DE602004012565T2

DE602004012565T2 - ANTENNA

Info

Publication number: DE602004012565T2
Application number: DE602004012565T
Authority: DE
Inventors: David Winchester HAYES; Richard Brooke Beaulieu Hampshire KEETON
Original assignee: Plasma Antennas Ltd
Current assignee: Plasma Antennas Ltd
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: EP1647070A1; WO2005013416A1; GB0317121D0; DE602004012565D1; ATE389959T1; EP1647070B1

Abstract

An antenna comprising: (a) a pair of spaced apart conducting plates which are separated by a cavity containing a dielectric medium; (b) radio frequency feed means for coupling radio frequency energy into, or from, the cavity formed by the conducting plates; (c) generating means for forming a pattern of conducting elements between surfaces of the conducting plates and thereby to focus an electromagnetic wave front towards an edge of the cavity; (d) control means for influencing the pattern of conducting elements and thereby to direct or otherwise influence the electromagnetic wave front; and (e) redirecting means for redirecting the electromagnetic wave front to illuminate an associated radiating means.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Antenne.These The invention relates to an antenna.

Beschreibung des Standes der TechnikDescription of the state of technology

WO-02/089250-A1 zeigt wie der Einschluss verteilter Schalter längs eines Fortpflanzungsweges einer elektromagnetischen Mikrostreifen-Struktur zum Steuern der Zeitverzögerung eines Signals durch die Struktur benutzt werden kann. Die Schalter sind aus einem Halbleitermaterial, das einer elektrischen Trägeranregung durch optische Beleuchtung, oder durch elektrische Trägerinjektion durch elektrische Mitte unterworfen wird. WO-02/089250-A1 shows how the inclusion of distributed switches along a propagation path of an electromagnetic microstrip structure can be used to control the time delay of a signal through the structure. The switches are made of a semiconductor material that is subjected to electrical carrier excitation by optical illumination, or by electrical carrier injection through electrical center.

WO-02/01671 A1 zeigt, daß elektromagnetische Energie durch die Steuerung von leitenden Elementen innerhalb eines Führungsmediums reflektiert oder absorbiert werden kann. Eine Mikrowellenantenne ist gezeigt, die im wesentlichen parallele leitende Platten aufweist, die ein eigenleitendes Halbleitermaterial einschließen. Leitende Elemente können zwischen wellenleitenden Leitern erzeugt werden. Die leitenden Elemente werden verwendet um reflektive oder absorptive Gestaltungen zu simulieren. Alternativ können die leitenden Elemente von mechanischer Natur in der Form von metallischen Drähten, die in dem Halbleitermaterial angeordnet sind, sein. Verschiedene Muster der leitenden Elemente sind in der Lage, die Richtungsverstärkung der Antenne zu beeinflussen. Im allgemeinen werden die leitenden Elemente durch optische oder elektrische Anregung in ausgewählten Bereichen des Halbleitermaterials erzeugt. WO-02/01671 A1 shows that electromagnetic energy can be reflected or absorbed by the control of conductive elements within a guide medium. A microwave antenna is shown having substantially parallel conductive plates enclosing an intrinsic semiconductor material. Conductive elements can be generated between waveguiding conductors. The conductive elements are used to simulate reflective or absorptive designs. Alternatively, the conductive elements may be of a mechanical nature in the form of metallic wires disposed in the semiconductor material. Different patterns of the conductive elements are able to influence the directional gain of the antenna. In general, the conductive elements are produced by optical or electrical excitation in selected regions of the semiconductor material.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Gemäß Anspruch 1 ist eine Antenne geschaffen, die aufweist:

(a) ein Paar von räumlich beabstandeten leitenden Platten, die durch einen Hohlraum, der ein dielektrisches Medium enthält, getrennt sind;
(b) Hochfrequenzzuführeinrichtungen, die Hochfrequenz in, oder aus, dem Hohlraum, der durch die leitenden Platten gebildet wird, koppeln;
(c) Erzeugungseinrichtungen, die wählbare Muster von leitenden Elementen zu entweder durchscheinenden, absorbierenden oder reflektierenden Zuständen bilden, wobei die Muster von leitenden Elementen zwischen Oberflächen der leitenden Platten angeordnet sind;
(d) Steuereinrichtungen, die besagte Muster von leitenden Elementen steuern und um dadurch eine elektromagnetische Wellenfront zu richten oder sonst zu beeinflussen; und
(e) Rückrichtungseinrichtungen, die die elektromagnetische Wellenfront, rückrichten um eine zugehörige Strahlungseinrichtung zu belichten, dadurch gekennzeichnet, dass besagte leitende Elemente entweder jedes eine plasmaerzeugende PIN-Dioden-Vorrichtung oder jedes eine Mikro-Betätiger-Vorrichtung sind.

