen wird. Viele Modifikationen können vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass der wesentliche Umfang der Erfindung verlassen wird. Es ist daher beabsichtigt, die Erfindung nicht auf die hierin offenbarte(n) besondere(n) Ausführungsform(en) zu beschränken, da dies die beste oder einzige Art und Weise ist, diese Erfindung auszuführen, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. In den Zeichnungen und der Beschreibung sind beispielhafte Ausführungsformen offenbart worden, und obwohl spezifische Begriffe und/oder Abmessungen verwendet worden sein können, werden sie, sofern nicht anders angegeben, nur in einem allgemeinen, beispielhaften und/oder beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet, wobei der Umfang der Ansprüche daher nicht so eingeschränkt ist. Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich, ein Substrat oder ein anderes beschriebenes Merkmal als „auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, kann es sich direkt auf dem anderen Element befinden, oder es können auch dazwischen liegende Elemente vorhanden sein. Wird ein Element dagegen als „direkt auf“ einem anderen Element bezeichnet, so sind keine Zwischenelemente vorhanden. Die Verwendung der Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. bedeutet keine Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Die Verwendung der Begriffe a, an usw. bedeutet keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnet das Vorhandensein von mindestens einem der genannten Elemente. Der hier verwendete Begriff „umfassend“ schließt die mögliche Einbeziehung eines oder mehrerer zusätzlicher Merkmale nicht aus. Alle hierin enthaltenen Hintergrundinformationen dienen dazu, Informationen zu offenbaren, von denen der Anmelder annimmt, dass sie für die hier offengelegte Erfindung von Bedeutung sein könnten. Es ist nicht notwendigerweise beabsichtigt und sollte auch nicht so ausgelegt werden, dass solche Hintergrundinformationen einen Stand der Technik gegenüber einer Ausführungsform der hier offenbarten Erfindung darstellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 17216989 [0001]

Claims

Eine dielektrische Linse, umfassend: einen dreidimensionalen, 3D-Körper aus dielektrischem Material mit einer räumlich variierenden Dielektrizitätskonstante Dk; wobei der 3D-Körper mindestens drei Bereiche R(i) mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) relativ zu umgebenden Bereichen von jeweiligen der mindestens drei Bereiche R(i) aufweist, wobei die Orte der mindestens drei Bereiche R(i) durch lokale Koordinaten von: Azimutwinkel(i), Zenitwinkel(i) und radialem Abstand(i) relativ zu einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt, der mit dem 3D-Körper verbunden ist, definiert sind, wobei (i) ein Index ist, der von 1 bis mindestens 3 reicht; wobei der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers so konfiguriert ist, dass er zumindest als Funktion des Zenitwinkels zwischen einem Bereich R(1) und einem Bereich R(2) bei einem gegebenen Azimutwinkel und bei einem gegebenen radialen Abstand variiert.
Die dielektrische Linse nach Anspruch 1, wobei der gegebene radiale Abstand ein erster gegebener radialer Abstand ist, und wobei ferner: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist ferner so konfiguriert, dass sie als Funktion des Zenitwinkels zwischen dem Bereich R(1) und dem Bereich R(2) bei dem gegebenen Azimutwinkel und einem zweiten variierenden radialen Abstand variiert, der als Funktion des Zenitwinkels variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er als Funktion des Zenitwinkels zwischen dem Bereich R(1) und einem Bereich R(3) bei einem gegebenen Azimutwinkel und bei einem gegebenen radialen Abstand variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er als Funktion des Azimutwinkels zwischen dem Bereich R(2) und dem Bereich R(3) bei einem bestimmten Zenitwinkel und einem bestimmten radialen Abstand variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er in Abhängigkeit vom radialen Abstand zwischen dem jeweiligen gemeinsamen Ursprungspunkt und R(1) variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er in Abhängigkeit vom radialen Abstand zwischen dem jeweiligen gemeinsamen Ursprungspunkt und R(2) variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er in Abhängigkeit vom radialen Abstand zwischen dem jeweiligen gemeinsamen Ursprungspunkt und R(3) variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: der 3D-Körper hat einen Basisbereich und einen äußeren Oberflächenbereich, und der besondere gemeinsame Ursprungspunkt liegt in der Nähe des Basisbereichs.
Die dielektrische Linse nach Anspruch 8, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers ist auch so konfiguriert, dass er von dem bestimmten gemeinsamen Ausgangspunkt bis zum äußeren Oberflächenbereich in mindestens drei verschiedenen radialen Richtungen variiert.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: R(2) und R(3) sind bei entsprechenden Azimutwinkeln, die 180 Grad voneinander entfernt sind, symmetrisch zueinander.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: R(2) und R(3), die in einem Azimutwinkel von 180 Grad zueinander stehen, sind symmetrisch zueinander und zu R(1).
