DE60106405T2

DE60106405T2 - Dielektrische-Resonator-Antennen-Anordnung mit steuerbaren-Elementen

Info

Publication number: DE60106405T2
Application number: DE60106405T
Authority: DE
Inventors: Philip Simon KINGSLEY; Gregory Steven O'KEEFE
Original assignee: Antenova Ltd
Current assignee: Antenova Ltd
Priority date: 2000-03-11
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2021-03-09
Also published as: US20030151548A1; WO2001069722A1; EP1266428A1; EP1266428B1; CA2402556A1; DE60106405D1; ATE279794T1; JP2004507906A; CN1451189A; US6768454B2; AU4256001A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen von dielektrischen Resonator Antennen (DRAs), bei denen die Charakteristiken der einzelnen DRA-Elemente synchron zu der Charakteristik der Anordnung elektronisch gesteuert werden können.
Seit den ersten systematischen Untersuchungen von dielektrischen Resonator Antennen (DRAs) in 1983 [LONG, S.A., McALLISTER, M.W., und SHEN, L.C.: "The Resonant Cylindrical Dielectric Cavity Antenna" ("Die Antenne mit einem resonanten, zylindrischen, dielektrischen Hohlraum"), IEEE Transactions an Antennas and Propagation, AP-31, 1983, Seiten 406 – 412], hat das Interesse an ihren Strahlungscharakteristika auf Grund ihres hohen Strahlungswirkungsgrades, ihrer guten Anpassung an die meisten, üblicherweise verwendeten Übertragungsleitungen und auf Grund ihrer geringen physikalischen Größe zugenommen [MONGIA, R.K. und BHARTIA, P.: "Dielectric Resonator Antennas – A Review and General Design Relations for Resonant Frequency and Bandwidth" ("Dielektrische Resonator Antennen – Ein Überblick und allgemeine Entwurfsgleichungen für resonante Frequenzen und Bandbreite"), International Journal of Microwave and Millimetre-Wave Computer-Aided Engineering, 1994, 4, (3), Seiten 230 – 247].
Die Mehrzahl der bislang berichteten Realisierungen haben einen Block aus dielektrischem Material verwendet, der auf einer Grundebene angeordnet ist und der entweder mit einem in der Grundebene angeordneten Erregerelement (Feed) mit einer einfachen Apertur angeregt wurde [ITTIPIBOON, A., MONGIA, R.K., ANTAR, Y.M.M., BHARTIA, P. und CUHACI, M.: "Aperture Fed Rectangular and Triangular Dielectric Resonators for use as Magnetic Dipole Antennas" ("Apertur-gespeiste rechteckige und dreieckige dielektrische Resonatoren zur Verwendung als magnetische Dipol-Antennen"), Electronics Letters, 1993, 29, (23), Seiten 2001 – 2002 ] , oder mit einer einfachen Sonde, die in das dielektrische Material eingesetzt ist [McALLISTER, M.W., S.A., and CONWAY, G.L.: "Rectangular Dielectric Resonator Antenna" ("Rechteckige dielektrische Resonator Antenne"), Electronics Letters, 1983, 19, (6), Seiten 218 – 219]. Außerdem wurde von einigen Autoren eine direkte Anregung mit einer Übertragungsleitung vorgestellt [KRANENBURG, R.A. und LONG, S.A.: "Microstrip Transmission Line Excitation of Dielectric Resonator Antennas" ("Anregung von dielektrischen Resonator Antennen mit Übertragungsleitungen in Mikrostreifenleitertechnik"), Electronics Letters, 1994, 24, (18), Seiten 1156 – 1157].
Die Idee, eine Reihe dieser einfach gespeisten DRAs zu verwenden, um eine Antennenanordnung aufzubauen, wurde bereits untersucht. Beispielsweise wurde eine Anordnung von zwei zylindrischen, einfach gespeisten DRAs vorgestellt [CHOW, K.Y., LEUNG, K.W., LUK, K.M. und YUNG, E.K.N.: "Cylindrical dielectric resonator antenna array" ("Antennenanordnung mit zylindrischem dielektrischen Resonator"), Electronics Letters, 1995, 31, (18), Seiten 1536 – 1537], und diese wurde dann zu einer quadratischen Matrix von vier DRAs ausgeweitet [LEUNG, K.W., LO, H.Y., LUK, K.M. und YUNG, E.K.N.: "Two-dimensional cylindrical dielectric resonator antenna array" ("Zweidimensionale Antennenanordnung mit zylindrischen dielektrischen Resonatoren"), Electronics Letters, 1998, 34, (13), Seiten 1283 – 1285]. Es wurde auch eine quadratische Matrix von 4 kreuzweisen DRAs untersucht [PETOSA, A., ITTIPIBOON, A. AND CUHACI, M.: "Array of circular-polarized cross dielectric resonator antennas" ("Anordnung von zirkular polarisierten Antennen mit kreuzweisen dielektrischen Resonatoren") Electronics Letters, 1986, 32, (19), Seiten 1742 – 1743]. Ferner wurden auch langgestreckte, lineare Anordnungen von einfach gespeisten DRAs untersucht, die entweder mit einem dielektrischen Wellenleiter gespeist wurden [BIRAND, M.T. und GELSTHORPE, R.V.: "Experimental millimetric array using dielectric radiators fed by means of dielectric waveguide" ("Experimentelle Anordnung im Millimeterbereich unter Verwendung von dielektrischen Strahlern, die mit Hilfe eines dielektrischen Wellenleiters gespeist werden"), Electronics Letters, 1983, 17, (18), Seiten 633 – 635], oder mit einer Mikrostreifenleitung [PETOSA, A., MONGIA, R.K., ITTIPIBOON, A. und WIGHT, J.S.: "Design of microstrip-fed series array of dielectric resonator antennas" ("Entwurf einer Reihenanordnung von dielektrischen Resonator Antennen mit Mikrostreifenleiterspeisung"), Electronics Letters, 1995, 31, (16), Seiten 1306 – 1307]. Diese letzte Forschergruppe hat außerdem ein Verfahren gefunden, um die Bandbreite von DRA-Anordnungen mit Mikrostreifenleiterspeisung zu verbessern [PETOSA, A., ITTIPIBOON, A., CUHACI, M. UND LAROSE, R.: "Bandwidth improvement for microstrip-fed series array of dielectric resonator antennas" ("Verbesserungen hinsichtlich der Bandbreite bei Reihenanordnungen von dielektrischen Resonator Antennen mit Mikrostreifenleiterspeisung"), Electronics Letters, 1996, 32, (7), Seiten 608 – 609]. Es ist in diesem Zusammenhang wichtig zu betonen, dass keine dieser Veröffentlichungen die Idee von mehrfach gespeisten DRAs oder die Idee einer Steuerung der Elemente der Anordnung in Betracht gezogen hat.
Eine frühere Arbeit der vorliegenden Erfinder [KINGSLEY, S.P. und O'KEEFE, S.G. "Beam Steering and Monopulse Processing of Probe-Fed Dielectric Resonator Antennas" ("Strahlsteuerung und Monopuls-Verarbeitung von dielektrischen Resonator Antennen mit Sondenspeisung"), IEEE Proceedings – Radar, Sonar and Navigation, 146, 3, 121 – 125, 1999] zeigt, wie mehrere räumlich voneinander getrennte Speiseelemente verwendet werden können, um einen einzigen kreisförmigen Block aus dielektrischem Material zu speisen, so dass sich eine Antenne mit mehreren Strahlen ergibt, die in unterschiedliche Richtungen zeigen. Die gleichzeitige Anregung der verschiedenen Erregerelemente bedeutet, dass die DRA die Fähigkeit erhält, eine elektronische Strahlsteuerung und eine Richtungsdetektion durchzuführen. Diese Arbeit ist außerdem in der US-Patentanmeldung der vorliegenden Anmelder mit der Anmeldenummer 09/431,548 unter dem Titel "Steerable-beam multiple-feed dielectric resonator antenna" ("Dielektrische Resonator Antenne mit steuerbarem Strahl und mehrfachen Speiseelementen") offenbart, wobei die Offenbarung dieser Anmeldung in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Anmeldung erweitert die frühere Arbeit von Kingsley und O'Keefe, indem sie die Eigenschaften und Vorteile von Anordnungen betrachtet, die aus vielen solchen mehrfach gespeisten DRAs zusammengesetzt sind. Es wird ein weiter Bereich an Geometrien für solche Anordnungen betrachtet.
Eine Antennenanordnung ist eine Ansammlung von (oftmals gleichmäßig voneinander beabstandeten) einzelnen Elementen, wie etwa Monopolen, Dipolen, Patches usw. Die Platzierung der Elemente kann zur Ausbildung der Anordnung linear sein, zweidimensional, kreisförmig usw., und die Form der zweidimensionalen Anordnungen kann rechteckig, kreisförmig, oval usw. sein. In einer Anordnung besitzt jedes einzelne Element eine breite Strahlungscharakteristik, aber die Anordnung als Ganzes besitzt eine viel engere Strahlungscharakteristik, wenn die einzelnen Elemente miteinander kombiniert werden. Insbesondere kann die Strahlungscharakteristik der Anordnung elektronisch gesteuert werden, indem man die Elemente mit unterschiedlichen Phasen oder Zeitverzögerungen speist. Dies ist eine in hohem Maße nützliche Eigenschaft für Anwendungen in der Radar- und Kommunikationstechnologie.
Es ist wichtig, dass man zwischen den verschiedenen Strahlungscharakteristika unterscheidet, die in der vorliegenden Anmeldung erwähnt werden. Zum einen besitzt jedes Element der Anordnung begrifflich seine eigene Strahlungscharakteristik, wenn man es für sich genommen betrachtet. Diese Strahlungscharakteristik des Elements kann man als analog zu den Beugungsmustern einer einzelnen aus der Vielzahl der Lichtquellen in der Demonstration von Young's Schlitzinterferenzen betrachten. Zum anderen besitzt die Anordnung als Ganzes begrifflich eine Strahlungscharakteristik, die man als Gruppencharakteristik bezeichnet, die der Summe der Charakteristika der idealisierten, isotropischen Elemente entspricht, und die man als analog zu dem Interferenzmuster in Young's Schlitzdemonstration auffassen kann. Schließlich ist die von der Antennenanordnung ausgebildete tatsächliche Strahlungscharakteristik, die man als Antennencharakteristik bezeichnet, das Produkt der Strahlungscharakteristika der Elemente mit der Gruppencharakteristik. Man kann die Strahlungscharakteristik der Elemente, die Gruppencharakteristik und die Antennencharakteristik so betrachten, dass jede eine Vorzugsrichtung besitzt, in der der Sendegewinn bzw. Empfangsgewinn ein Maximum aufweist, und Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung versuchen, diese Richtungen auf sinnvolle Weise zu steuern.
Die Strahlungscharakteristika der einzelnen Elemente einer Anordnung sind festgelegt, so dass die resultierende Antennencharakteristik in den Genuss der vollen Verstärkung jedes einzelnen Elements kommt, wenn die Gruppencharakteristik geradeaus nach vorne gerichtet ist („on boresight", gerade Sichtlinie). Tatsächlich ist der Gewinn der Anordnung die Summe des Gewinns der einzelnen Elemente. Wenn jedoch die Gruppencharakteristik aus der geraden Sichtlinie herausgesteuert wird, kann der Gewinn zurückgehen, da sich die Gruppencharakteristik dann außerhalb der Strahlungscharakteristika der einzelnen Antennenelemente bewegt. Die einzige Ausnahme ist, wenn die Elemente in der Ebene der Anordnung omnidirektional sind (wie etwa Monopole), aber es bleibt auch in diesem Fall das Problem mit einem niedrigen Gesamtgewinn, da diese Elemente typischerweise einen niedrigen Gewinn besitzen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zielen darauf aub, eine Anordnung mit dielektrischen Resonator Antennen als Antennenelementen vorzuschlagen, bei der jedes Element mehrere Speiseelemente für die Energie besitzt, die auf solch eine Art und Weise verbunden sind, dass die Strahlungscharakteristik jedes einzelnen Elements gesteuert werden kann. Ein Verfahren, um eine Charakteristik eines Antennenelements elektronisch zu steuern, besteht darin, eine Anzahl von Strahlen bereitzustellen und zwischen diesen hin- und herzuschalten oder, alternativ hierzu, diese miteinander zu kombinieren, um auf diese Weise die gewünschte Strahlrichtung zu erhalten. Die allgemeine Idee, eine Vielzahl von Sonden innerhalb einer einzigen dielektrischen Resonator Antenne anzuordnen und zu verteilen, und zwar bezogen auf eine zylindrische Geometrie, ist in der Veröffentlichung von KINGSLEY, S.P. und O'KEEFE, S.G., "Beam Steering and Monopulse Processing of Probe-Fed Dielectric Resonator Antennas" ("Strahlsteuerung und Monopuls-Verarbeitung von dielektrischen Resonator Antennen mit Sondenspeisung"), IEEE Proceedings – Radar, Sonar and Navigation, 146, 3, 121 – 125, 1999 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Es sei von den vorliegenden Anmeldern angemerkt, dass die in der obigen Veröffentlichung beschriebenen Ergebnisse gleichermaßen auf DRAs anwendbar sind, die bei einer beliebigen Frequenz aus einem breiten Frequenzbereich arbeiten, wie z.B. zwischen 1 MHz und 100.000 MHz und sogar darüber hinaus mit optischen DRAs. Je höher die in Betracht kommende Frequenz ist, desto kleiner sind die Abmessungen des DRAs, aber die allgemeinen Strahlungscharakteristika, die mit den nachfolgend hier beschriebenen Geometrien von Sonde und Apertur erreicht werden, bleiben über den gesamten Frequenzbereich die gleichen. Ein Betrieb bei Frequenzen deutlich unter 1 MHz ist ebenfalls möglich, indem man dielektrische Materialien mit einer hohen Dielektrizitätskonstante verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung von dielektrischen Resonator Antennen Elementen vorgeschlagen, wobei jedes Element eine Längsachse besitzt und zumindest einen dielektrischen Resonator beinhaltet sowie eine Vielzahl von Speiseeinrichtungen zum Ein- und Auskoppeln von Energie in die bzw. aus den Elementen, wobei die Speiseeinrichtungen jedes Elements entweder einzeln oder in Kombination aktivierbar sind, um so zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Elementenstrahl zu erzeugen, der im Azimut über einen vorbestimmten Winkel um die Längsachse des Elements gesteuert werden kann, wobei die Elemente Seite an Seite angeordnet sind, so dass ihre jeweiligen Längsachsen ebenfalls Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Speiseeinrichtungen der Elemente während des Betriebs der Anordnung so aktiviert werden, dass die Elementstrahlen von den verschiedenen Elementen synchron zueinander gesteuert werden, und wobei die Elementstrahlen, wenn sie kombiniert sind, miteinander Wechselwirken, um so zumindest einen Strahl der Anordnung auszubilden, der synchron zu den Elementstrahlen gesteuert wird.
Die Anordnung kann mit einer elektronischen Schaltung versehen sein, die dazu ausgebildet ist, die Speiseeinrichtungen entweder einzeln oder in Kombination zu aktivieren, um so zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Elementstrahl zu erzeugen, der über einen vorbestimmten Winkel gesteuert werden kann.
Die Anordnung kann außerdem mit einer weiteren elektronischen Schaltung versehen sein, die dazu ausgebildet ist, jedes der Antennenelemente mit einer vorbestimmten Phasenverschiebung oder Zeitverzögerung zu aktivieren, um so eine Gruppencharakte ristik zu erzeugen, die über einen vorbestimmten Winkel gesteuert werden kann. Für eine vorgegebene Richtung der Gruppencharakteristik (die hier dieselbe ist wie die Strahlrichtung der Antenne), kann jedes Element beispielsweise mit einem anderen Phasen- oder Zeitversatz (und in der Praxis mit einer unterschiedlichen Amplitude) gespeist werden, so dass sie eine Antennencharakteristik in einer vorbestimmten Richtung ausbilden, wenn die Strahlungscharakteristika der Elemente miteinander addiert werden. Für eine andere Strahlrichtung der Antenne sind die Phasen und Amplituden der Einspeisungen in die Elemente unterschiedlich.
Durch Bereitstellen einer Anordnung von steuerbaren DRAs ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass man die Strahlungscharakteristika der einzelnen Antennenelemente synchron mit der Gruppencharakteristik als Ganzes steuern kann, wodurch eine Anordnung mit maximalem oder zumindest verbessertem Elementengewinn bei einer vorgegebenen Richtung der Gruppencharakteristik ausgebildet wird.
Die Elemente der Anordnung können in einer weitgehend linearen Formation platziert werden, und sie sind Seite an Seite platziert, um eine Strahlsteuerung im Azimut zu ermöglichen. Bei einer dreidimensionalen Anordnung können die Elemente außerdem eins über dem anderen platziert werden, um so eine Strahlsteuerung sowohl in der Elevation als auch im Azimut zu ermöglichen. Die Elemente können gleichmäßig voneinander beabstandet sein oder auch nicht, abhängig von den jeweiligen Anforderungen, und die lineare Anordnung kann so realisiert sein, dass sie einer gekrümmten oder anderweitig ungeraden Oberfläche folgt. Diese letzte Ausbildung hat unter Umständen wichtige Auswirkungen, zum Beispiel bei Kommunikationseinrichtungen in Flugzeugen. Indem man beispielsweise eine lineare Anordnung von Elementen an den Rumpf des Flugzeugs anpasst und indem man dafür sorgt, dass die Strahlungscharakteristika aller Elemente in dieselbe Richtung zeigen, egal welche Orientierung die Elemente tatsächlich an dem Rumpf haben, ist es möglich, eine Strahlungscharakteristik der Anordnung mit den Strahlungscharakteristika der Elemente abzugleichen, um auf diese Weise den Gewinn zu verbessern. Darüber hinaus kann eine dielektrische Linse vorgesehen sein, um die Strahlsteuerung in Azimut und/oder Elevation noch weiter zu verbessern.