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: der 3D-Körper am jeweiligen gemeinsamen Ursprungspunkt einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,2 ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: der 3D-Körper in einem bestimmten radialen Abstand rk vom jeweiligen gemeinsamen Ausgangspunkt einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 2 ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: der 3D-Körper in einem bestimmten radialen Abstand rk von dem jeweiligen gemeinsamen Ausgangspunkt einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,5 ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei: der 3D-Körper in einem bestimmten radialen Abstand rk vom jeweiligen gemeinsamen Ausgangspunkt einen Dk-Wert hat, der gleich oder größer als der von Luft und gleich oder kleiner als 1,2 ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei: rk ist gleich oder kleiner als 2λ, alternativ gleich oder kleiner als 1,5λ, alternativ gleich oder kleiner als 1λ, alternativ gleich oder kleiner als 2/3 λ, oder weiter alternativ gleich oder kleiner als 1/2 λ, wobei λ die Wellenlänge im freien Raum eines betriebsbereiten elektromagnetischen Strahlungssignals ist.
Die dielektrische Linse nach Anspruch 16, wobei: das funktionsfähige elektromagnetische Strahlungssignal in einem Frequenzbereich von 1 GHz oder mehr und 300 GHz oder weniger, alternativ von 10 GHz oder mehr und 90 GHz oder weniger, alternativ von 20 GHz oder mehr und 60 GHz oder weniger und alternativ von 20 GHz oder mehr und 40 GHz oder weniger funktionsfähig ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei: R(1) ist in einem Zenitwinkel(1) angeordnet, der gleich oder größer als 0 Grad und gleich oder kleiner als 15 Grad ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei: R(2) ist in einem Zenitwinkel(2) angeordnet, der gleich oder größer als 75 Grad und gleich oder kleiner als 90 Grad ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei: R(3) ist in einem Zenitwinkel(3) angeordnet, der gleich oder größer als 75 Grad und gleich oder kleiner als 90 Grad ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, die ferner einen Bereich R(4) umfasst, wobei: R(4) ist in einem Zenitwinkel (4) angeordnet, der größer oder gleich 15 Grad und kleiner oder gleich 75 Grad ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 18, die ferner einen Bereich R(5) umfasst, wobei: R(5) ist in einem Zenitwinkel(5) angeordnet, der gleich oder größer als 15 Grad und gleich oder kleiner als 75 Grad ist.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei: R(2) und R(3) sind durch einen Azimutwinkel von 150 Grad oder mehr und 180 Grad oder weniger getrennt.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei: R(4) und R(5) sind durch einen Azimutwinkel von 150 Grad oder mehr und 180 Grad oder weniger voneinander getrennt.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers variiert zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 15, alternativ variiert er zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 10, weiter alternativ variiert er zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 5, weiter alternativ variiert er zwischen größer als 1 und gleich oder kleiner als 4.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei: jedes lokale Maximum der Werte der Dielektrizitätskonstanten Dk(i) der entsprechenden der mindestens drei Bereiche R(i) einen Dk-Wert aufweist, der gleich oder größer als 2 und gleich oder kleiner als 15 ist, alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 12, weiter alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 9, weiter alternativ gleich oder größer als 3 und gleich oder kleiner als 5.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei: die mindestens drei Bereiche R(i) mit lokalen Maxima der Werte der Dielektrizitätskonstanten Dk(i) ferner einen Bereich R(6) und einen Bereich R(7) umfassen, wobei der Bereich R(1) unter einem Zenitwinkel(1) angeordnet ist, der gleich oder größer als 0 und gleich oder kleiner als 15 Grad ist, und wobei die Bereiche R(2), R(3), R(6) und R(7) jeweils unter einem Zenitwinkel(2) angeordnet sind, der entweder gleich oder größer als +15 Grad und gleich oder kleiner als +90 Grad ist, oder gleich oder größer als -15 Grad und gleich oder kleiner als -90 Grad.
Die dielektrische Linse nach Anspruch 27, wobei: die Regionen R(2) und R(3) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 150 und höchstens 180 Grad voneinander getrennt; die Regionen R(6) und R(7) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 150 und höchstens 180 Grad voneinander getrennt; die Regionen R(2) und R(6) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 30 und höchstens 90 Grad voneinander getrennt; die Regionen R(3) und R(6) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 30 und höchstens 90 Grad voneinander getrennt; die Regionen R(2) und R(7) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 30 und höchstens 90 Grad voneinander getrennt; und die Regionen R(3) und R(7) sind durch einen Azimutwinkel von mindestens 30 und höchstens 90 Grad voneinander getrennt.
Die dielektrische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei: der räumlich variierende Dk des 3D-Körpers aus dielektrischem Material variiert allmählich als Funktion des Azimutwinkels(i), des Zenitwinkels(i) und des radialen Abstands(i).
Die dielektrische Linse nach Anspruch 29, wobei: der sich allmählich ändernde Dk-Wert des 3D-Körpers aus dielektrischem Material ändert sich mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro Wellenlänge einer Betriebsfrequenz, alternativ ändert er sich mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro 1/2 Wellenlänge einer Betriebsfrequenz, weiter alternativ ändert er sich mit nicht mehr als einem definierten maximalen Dk-Wert pro 1/4 Wellenlänge einer Betriebsfrequenz.