Alternativ hierzu können die Elemente der Anordnung in einer ringförmigen Formation, wie z.B. einem Kreis, platziert sein, oder sie können etwas allgemeiner in zumindest zwei Dimensionen über eine Oberfläche verteilt sein. Die Elemente können gleichmäßig voneinander beabstandet sein oder auch nicht, und sie können beispielsweise in Form eines regelmäßigen Gitters verteilt sein. Wie oben erwähnt, kann die Oberfläche, in der die Elemente verteilt sind, an eine gekrümmte oder anderweitig ungerade Oberfläche angepasst sein, wie zum Beispiel den Rumpf eines Flugzeuges, und die Elemente können einzeln gesteuert werden, so dass die Strahlungscharakteristika der Elemente alle in dieselbe Richtung zeigen, egal welche individuellen physikalischen Orientierungen die Elemente selbst haben. Darüber hinaus kann eine dielektrische Linse vorgesehen sein, um die Steuerung des Strahl im Azimut und/oder der Elevation zu verbessern.
Alternativ hierzu können die Elemente der Anordnung als ein dreidimensionales Volumengebilde angeordnet sein, wobei die Anordnung als Ganzes eine äußere Hülle in Form eines regelmäßigen Körpers besitzt (wie zum Beispiel eine Kugel, ein Tetraeder, ein Würfel, ein Oktoeder, ein Dodekaeder oder ein Ikosaeder), oder auch in Form eines unregelmäßigen Körpers. Die Elemente können gleichmäßig voneinander beabstandet sein oder auch nicht und sie können beispielsweise in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sein. Die Volumenanordnung kann als eine Kombination von linearen und/oder Oberflächenanordnungen ausgebildet sein, die eine über der anderen angeordnet ist, um sowohl eine Strahlsteuerung im Azimut als auch in der Elevation zu ermöglichen. Darüber hinaus kann eine dielektrische Linse vorgesehen sein, um die Strahlsteuerung im Azimut und/oder der Elevation zu verbessern.
Eine Strahlsteuerung in der Elevation lässt sich erreichen, indem man einen vertikalen Stapel von DRA-Anordnungen zusammenstellt und die Elemente entsprechend mit Energie beaufschlagt. Zum Beispiel kann in einem vertikalen Stapel von zylindrischen Elementen mit mehreren Sonden jedes Element innerhalb einer solchen Anordnung für sich selbst einen Elementstrahl im Azimut steuern, und es ist möglich, die Sonden so zu speisen, dass all diese Elemente Elementstrahlen ausbilden, die in dieselbe Richtung zeigen. In Kombination bilden die Elementstrahlen einen horizontalen Strahl in der gewählten Richtung, der in der Elevation kleiner ist als die Strahlungscharakteristik eines einzelnen Elements in der Elevation. Wenn man nun zum Beispiel die Phasen zwischen den Speiseeinrichtungen der Elemente verändert, ist es möglich, den kombinierten Strahl in der Elevation nach oben oder nach unten zu bewegen. In einem etwas komplexeren System kann ein vertikaler Stapel von linearen Anordnungen von Elementen vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist die Antennenanordnung als Ganzes dazu ausgebildet, zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Strahl zu erzeugen, der über einen vollständigen 360°-Kreis gesteuert werden kann.
Vorzugsweise ist auch jedes einzelne Element der Antennenanordnung dazu ausgebildet, zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Strahl zu erzeugen, der über einen vollständigen 360°-Kreis gesteuert werden kann.
Vorzugsweise ist zusätzlich oder alternativ eine elektronische Schaltung vorgesehen, um die Speiseeinrichtungen jedes einzelnen Elements der Antennenanordnung zu kombinieren, so dass die Strahlungscharakteristik hinsichtlich ihres Winkels synchron zu der Charakteristik der Antennenanordnung gesteuert wird.
Vorzugsweise ist zusätzlich oder alternativ eine elektronische Schaltung vorgesehen, um zumindest zwei Speiseeinrichtungen für jedes einzelne Element der Antennenanordnung bereitzustellen, so dass die Elemente so aktivierbar sind, dass sie zumindest zwei Elementstrahlen gleichzeitig ausbilden, die synchron mit der Strahlungscharakteristik der Antenne steuerbar sind (welche die Summe der zumindest zwei Gruppencharakteristiken ist), wenn die Anordnung dazu verwendet wird, zumindest zwei Gruppencharakteristiken gleichzeitig auszubilden.
Im Allgemeinen bilden die zumindest zwei Gruppencharakteristika zusammen eine Strahlungscharakteristik der Antenne mit zwei Hauptkeulen aus.
Wenn eine herkömmliche Antennenanordnung dazu verwendet wird, zumindest zwei Strahlen gleichzeitig auszubilden, dann müssen zumindest zwei Sätze von Phasen und Amplituden für die Elemente kombiniert werden, indem man jedes Element über einen (oder mehrere) Leistungsteiler/Kombinierer treibt, welches recht große und verlustbehaftete Teile sind. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können dasselbe Ergebnis erreichen, indem man einfach einen Satz von Phasen und Amplituden mit einer bestimmten Speiseeinrichtung für jedes DRA-Element verbindet, sowie einen anderen Satz von Phasen und Amplituden mit einer anderen Speiseeinrichtung von jedem Element.
Die Speiseeinrichtung für jedes Element kann ein Kabel, eine faseroptische Verbindung, eine Bahn einer gedruckten Schaltung oder eine beliebige andere Technik zur Realisierung einer Übertragungsleitung beinhalten, und diese können unterschiedliche, vorbestimmte, effektive Längen besitzen, um auf diese Weise verschiedene Zeitverzögerungen in den Speiseeinrichtungen zu jedem Element zu generieren, wodurch eine Möglichkeit zur Strahlsteuerung geschaffen wird. Die Verzögerungen können gesteuert und verändert werden, indem man die effektiven Längen der Übertragungsleitungen steuert und variiert, und zwar entweder elektrisch, elektronisch oder mechanisch, indem man zum Beispiel zusätzliche Längenabschnitte der Übertragungsleitung in die grundlegende Übertragungsleitung hineinschaltet oder aus dieser wegschaltet.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann eine Strahlsteuerung erreicht werden, indem man die Phase der Speiseeinrichtung zu jedem Element einzeln anpasst, zum Beispiel indem man in die Übertragungsleitungen Dioden-Phasenschieber, Ferrit-Phasen schieber oder andere Arten von Phasenschiebern integriert. Eine weitere Steuerung lässt sich erreichen, indem man die Amplitude der Signale in der Übertragungsleitung variiert, beispielsweise indem man dort Dämpfungsglieder integriert.
Die Speiseeinrichtungen zu den Elementen können eine resistive Matrix von Phasenschiebern zur Strahlsteuerung beinhalten, um auf diese Weise verschiedene Phasenverschiebungen in den Speiseeinrichtungen zu jedem Element zu erzeugen. Alternativ oder in Ergänzung hierzu können die Speiseeinrichtungen zu den Elementen eine Hybridmatrix beinhalten, wie zum Beispiel eine Butler-Matrix, um mit einer Vielzahl von Elementen eine Vielzahl von Strahlen auszubilden. Eine Butler-Matrix ist ein paralleles HF-Strahlformungsnetzwerk, das N nebeneinanderliegende Strahlen mit einer N-Element-Anordnung erzeugt. Das Netzwerk macht von Richtungskopplern sowie von festen Phasenunterschieden und Übertragungsleitungen Gebrauch. Es ist abgesehen von der Einfügungsdämpfung dieser Komponenten verlustlos. Darüber hinaus gibt es noch andere Arten von HF-Strahlformungsnetzwerken.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann eine "Gewichtungs"- oder "Fenster"-Funktion elektronisch oder anderweitig auf die Speiseeinrichtungen zu den Elementen angewendet werden, um die Nebenkeulen der Gruppencharakteristik zu steuern. Eine gleichmäßige Anregung aller Elemente führt zu einer gleichförmigen Aperturverteilung, die wiederum hohe Nebenkeulenpegel in der Gruppencharakteristik zur Folge hat. Die Anwendung einer Fensterfunktion derart, dass die Elemente zum Rand der Anordnung hin weniger zu der Gruppencharakteristik beitragen als diejenigen im Zentrum, kann diese Nebenkeulenpegel reduzieren.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann eine "Fehler"- oder "Korrektur"-Funktion elektronisch oder anderweitig auf die Speiseeinrichtungen der Elemente angewendet werden, um eingebettete Elemente, gegenseitige Kopplungen, Oberflächenwellen und andere Störeffekte zu beherrschen. Einfache Feldtheorien unterstellen, dass sich all die Elemente identisch verhalten. Diejenigen Elemente, die am Rand einer Anordnung platziert sind, verhalten sich jedoch anders als diejenigen in der Nähe des Zentrums, und zwar auf Grund der oben genannten Zusammenhänge. Beispielsweise erfährt ein Element im Zentrum wechselseitige Kopplungen mit den Elementen an jeder Seite, während ein Element am Rand auf einer Seite keinen Nachbarn besitzt. Diese Fehlereffekte können gemessen und durch Anwendung eines Korrekturfaktors korrigiert werden.
Jedes Element der Anordnung kann mit einem einzigen Strahlformungsmechanismus verbunden sein, um eine einzige Gruppencharakteristik zu erzeugen, oder mit einer Vielzahl von Strahlformungsmechanismen, um gleichzeitig eine Vielzahl von Gruppencharakteristiken zu erzeugen.
Die Elemente der Anordnung können so platziert sein, dass sie die Realisierung von verschiedenen Polarisationen ermöglichen, wie zum Beispiel einer vertikalen, einer horizontalen, einer zirkularen oder einer beliebigen anderen Polarisation einschließlich von umschaltbaren oder anderweitig steuerbaren Polarisationen. Zum Beispiel beschreiben MONGIA, R.K., ITTIPIBOON, A., CUHACI, M. und ROSCOE, D. "Circular Polarised Dielectric Resonator Antenna" ("Zirkular polarisierte dielektrische Resonator Antenne"), Electronics Letters, 1994, 30, (17), Seiten 1361 – 1362 und DROSSOS, G., WU, Z. und DAVIS, L.E.: "Circular Polarised Cylindrical Dielectric Resonator Antenna" ("Zirkular polarisierte zylindrische dielektrische Resonator Antenne"), Electronics Letters, 1996, 32, (4), Seiten 281 – 283.3, 4, deren Offenbarung hier in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen ist, wie zwei Sonden, die in einem dielektrischen Block mit einem kreisförmigen Querschnitt gleichzeitig gespeist werden und die auf zwei Radien bei 90° zueinander angeordnet sind, eine zirkulare Polarisation erzeugen können, wenn sie mit entgegengerichteten Phasen gespeist werden. Des Weiteren beschreiben DROSSOS, G., WU, Z. und DAVIS, L.E.: "Switchable Cylindrical Dielectric Resonator Antenna" ("Umschaltbare zylindrische dielektrische Resonator Antenne"), Electronics Letters, 1996, 32, (10), Seiten 862 – 864, deren Offenbarung hier in der vorliegenden Anmeldung ebenfalls durch Bezugnahme aufgenommen ist, wie Polarisationen realisiert werden können, indem man die Sonden ein- und ausschaltet.
Vorzugsweise ist zusätzlich oder alternativ hierzu eine elektronische Schaltung oder eine Computersoftware vorgesehen, so dass die Speiseeinrichtungen zu jedem einzelnen Element der Antennenanordnung in solch einer Weise gesteuert werden können, dass die Strahlungscharakteristika der Elemente im Winkel synchron mit der Gruppencharakteristik gesteuert werden, wenn digitale Strahlformungstechniken verwendet werden.
Wenn jedes Element der Anordnung mit einem eigenen Sendemodul, einem eigenen Empfangsmodul oder einem eigenen Sende-/Empfangsmodul verbunden ist, dann können digitale Strahlformungstechniken verwendet werden, um steuerbare Gruppencharakte ristiken von jeder beliebigen Form zu erzeugen, die sowohl im Azimut als auch in der Elevation steuerbar sind.
Bei einer herkömmlichen Anordnung (analoge Strahlsteuerung) ist ein einzelner Sender bzw. Empfänger mit den entsprechenden Phasen- und Amplitudenmodifikationen entlang jedes Pfades zu jedem Element geführt. Beim digitalen Strahlformen besitzt jedes Element seinen eigenen Sender oder Empfänger und wird von einem Computer angesteuert, um die geeigneten Phasen- und Amplitudeneinstellungen vorzunehmen. Im Empfangsfall besitzt jeder Empfänger seinen eigenen A/D-Wandler, dessen Ausgangssignale dazu verwendet werden können, nahezu jede beliebige Strahlform zu erzeugen, zahlreiche verschiedene Strahlen gleichzeitig zu erzeugen, und die Ausgangssignale können sogar in dem Computer gespeichert werden und die Strahlen werden einige Zeit später erzeugt.
Über eine geeignete elektronische oder softwaretechnische Steuerung können mit digitalen Strahlformungstechniken viele derartige Gruppencharakteristiken gleichzeitig erzeugt werden. Solche Gruppencharakteristiken können eine oder mehrere Nullstellen beinhalten, um Interferenzerscheinungen, Mehrwegeausbreitung oder andere unerwünschte Signale in bestimmten Richtungen zu unterdrücken. Alternativ hierzu können die Strahlungscharakteristika der DRA-Elemente so angeordnet sein, dass sie einige oder alle unerwünschten Signale auslöschen. Bei einem digitalen Strahlformungsnetzwerk mit N Elementen gibt es zum Beispiel N-1 Freiheitsgrade, und daher ist es möglich, Störsignale aus N-1 verschiedenen Richtungen mit Nullstellen zu belegen. In Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann jedes DRA-Element ferner zumindest eine Nullstelle in seiner Strahlungs- Charakteristik besitzen, und diese Nullstelle kann dazu verwendet werden, um Störsignale aus zumindest einer weiteren Richtung zu unterdrücken. Mit digitalen Strahlformungsnetzwerken können Strahlungscharakteristika in Echtzeit online ausgebildet werden, aber auch offline zu einem späteren Zeitpunkt, wenn man die erhaltenen Daten aufzeichnet.
Vorzugsweise wird die Steuerung der Antennencharakteristik und die synchrone Steuerung der Charakteristika der Elemente über einen vollständigen 360° Kreis durchgeführt.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die dielektrischen Resonator Elemente durch darin enthaltene leitfähige Wände in Segmente eingeteilt sein, wie dies zum Beispiel beschrieben ist in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 09/431,548 und in weiteren Details in der gleichzeitig anhängigen britischen Patentanmeldung der vorliegenden Anmelder mit der Nummer 0005766.1, die am 11. März 2000 angereicht wurde, sowie in der internationalen Patentanmeldung mit der Nummer PCT/GB01/00929, die am 2. März 2001 eingereicht wurde, und die beide den Titel „Multi-segmented dialectric resonator antenna" („Dielektrische Resonator Antenne mit mehreren Segmenten") tragen, wobei deren vollständige Offenbarungen in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zumindest eine interne oder externe Monopol-Antenne oder eine beliebige andere Antenne vorgesehen sein, die eine kreisförmig-symmetrische Strahlungscharakteristik um eine Längsachse besitzt, welche mit zumindest einer der dielektrischen Resonator Antennen Elemente kombiniert ist, um auf diese Weise Felder der Rückkeule zu unterdrücken oder eine Mehrdeutigkeit zwischen vorne und hinten aufzulösen, welche bei dielektrischen Resonator Antennen mit einer kosinusförmigen oder 8-förmigen Strahlungscharakteristik auftreten können. Der Monopol bzw. die andere Antenne mit kreisförmiger Symmetrie kann zentral innerhalb des dielektrischen Resonator Elements angeordnet sein, oder er kann darauf oder darunter angeordnet sein und durch eine elektronische Schaltung aktivierbar sein. Bei Ausführungsbeispielen, die einen ringförmigen Resonator mit einem hohlen Zentrum beinhalten, kann der Monopol oder die andere Antenne mit kreisförmiger Symmetrie innerhalb des hohlen Zentrums angeordnet sein. Durch eine elektrische oder algorithmische Kombination von beliebigen der vorhandenen Speiseeinrichtungen kann außerdem ein „virtueller" Monopol ausgebildet werden, und zwar vorzugsweise mit einem symmetrischen Satz von Speiseeinrichtungen.
Die dielektrischen Elemente bzw. dielektrischen Resonatoren, die die Antennenelemente bilden, können aus jedem geeigneten dielektrischen Material oder aus einer Kombination von verschiedenen dielektrischen Materialien gebildet sein, welche insgesamt eine positive Dielektrizitätskonstante k besitzt. Verschiedene Elemente bzw. Resonatoren können aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten k hergestellt sein, oder sie können alle aus demselben Material hergestellt sein. Gleichermaßen können die Elemente bzw. Resonatoren alle dieselbe physikalische Form oder Ausgestaltung besitzen, oder sie können unterschiedliche Formen oder Ausgestaltungen aufweisen, je nach dem, was sinnvoll ist. In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist k zumindest 10 und kann bei zumindest 50 oder sogar bei zumindest 100 liegen. k kann sogar sehr groß sein, zum Beispiel größer als 1000, wenngleich verfügbare dielektrische Materialien dazu führen, diese Benutzung auf niedrige Frequenzen zu begrenzen. Die dielektrischen Materialien können Materialien in flüssiger Form, Festform, Gasform oder im Plasmazustand bzw. einen beliebigen Zwischenzustand beinhalten. Das dielektrische Material kann eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweisen als ein umgebendes Material, in dem es eingebettet ist.