Die dielektrische Linse nach Anspruch 30, wobei: der definierte maximale Dk-Wert beträgt +/- 1,9, insbesondere +/- 1,5 und noch spezieller +/- 1,0.
Eine dielektrische Linse, umfassend: einen dreidimensionalen, 3D-Körper aus dielektrischem Material mit einem räumlich variierenden Dk, der sich entlang von mindestens drei verschiedenen Strahlen mit unterschiedlichen Richtungen und einem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt von dem bestimmten gemeinsamen Ursprungspunkt zu einer äußeren Oberfläche des 3D-Körpers verändert, wobei der bestimmte gemeinsame Ursprungspunkt von dem 3D-Körper umhüllt wird; wobei die mindestens drei verschiedenen Strahlen Orte von entsprechenden von mindestens drei Bereichen R(i) des 3D-Körpers mit lokalen Maxima von Dielektrizitätskonstantenwerten Dk(i) relativ zu dem dielektrischen Material von unmittelbar umgebenden Bereichen von entsprechenden der mindestens drei Bereiche R(i) definieren, wobei (i) ein Index ist, der von 1 bis mindestens 3 reicht; wobei das dielektrische Material des 3D-Körpers einen räumlich variierenden Dk von jedem der mindestens drei Bereiche R(i) zu jedem anderen der mindestens drei Bereiche R(i) entlang eines beliebigen Pfades innerhalb des 3D-Körpers aufweist.
Eine elektromagnetische, EM-Vorrichtung, umfassend: eine Phased-Array-Antenne; und eine dielektrische Linse nach einem der vorangehenden Ansprüche; wobei die dielektrische Linse so konfiguriert und angeordnet ist, dass sie in EM-Kommunikation mit der Phased-Array-Antenne steht, wenn sie elektromagnetisch angeregt wird.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei: die dielektrische Linse ist mittig auf der Phased-Array-Antenne angeordnet.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 34, wobei: die dielektrische Linse in der Draufsicht eine Grundfläche hat, die größer ist als eine entsprechende Grundfläche der Phased-Array-Antenne, so dass die dielektrische Linse über die Kanten der Phased-Array-Antenne hinausragt.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei: Abschnitte der dielektrischen Linse in einem Zenitwinkel von 90 Grad haben einen Dk-Wert, der zunächst zunimmt, dann abnimmt und dann entlang einer bestimmten radialen Richtung von dem jeweiligen gemeinsamen Ursprungspunkt nach außen über die Ränder der Phasenanordnung hinaus wieder zunimmt.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei: die Phased-Array-Antenne eine planare Phased-Array-Antenne ist.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, wobei: die Phased-Array-Antenne eine nicht planare Phased-Array-Antenne ist.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei: die nicht-planare phasengesteuerte Antenne eine zylindrische Oberfläche hat oder auf einer solchen angeordnet ist.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass sie EM-Strahlung von einer konkaven Seite der zylindrischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse aussendet.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 39, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass sie EM-Strahlung von einer konvexen Seite der zylindrischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse aussendet.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei: die nicht-planare phasengesteuerte Antenne eine kugelförmige Oberfläche hat oder auf einer solchen angeordnet ist.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass sie EM-Strahlung von einer konkaven Seite der sphärischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse aussendet.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass sie EM-Strahlung von einer konvexen Seite der sphärischen Oberfläche in Richtung der dielektrischen Linse aussendet.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 44, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass jedes einzelne Antennenelement hinsichtlich des Signalphasenwinkels, der Signalamplitude oder sowohl des Signalphasenwinkels als auch der Signalamplitude steuerbar ist.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 45, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert ist, dass sie eine EM-Wellenfront um +/- 90 Grad relativ zu einer Ausbreitungsrichtung einer entsprechenden EM-Strahlungswellenfront lenkt.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei: die Strahlsteuerung der EM-Wellenfront um +/- 90 Grad relativ zu einer horizontalen Achse, einer vertikalen Achse oder sowohl zu einer horizontalen als auch zu einer vertikalen Achse erfolgt.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 47, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert und angepasst ist, dass sie in einem Frequenzbereich von gleich oder größer als 1 GHz und gleich oder kleiner als 300 GHz, alternativ gleich oder größer als 10 GHz und gleich oder kleiner als 90 GHz, weiter alternativ gleich oder größer als 20 GHz und gleich oder kleiner als 60 GHz, und weiter alternativ gleich oder größer als 20 GHz und gleich oder kleiner als 40 GHz arbeitet.
Die EM-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 47, wobei: die Phased-Array-Antenne so konfiguriert und angepasst ist, dass sie bei Millimeterwellenfrequenzen arbeitet.
Die EM-Vorrichtung nach Anspruch 49, wobei: die Millimeterwellen-Frequenzen 5G-Millimeterwellen-Frequenzen sind.