Die Speiseeinrichtungen können in Form von leitfähigen Sonden ausgebildet sein, die in den oder an den dielektrischen Resonatoren angeordnet sind, oder es kann eine Kombination davon verwendet sein, oder sie können Aperturstrahler aufweisen, die in einem geerdeten Substrat vorgesehen sind. Aperturstrahler sind Diskontinuitäten (im Allgemeinen von rechteckiger Form) in einem geerdeten Substrat unterhalb des dielektrischen Materials und sie werden im Allgemeinen angeregt, indem man eine Übertragungsleitung in Mikrostreifenleitertechnik zwischen ihnen hindurchführt. Die Übertragungsleitung in Mikrostreif enleitertechnik wird üblicherweise auf die Unterseite des Substrats auf gedruckt. Wenn die Speiseeinrichtungen die Form von Sonden besitzen, können diese im Allgemeinen lang gestreckt sein. Beispiele von geeigneten Sonden beinhalten dünne zylindrische Drähte, die im Allgemeinen parallel zu einer Längsachse des dielektrischen Resonators verlaufen. Andere Sondenformen, die verwendet werden können (und die ausgetestet wurden), beinhalten dicke Zylinder, nicht-kreisförmige Querschnitte, dünne, weitgehend senkrechte Platten und sogar dünne, generell senkrechte Drähte mit leitfähigen „Hüten" an der Spitze (ähnlich wie Giftpilze). Die Sonden können außerdem metallisierte Streifen beinhalten, die in oder an dem Dielektrikum angeordnet sind, oder eine Kombination davon. Im Allgemeinen regt jedes beliebige leitfähige Element innerhalb oder an dem dielektrischen Resonator oder auch eine Kombination davon eine Resonanz an, wenn es in der richtigen Weise positioniert, bemessen und gespeist ist. Die unterschiedlichen Sondenformen führen zu verschiedenen Resonanzbandbreiten und sie können in verschiedenen Positionen und Ausrichtungen innerhalb oder an dem dielektrischen Resonator oder einer Kombination davon angeordnet sein (bei unterschiedlichen Entfernungen entlang eines Radius ausgehend vom Mittelpunkt und bei verschiedenen Winkeln vom Mittelpunkt, wenn von oben betrachtet), um sich so an bestimmte Umgebungsbedingungen anzupassen. Des Weiteren können Sonden innerhalb oder an dem dielektrischen Resonator vorgesehen sein, oder eine Kombination davon, die nicht mit der elektronischen Schaltung verbunden sind, sondern stattdessen eine passive Rolle bei der Beeinflussung der Sende-/Empfangseigenschaften der dynamischen Resonator Antenne spielen, beispielsweise aufgrund von Induktion.
Wenn die Speiseeinrichtung eine Monopol-Speiseeinrichtung beinhaltet, muss das geeignete dielektrische Resonatorelement bzw. der dielektrische Resonator im Allgemeinen mit einem geerdeten Substrat verbunden sein, beispielsweise indem es darüber angeordnet ist oder über einen kleinen Luftspalt oder eine Schicht aus einem anderen dielektrischen Material davon getrennt ist. Wenn die Speiseeinrichtung alternativ hierzu eine Dipol-Speiseeinrichtung beinhaltet, wird kein geerdetes Substrat benötigt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können Monopol-Speiseeinrichtungen zu den dielektrischen Elementen oder Resonatoren verwenden, die mit einem geerdeten Substrat verbunden sind, und/oder Dipol-Speiseeinrichtungen zu den dielektrischen Elementen bzw. Resonatoren, welche kein zugeordne tes, geerdetes Substrat besitzen. Beide Arten von Speiseeinrichtungen können in derselben Antenne verwendet werden.
Wenn ein geerdetes Substrat vorgesehen ist, können die dielektrischen Resonatoren direkt darauf, in der Nachbarschaft dazu oder unterhalb des geerdeten Substrats angeordnet sein, oder es kann ein schmaler Luftspalt zwischen den Resonatoren und dem geerdeten Substrat vorgesehen sein. Der Spalt kann einen Luftspalt beinhalten oder er kann mit einem anderen dielektrischen Material in fester, flüssiger oder gasförmiger Phase gefüllt sein.
Die Antennenanordnung der vorliegenden Erfindung kann mit einer Vielzahl von Sendern oder Empfängern betrieben werden, wobei die Begriffe hier verwendet werden, um eine Vorrichtung zu bezeichnen, die als eine Quelle von elektronischen Signalen zum Absenden über die Antennenanordnung fungiert, oder eine Vorrichtung, die zum Empfangen und Verarbeiten von elektronischen Signalen fungiert, die über elektromagnetische Strahlung zu der Antennenanordnung übertragen werden. Die Anzahl der Sender und/oder Empfänger kann gleich der Anzahl der angeregten Elemente sein oder auch nicht. Beispielsweise kann ein jeweils eigener Sender und/oder Empfänger mit jedem einzelnen Element verbunden sein (d.h. einer pro Element), oder ein einzelner Sender und/oder Empfänger kann mit einem Element verbunden sein (d.h. ein einziger Sender und/oder Empfänger wird zwischen den Elementen umgeschaltet). In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein einziger Sender und/oder Empfänger (gleichzeitig) mit einer Vielzahl von Elementen verbunden sein. Der Strahl und/oder die Richtungsempfindlichkeit der Antennenanordnung können kontinuierlich gesteuert werden, indem man die Speise- Leistung zwischen den Elementen kontinuierlich variiert. Alternativ hierzu kann ein einzelner Sender und/oder Empfänger mit mehreren nicht-nebeneinander liegenden Elementen verbunden sein. In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein einzelner Sender und/oder Empfänger mit mehreren, nebeneinander liegenden oder nicht-nebeneinander liegenden Elementen verbunden sein, um eine Erhöhung der erzeugten oder festgestellten Strahlungscharakteristik zu erhalten, oder um es der Antennenanordnung zu ermöglichen, in mehreren Richtungen gleichzeitig abzustrahlen oder zu empfangen.
Die Anordnung der Elemente kann einfach von Luft oder Ähnlichem umgeben sein, oder sie kann in einem dielektrischen Medium mit einer dielektrischen Leitfähigkeit zwischen derjenigen von Luft und derjenigen der Elemente selbst eingebunden sein. Im zuletzt genannten Fall wird der effektive Abstand zwischen den Elementen reduziert und das dielektrische Medium kann daher so angeordnet werden, dass es als eine dielektrische Linse wirkt. Wenn man beispielsweise eine Anordnung beliebigen Typs in einem dielektrischen Medium mit einer relativen dielektrischen Leitfähigkeit E_r einbettet, dann kann die Größe der Anordnung um √E_r reduziert werden.
Indem man darauf abzielt, eine Antennenanordnung bereitzustellen, die aus einer Vielzahl von dielektrischen Resonator Elementen besteht, von denen jedes in der Lage ist, mehrere Strahlen zu erzeugen, die getrennt voneinander ausgewählt oder gleichzeitig ausgebildet und je nach Belieben auf unterschiedliche Weise miteinander kombiniert werden, können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile bieten:

i) Wenn man sich dafür entscheidet, verschiedene Sonden oder Aperturstrahler zu speisen, kann die Antennenanordnung und jedes Element der Anordnung dazu gebracht werden, in eine aus einer Vielzahl von vorgewählten Richtungen (im Azimut zum Beispiel) zu senden oder zu empfangen. Dies besitzt den Vorteil, dass der Gewinn der Anordnung stets maximiert wird, da man einen maximalen Elementengewinn erhält. Bei einer herkömmlichen Antennenanordnung (die zum Beispiel aus Dipolen besteht), sinkt der Gewinn, wenn die Gruppencharakteristik aus der Position in der geraden Sichtlinie („Boresight") herausgesteuert wird, weil die Gruppencharakteristik aus den Strahlungscharakteristika der Elemente herausgesteuert wird. Eine herkömmliche Anordnung von Dipolen kann zum Beispiel nicht über 360° in der Ebene der Dipole gesteuert werden, weil an irgendeiner Stelle, üblicherweise bei einem Steuerungswinkel von 90°, die Gruppencharakteristik in eine Nullstelle der Strahlungscharakteristik der Elemente fällt.
ii) Indem man die Speiseeinrichtungen der Elemente der Reihe nach umschaltet und gleichzeitig die Antennencharakteristik herum schaltet, kann man die resultierende Strahlungscharakteristik der Antenne in inkrementalen Schritten im Winkel drehen. Eine solche Strahlsteuerung hat offensichtliche Anwendungen in der Kommunikationstechnologie, bei Radar- und Navigationssystemen.
iii) Indem man zwei oder mehr Speiseeinrichtungen gleichzeitig kombiniert, können Elementstrahlen in jeder beliebigen Azimut-Richtung ausgebildet werden, und zwar so, dass sie an eine Gruppencharakteristik angepasst sind, die in einer beliebigen Richtung ausgebildet ist, wodurch man eine genauere Kontrolle des Strahlformungsvorgangs erhält, während andererseits ein erhöhter oder sogar maximaler Antennengewinn erreicht wird.
iv) Indem man die Leistungsteilung bzw. -kombination von zwei oder mehr Speiseeinrichtungen gleichzeitig elektronisch und kontinuierlich variiert, können Elementstrahlen synchron zu einer Gruppencharakteristik kontinuierlich gesteuert werden, die ebenfalls kontinuierlich gesteuert wird.
v) wenn mit der Anordnung zumindest zwei Strahlen in unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig ausgebildet werden, dann kann die Vielzahl der Speiseeinrichtungen in den Antennenelementen so eingerichtet werden, dass sie sofort mehr als einen Strahl ausbildet, um die Gruppencharakteristik zu treffen.
vi) Die Hinzufügung einer internen oder externen Monopolantenne oder einer anderen Antenne, die eine kreisförmigsymmetrisches Strahlungscharakteristik um eine Längsachse besitzt, kann dazu verwendet werden, um eine Rückkeule der Antennenanordnung zu unterdrücken bzw. zu reduzieren, wodurch sich jegliche Mehrdeutigkeiten zwischen vorne und hinten, wie zum Beispiel bei einer linearen Anordnung, auflösen lassen.

Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie sie in der Praxis realisiert werden kann, soll nun beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen
1 eine lineare Anordnung von vier steuerbaren DRA-Elementen zeigt, die bei der nominalen Arbeitsfrequenz von 1325 MHz λ/2 voneinander entfernt sind;
2 zeigt eine Gegenüberstellung von gemessenen und berechneten Querstrahler-Charakteristika (Hauptstrahlrichtung bzw. Boresight) für die Anordnung aus 1;
3 zeigt eine Gegenüberstellung von gemessenen und berechneten Längsstrahler-Charakteristika für die Anordnung aus 1;
4 zeigt eine Gegenüberstellung von einer einfachen und einer doppelten Speisung der Elemente in der Anordnung aus 1, und zwar für eine Gruppencharakteristik, die von der Querstrahlrichtung zu einer Seite weggesteuert ist;
5 zeigt eine Gegenüberstellung von einer einfachen und einer doppelten Speisung der Elemente aus der Anordnung aus 1, und zwar für eine Gruppencharakteristik, die in einer entgegengesetzten Richtung von der Querseite aus 4 weggesteuert ist;
6 zeigt eine Gegenüberstellung von theoretischen und gemessenen Charakteristika, wobei die Anordnung aus 1 auf etwa 45° gesteuert ist;
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer ersten Anordnung von vier mehrteiligen, zusammengesetzten DRAs, die in einer vertikalen Anordnung übereinander gestapelt sind, wobei diese Darstellung für sich genommen nicht unter die vorliegende Erfindung fällt;
8 zeigt eine Draufsicht auf eines der mehrteiligen, zusammengesetzten DRAs aus 7;
9 zeigt eine Charakteristik in der Elevation für die Anordnung aus 7;
10 zeigt eine erste Charakteristik im Azimut für die Anordnung aus 7;
11 zeigt eine zweite Charakteristik im Azimut für die Anordnung aus 7; und
12 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Anordnung von vier mehrteiligen, zusammengesetzten DRAs, die übereinander in einer vertikalen Konfiguration gestapelt sind, wobei diese Darstellung für sich genommen nicht unter die vorliegende Erfindung fällt.
1 zeigt eine Antennenanordnung, die aus vier DRA-Elementen 1 besteht, von denen jedes mit vier internen Sonden 2a, 2b, 2c, 2d versehen ist und die auf einem geerdeten Substrat 3 angeordnet sind. Der Abstand der Elemente 1 der Anordnung beträgt die Hälfte einer Wellenlänge. Die Steuerung der Antennencharakteristik wird durch Verwendung von Leistungstei lern/-kombinierer (nicht dargestellt) und Leitungsverzögerungen (nicht dargestellt) beim Speisen der Elemente realisiert. Die Steuerung der Charakteristika der Elemente wird erreicht, indem man zwischen den Sonden 2 umschaltet oder indem man Leistungsteiler/-kombinierer verwendet, um zwei Sonden 2 gleichzeitig zu speisen.
Jedes DRA-Element 1 ruft eine vertikal polarisierte Strahlungscharakteristik mit einer kosinusförmigen oder achtförmigen Ausprägung hervor, wenn es in dem bevorzugten
-Modus angeregt wird, der ein hybrider elektromagnetischer Resonanzmodus ist, welcher eine Strahlung vergleichbar derjenigen eines horizontalen magnetischen Dipols erzeugt.
Wenn eine Antennencharakteristik in Form eines Querstrahlers (Hauptrichtung bzw. Boresight) unter Verwendung einer Sonde 2 in jedem Element 1 ausgebildet wird (in diesem Fall die obere Sonde 2a in jedem DRA-Element 1 der 1), entspricht die erzeugte Strahlungscharakteristik weitgehend derjenigen, wie sie theoretisch vorhergesagt ist, wie man in 2 sehen kann.
Die Anordnung aus 1 ist außerdem in der Lage, in einem Modus als Längsstrahler zu arbeiten, indem man in jedem DRA-Element 1 auf die Sonde 2b umschaltet, die intern unter einem Winkel von 90° zu der Sonde 2a angeordnet ist, die für einen Betrieb als Querstrahler verwendet wird. Die Übereinstimmung mit der Theorie ist wiederum hervorragend, wie man in 3 sehen kann. Die Umschaltung der Sonden, um den Betrieb der Anordnung als Längsstrahler zu ermöglichen, ist eine wichtige Eigenschaft, da sie es erlaubt, die Anordnung über einen 360° Winkel zu steuern. Wenn die entgegengesetzten internen DRA- Sonden verwendet werden, um den Längsstrahler in der entgegengesetzten Richtung zu betreiben, erhält man eine Strahlungscharakteristik, die weitgehend mit der in 3 gezeigten Charakteristik identisch ist, abgesehen von einer Vertauschung zwischen rechts und links.
Die Gruppencharakteristik kann man steuern, indem man Leitungsverzögerungen in den Speiseeinrichtungen zu jeder Sonde 2 in jedem Element 1 einfügt. 4 zeigt das Resultat beim Steuern der Antennencharakteristik um nominal 41,5 Grad im Azimut in einer vorgegebenen Richtung aus der Querrichtung hinaus (das Ziel war ein Steuerungswinkel von 45 Grad, aber die verfügbaren Leitungen ließen dies nicht exakt zu). Anfänglich wurden die Sonden 2a verwendet, die dazu dienen, die Strahlungscharakteristik des Querstrahlers auszubilden – dies stellt den gewöhnlichen Fall für eine Anordnung dar, wenn keine Steuerung der Elemente zur Verfügung steht. In 4 sind außerdem die gemessenen Strahlungscharakteristika gezeigt, wenn zwei Sonden 2a, 2b in jedem DRA-Element 1 verwendet werden, um die Strahlungscharakteristik der Elemente auf annähernd 45 Grad zu steuern. Der Anstieg des Gewinns der Anordnung, der durch die Steuerung der Elemente 1 synchron zu der Strahlungscharakteristik der Anordnung hervorgerufen wird, ist deutlich sichtbar. Es sollte außerdem berücksichtigt werden, dass in dem Fall mit zwei Sonden ein zusätzlicher Verlust in den Leistungsteilern von etwa 1dB auftritt, so dass das tatsächliche Ergebnis besser ist als in 4 dargestellt ist. Man kann außerdem sehen, dass es eine erhebliche Verbesserung in der Strahlungscharakteristik der Antenne im Hinblick darauf gibt, dass eine große Nebenkeule bei etwa 140 Grad deutlich reduziert ist. Dies stellt einen weiteren Vorteil der Strahlsteuerung auf Elementenebene dar.
Die Ergebnisse für eine Steuerung um etwa 45 Grad zu der anderen Seite der Querseite sind in 5 gezeigt. Man kann erkennen, dass die Ergebnisse nahezu ein „Spiegelbild" der in 4 gezeigten Ergebnisse sind, und dass der Anstieg in Bezug auf den Gewinn und die Unterdrückung der größten Nebenkeulen, welcher aus der Steuerung der Elemente resultiert, wiederum vorhanden ist.
Die Vorteile der Gewinnerhöhung durch die Steuerung der Elementstrahlen lassen sich bestimmen, indem man den S12 Übertragungsverlust zwischen den Anschlüssen eines Netzwerkanalysators misst, der zur Aufnahme der Strahlungscharakteristiken der Antenne verwendet wird. Dies kann wie folgt zusammengefasst werden:
Normiert man diese Ergebnisse, erhält man:
Wenn nur die Anordnung auf 45° gesteuert wird, ist zu erwarten, dass der Gewinn in Querrichtung um 2,5 dB abfällt, und zwar aufgrund der kosinusförmigen Charakteristik der Elemente 1. Die gemessenen Ergebnisse liegen innerhalb von 0,1 dB von diesem Ergebnis bei –2,6 dB. Leitungsverluste sind bei diesem Verständnis herausgerechnet. Wenn die Elemente 1 ebenfalls auf 45° gesteuert werden, sollte der Gewinn theoretisch wiederum bei demjenigen des Querstrahlers liegen. Das gemessene Ergebnis liegt innerhalb von 0,1 dB dieses Wertes, wobei der Unterschied hauptsächlich auf den Unterschied zwischen der tatsächlichen Steuerung auf 41,5° und der nominalen Steuerung von 45° zurückzuführen ist.
Um zu überprüfen, ob die gesteuerte Charakteristik bei zwei Sonden so ist, wie erwartet, wird die theoretische, für zwei Sonden berechnete Charakteristik mit derjenigen Charakteristik aus 4 verglichen, die mit zwei Sonden gemessen wurde. Die in 6 gezeigten Ergebnisse belegen, dass die Übereinstimmung zwischen der Messung und der Theorie weiterhin hervorragend ist.
7 zeigt eine vertikal übereinander gestapelte Anordnung von DRA-Elementen 10 die aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sind, wobei diese Darstellung für sich genommen nicht unter die vorliegende Erfindung fällt, und wobei jedes Element auf einem geerdetem Substrat 11 angeordnet ist und eine Vielzahl von Speiseeinrichtungen 12 besitzt, um Energie in die bzw. aus den DRAs 10 zu übertragen. Wie in 8 gezeigt ist, weist jedes mehrteilige, zusammengesetzte DRA 10 drei im Allgemeinen trapezförmige dielektrische Resonatoren 13, 13', 13" auf, die auf einem geerdeten Substrat 11 in einer im Allgemeinen halbhexagonalen Konfiguration angeordnet sind, wobei nebeneinander liegende Seitenflächen der dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" voneinander durch eine leitfähige Wand 14 getrennt sind. Eine leitfähige Rückplatte 15 ist hinter jedem DRA 10 angeordnet, wie dies am besten in 8 zu sehen ist. Jeder dielektrische Resonator 13, 13', 13" beinhaltet eine Sonde 12 als Monopol-Speiseeinrichtung, und die Speisesonden 12 können entweder einzeln oder in Kombination miteinander mit Hilfe einer elektronischen Schaltung (hier nicht gezeigt) aktiviert werden, welche mit diesen so verbunden ist, dass sie zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Strahl erzeugt, der über einen vorbestimmten Winkel α im Azimut gesteuert werden kann.
Wenn vier solche DRA-Elemente 10 als Elemente einer vertikalen Anordnung, wie sie in 7 angezeigt ist, zusammengestellt sind und mit Hilfe der Speisesonden 12 entsprechend aktiviert werden, kann ein resultierender Strahl erzeugt werden, der sowohl in der Elevation Φ als auch im Azimut α gesteuert werden kann. Die DRAs 10 sind vertikal mit einem nominalen Abstand von λ/2 voneinander getrennt, wobei λ die Wellenlänge des erzeugten Strahls ist. In dem vorliegenden Beispiel wird keine Gewichts- oder Fensterfunktion verwendet, und daher sind relativ hohe Pegel für die Nebenkeulen zu erwarten. Die Nebenkeulen lassen sich verbessern, indem man die Anzahl der DRAs 10 in der Anord nung erhöht, und indem man außerdem eine Gewichts- bzw. Fensterfunktion anwendet. Der Reflexionsverlust bei jedem DRA 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel besser als –20 dB.
9 zeigt die Strahlungscharakteristik in der Elevation für die Anordnung aus 7 und 8, wobei nur der mittlere dielektrische Resonator 13' jedes DRA 10 aktiviert ist. Die vertikale Strahlbreite wird von der Gruppencharakteristik der 4 Elemente bestimmt und beträgt etwa 25° bei dem –3 dB-Pegel. Die Rückkeule 16 wird bis zu einem gewissen Grade von der Größe der Rückplatte 15 beeinflusst und liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei etwa –27 dB.
Die Länge der leitfähigen Wände 14, die die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" voneinander trennen, kann dabei helfen, die Strahlbreite der Charakteristik im Azimut zu bestimmen. Kurze Wände 14, die nicht sonderlich über die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" der DRAs 10 hinausragen, führen zu Strahlbreiten der Elemente von etwa 90°. Längere Wände 14, die über die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" hinausragen, können diese Strahlbreite auf etwa 40° herunterbringen. Die Strahlbreiten der Gruppencharakteristik sind nahezu identisch mit den Strahlbreiten der Elemente, wie zu erwarten war.
10 zeigt die gemessene Strahlungscharakteristik im Azimut für die Anordnung aus den 7 und 8, wobei der mittlere dielektrische Resonator 13' jeder DRA 10 aktiviert ist. Die DRAs 10 mit kurzen Wänden 14, welche nur geringfügig über die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" hinausragen, wurden verwendet, und die Strahlbreite liegt daher etwa bei 90°. Die Rückkeule 17 liegt in derselben Größenordnung wie zuvor, d.h. bei ungefähr –25 dB.
11 zeigt die gemessene Strahlungscharakteristik im Azimut für die Anordnung aus den 7 und 8, wobei die jeweils links liegenden dielektrischen Resonatoren 13 jedes DRA 10 aktiviert sind. Wie man sehen kann, ist die Gruppencharakteristik auf etwa 75° gesteuert und die Rückkeule 17 ist schlechter als in 10, sie liegt nämlich bei ungefähr –13 dB.
Die Anordnung aus den 7 und 8 kann als Antenne für eine Basisstation in einem GSM Mobilfunknetzwerk verwendet werden, und zwar mit einer Strahlsteuerung sowohl im Azimut als auch in der Elevation. Die Strahlungscharakteristik wird in der Elevation über die Gruppencharakteristik der Anordnung gesteuert und die Strahlungscharakteristik im Azimut wird gesteuert, indem man die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" in jedem DRA 10 in verschiedenen Kombinationen oder einzeln speist und außerdem noch, indem man geeignete Längen für die leitfähigen Wände 14 auswählt. Solch eine Antenne für eine Basisstation kann nach den Spezifikationen für ein herkömmliches GSM-System der zweiten Generation maßgeschneidert werden. Die Antenne kann eine Breite von ungefähr 10 cm, eine Höhe von 80 cm und eine Tiefe von 5 cm besitzen, und sie kann so betrieben werden, dass sie drei voneinander unabhängige Strahlen im Azimut erzeugt (welche miteinander kombiniert und gesteuert werden können oder die für eine Richtungssuche verwendet werden), wobei jeder einzelne dieser Strahlen eine Charakteristik in der Elevation von 10–15° besitzt. Jeder Strahl kann auf einer eigenen Frequenz innerhalb eines 160 MHz-Bandes verwendet werden. Man kann geringe Verluste dadurch realisieren, dass man geeignete Kera mikmaterialien als Material für die dielektrischen Resonatoren 13, 13', 13" verwendet.
Für eine vollständige 360° Strahlsteuerung im Azimut kann eine Anordnung aus vier DRAs 20 verwendet werden, wie sie in 12 gezeigt ist, wobei diese Darstellung für sich genommen nicht unter die vorliegende Erfindung fällt, und wobei jedes DRA aus sechs trapezförmigen dielektrischen Resonatoren 21 besteht, die in einer hexagonalen Konfiguration angeordnet sind und die mit leitfähigen Wänden 22 voneinander getrennt sind.

Claims

Anordnung von dielektrischen Resonator Antennenelementen (1, 10), wobei jedes Element (1, 10) eine Längsachse besitzt und zumindest einen dielektrischen Resonator (1, 13) sowie eine Vielzahl von Speiseeinrichtungen (2, 12) zum Ein- bzw. Auskoppeln von Energie in die bzw. aus den Elementen (1, 10) beinhaltet, wobei die Speiseeinrichtungen (2, 12) jedes Elements (1, 10) entweder einzeln oder in Kombination aktivierbar sind, um so zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Elementenstrahl zu erzeugen, der im Azimut über einen vorbestimmten Winkel um die Längsachse des Elements (1, 10) gesteuert werden kann, wobei die Elemente (1, 10) Seite an Seite angeordnet sind, so dass ihre jeweiligen Längsachsen ebenfalls Seite an Seite angeordnet sind, wobei die Speiseeinrichtungen (2, 12) der Elemente (1, 10) während des Betriebs der Anordnung so aktiviert werden, dass die Elementstrahlen von den verschiedenen Elementen (1, 10) synchron zueinander gesteuert werden, und wobei die Elementstrahlen, wenn sie kombiniert sind, Wechselwirken, um so zumindest einen Strahl der Anordnung auszubilden, der synchron zu den Elementstrahlen gesteuert wird.
Anordnung nach Anspruch 1, die ferner mit einer elektronischen Schaltung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Speiseeinrichtungen (2, 12) entweder einzeln oder in Kombination zu aktivieren, um so zumindest einen inkremental oder kontinuierlich steuerbaren Elementstrahl zu erzeugen, der über einen vorbestimmten Winkel gesteuert werden kann.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedem dielektrischen Resonator (1, 13) ein geerdetes Substrat (3, 11) zugeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Elemente (1, 10) in einer im Wesentlichen linearen Formation angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei die lineare Formation an eine gekrümmte oder anderweitig ungerade Oberfläche angepasst ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Elemente (1, 10) in einer ringförmigen Formation angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 6, wobei die Elemente (1, 10) in einer im Wesentlichen kreisförmigen Formation angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Elemente (1, 10) in zumindest zwei Dimensionen über einer Oberfläche angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Elemente (1, 10) in Form eines Gitters angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Oberfläche an eine gekrümmte oder anderweitig ungerade Oberfläche angepasst ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Elemente (1, 10) in einer 3-dimensionalen Volumenanordnung angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Volumenanordnung eine äußere Hülle besitzt, die im Wesentlichen die Form eines regelmäßigen Körpers aufweist, der aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Kugel, Tetraeder, Würfel, Oktoeder, Dodekaeder und Ikosaeder.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Volumenanordnung eine äußere Hülle besitzt, die im Wesentlichen die Form eines polyedrischen Körpers aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei die Volumenanordnung eine äußere Hülle in Form eines unregelmäßigen Körpers besitzt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Volumenanordnung als eine Kombination von linearen und/oder flächigen Anordnungen gebildet ist, die übereinander angeordnet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente (1, 10) regelmäßig voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Elemente (1, 10) unregelmäßig voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer dielektrischen Linse, die dazu dient, zumindest einen Strahl zu steuern.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mit einer elektronischen Schaltung versehen ist, die dazu ausgebildet ist, jedes der Elemente (1, 10) mit einem vorbestimmten Phasenversatz oder Zeitversatz zu aktivieren, um so eine Anordnungscharakteristik zu erzeugen, die über einen vorbestimmten Winkel gesteuert werden kann.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mit einer elektronischen Schaltung versehen ist, um die Speiseeinrichtungen (2, 12) von zumindest einigen der Elemente (1, 10) zu kombinieren, so dass eine erzeugte Elementenstrahlcharakteristik im Winkel synchron zu einer erzeugten Antennenstrahlcharakteristik steuerbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner mit einer elektronischen Schaltung versehen ist, um zumindest zwei Speiseeinrichtungen (2, 12) für jedes einzelne Element (1, 10) bereitzustellen, so dass die Elemente (1, 10) so aktivierbar sind, dass sie zumindest zwei Elementstrahlen gleichzeitig ausbilden, die im Winkel synchron zu der Antennenstrahlcharakteristik steuerbar sind, wenn die Anordnung dazu verwendet wird, zumindest zwei Antennenstrahlen gleichzeitig auszubilden, um so eine Antennenstrahlcharakteristik mit zumindest zwei Hauptkeulen zu bilden.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 10 oder jedem davon abhängigen Anspruch, die ferner mit einer elektronischen Schaltung versehen ist, um die Speiseeinrichtung (2, 12) entweder einzeln oder in Kombination so zu aktivieren, dass die Elemente (1, 10) Elementstrahlen erzeugen, die alle in dieselbe Richtung zeigen unabhängig von der Form der gekrümmten oder anderweitig ungeraden Oberfläche.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speiseeinrichtungen (2, 12) dazu ausgebildet sind, für vorbestimmte Zeitverzögerungen in der Speiseeinrichtung zu jedem Element (1, 10) zu sorgen.
Anordnung nach Anspruch 23, wobei die Speiseeinrichtungen (1, 12) mit elektrischen Kabeln, faseroptischen Kabeln, gedruckten Schaltungsbahnen oder jeder anderen Übertragungsleitung verbunden sind, wobei jede eine effektive Länge besitzt, die variiert werden kann, um für unterschiedliche Zeitverzögerungen in den Speiseeinrichtungen für die Elemente (1, 10) zu sorgen.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die effektiven Längen der Übertragungsleitungen variiert werden, indem zusätzliche Längenabschnitte an Übertragungsleitungen elektronisch ein- oder ausgeschaltet werden.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die effektiven Längen der Übertragungsleitungen variiert werden, indem zusätzliche Längenabschnitte an Übertragungsleitungen elektrisch ein- oder ausgeschaltet werden.
Anordnung nach Anspruch 24, wobei die effektiven Längen der Übertragungsleitungen variiert werden, indem zusätzliche Längenabschnitte an Übertragungsleitungen mechanisch ein- oder ausgeschaltet werden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speiseeinrichtungen (2, 12) mit Mitteln versehen sind, um eine Phase eines Energiesignals, das darüber zu jedem Element (1, 10) geführt wird, individuell anzupassen.
Anordnung nach Anspruch 28, wobei die Phasenanpassungsmittel Dioden-Phasenschieber, Ferrit-Phasenschieber oder ein beliebiger anderer Typ von Phasenschieber sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Element (1, 10) mit einem separaten Sende- oder Empfangsmodul verbunden ist, und wobei jedes Sende- oder Empfangsmodul von einem beliebigen Mittel, z.B. einem Computer, gesteuert wird, um vorbestimmte Phasen- und/oder Amplitudenänderungen an den Signalen hervorzurufen, die den Elementen (1, 10) zugeführt oder von diesen empfangen werden, um so die Steuerung einer Antennenstrahlcharakteristik zu ermöglichen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der steuerbare Elementenstrahl über einen vollständigen 360°-Kreis gesteuert werden kann.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine elektronische Schaltung beinhaltet, um die Speiseeinrichtungen (2, 12) von mehreren Elementen (1, 10) zu kombinieren, um so Summen- und Differenzmuster auszubilden, die eine Strahlrichtungsdetektionsfähigkeit von bis zu 360° ermöglichen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine elektronische Schaltung beinhaltet, um die Speiseeinrichtungen (2, 12) von mehreren Elementen (1, 10) zu kombinieren, um eine Strahlrichtungsdetektionsfähigkeit von bis zu 360° auf Basis eines Amplituden- und/oder Phasenvergleichs auszubilden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speiseeinrichtung (2, 12) die Form von leitfähigen Sonden (2, 12) besitzen, die innerhalb der oder an den dielektrischen Resonatorelementen (1, 13) enthalten bzw. angeordnet sind, oder in einer Kombination davon.
Anordnung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 33, die vom Anspruch 3 abhängen, wobei die Speiseeinrichtungen (2, 12) die Form von Öffnungen besitzen, die in dem geerdeten Substrat (3, 11) vorgesehen sind.
Anordnung nach Anspruch 35, wobei die Öffnungen als Diskontinuitäten in dem geerdeten Substrat (3, 11) unterhalb der dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch 36, wobei die Öffnungen eine im Wesentlichen rechteckige Form besitzen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei eine Mikrostreifenleiter-Übertragungsleitung unterhalb jeder anzuregenden Öffnung angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 38, wobei die Mikrostreifenleiter-Übertragungsleitung auf einer Seite des Substrats aufgebracht ist, die von den dielektrischen Resonatorelementen (1, 13) entfernt liegt.
Anordnung nach Anspruch 34, wobei eine vorbestimmte Anzahl der Sonden (2, 12) innerhalb oder an den dielektrischen Resonatorelementen (1, 13), oder von einer Kombination davon, nicht mit der elektronischen Schaltung verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 40, wobei die Sonden (2, 12) endseitig offen sind (offener Schaltkreis).
Anordnung nach Anspruch 40, wobei die Sonden (2, 12) mit einer Last beliebiger Impedanz einschließlich eines Kurzschlusses abgeschlossen sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem dielektrischen Material mit einer dielektrischen Konstante k ≥ 10 hergestellt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem dielektrischen Material mit einer dielektrischen Konstante k ≥ 50 hergestellt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem dielektrischen Material mit einer dielektrischen Konstante k ≥ 100 hergestellt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem flüssigen oder gelartigen Material hergestellt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem festen Material hergestellt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, wobei die dielektrischen Resonatorelemente (1, 13) aus einem gasförmigen Material hergestellt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein einzelner Sender oder Empfänger mit einer Vielzahl von Elementen (1, 10) verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei eine Vielzahl von Sendern oder Empfängern individuell mit einer entsprechenden Vielzahl von Elementen (1, 10) verbunden ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 48, wobei ein einzelner Sender oder Empfänger mit einer Vielzahl von nicht-nebeneinander liegenden Elementen (1, 10) verbunden ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes Element (10) eine zusammengesetzte dielektrische Resonator Antenne mit einer Vielzahl von individuellen dielektrischen Resonator Antennen ist, wobei jede einen dielektrischen Resonator (13, 13', 13") mit Seitenflächen sowie einen Speisemechanismus (12) zum Ein- bzw. Auskoppeln von Energie in bzw. aus dem dielektrischen Resonator (13, 13', 13") beinhaltet, wobei die dielektrischen Resonatoren (13, 13', 13") so angeordnet sind, dass zumindest eine Seitenfläche von jedem dielektrischen Resonator (13, 13', 13") neben zumindest einer Seitenfläche eines benachbarten dielektrischen Resonators (13, 13', 13") liegt.
Anordnung nach Anspruch 52, wobei eine Lücke zwischen zumindest zwei der nebeneinander liegenden Seitenflächen vorgesehen ist.
Antenne nach Anspruch 52 oder 53, wobei die nebeneinander liegenden Seitenflächen von zumindest einem Paar (13, 13'; 13', 13") von benachbarten dielektrischen Resonatoren (13, 13', 13") voneinander durch eine elektrisch leitfähige Wand (14) getrennt sind, die beide Seitenflächen kontaktiert.