According to claim 1 there is provided an antenna comprising:

(a) a pair of spaced-apart conductive plates separated by a cavity containing a dielectric medium;
(b) high frequency supply means coupling high frequency in, or out of, the cavity formed by the conductive plates;
(c) generating means forming selectable patterns of conductive elements into either translucent, absorbing or reflective states, the patterns of conductive elements being disposed between surfaces of the conductive plates;
(d) control means controlling said patterns of conductive elements and thereby directing or otherwise affecting an electromagnetic wavefront; and
(e) return means for directing the electromagnetic wavefront to expose an associated radiation device, characterized in that said conductive elements are either each a PIN-diode plasma-generating device or each micro-actuator device.

Die Antenne der vorliegenden Erfindung kann eine kompakte, hochwirksame, richtbare Festkörper-Antenne sein, die für die Benutzung durch das ganze Mikrowellen und Millimeter-Funk-Spektrum und darüber hinaus geeignet ist. Die Antenne kann als eine robuste, anpassungsfähige Antenne zu geringen Kosten mit hoher Abdeckungen in der Höhenausrichtung und im Azimut steuerbar sein. Die Antenne hat weitgefächerte Anwendungen, einschließlich Nachrichtenverbindungen, Radar und Verfolgung.The Antenna of the present invention may be a compact, highly efficient, directable solid-state antenna be that for the use by all the microwaves and millimeter radio spectrum and about that is also suitable. The antenna can be considered a rugged, adaptable antenna at low cost with high covers in the height orientation and be controllable in azimuth. The antenna has wide applications, including news links, Radar and pursuit.

Die Antenne der vorliegenden Erfindungen kann die folgenden vorteilhaften Merkmale haben:
niedriger Leistungsbedarf
hohe Begrenzungen der ektromagnetischen Frequenzen
niedriges zusätzliches elektromagnetisches Rauschen
geringe Temperaturempfindlichkeit
geringe elektromagnetische Dämpfung
erhöhte Genauigkeit der Steuerung
verminderte räumliche Seitenkeulen
breite Höhenabdeckung
steuerbare azimutale Abdeckung
weite Bandbreitenleistung
kompakte, monolithische GestaltungThe antenna of the present invention may have the following advantageous features:
low power requirement
high limits of the electromagnetic frequencies
low additional electromagnetic noise
low temperature sensitivity
low electromagnetic attenuation
increased accuracy of control
diminished spatial side lobes
wide height cover
controllable azimuthal cover
wide bandwidth performance
compact, monolithic design

Die Antenne kann eine solche sein, in der die leitenden Platten sich parallel zueinander erstrecken.The Antenna may be one in which the conductive plates are extend parallel to each other.

Das dielektrische Medium kann ein halbleitendes dielektrisches Medium, ein gasförmiges dielektrisches Medium oder ein Vakuum-dielektrisches Medium sein.The dielectric medium may be a semiconducting dielectric medium, a gaseous dielectric medium or a vacuum dielectric medium.

Die Antenne kann eine solche sein, in der die leitenden Elemente jeweils eine Plasma erzeugende PIN-Diodenvorrichtung sind, die in der Lage ist, ihren Zustand von lichtdurchlässig auf absorptiv bis reflektiv durch Erhöhen des Stromflusses durch die Vorrichtung und somit den Pegel der Trägerdichte von <10^13 Trägern pro cm³, was ein meistens weitestgehend lichtdurchlässiger Zustand ist, auf <3 × 10¹⁵ Träger pro cm³, was ein überwiegend absorptiver Zustand ist, und bis zu >10¹⁵ Träger pro cm³, was ein überwiegend reflektierender Zustand ist, zuerhöhen.The antenna may be one in which the conductive elements are each a PIN diode plasma generating device capable of changing their state from transparent to absorptive to reflective by increasing the current flow through the device and thus the level of the carrier density of < 10 ^ 13 carriers per cm ³ , which is a mostly largely translucent state, to <3 × 10 ¹⁵ carriers per cm ³ , which is a predominantly absorptive state, and up to> 10 ¹⁵ carriers per cm ³ , which is a predominantly reflective state is to increase.

Die Antenne kann eine solche sein, in der die leitenden Elemente jeweils alle eine Mikro-Betätiger-Vorrichtung sind, die in der Lage ist, transparente, absorbierende und reflektierende Materialien zwischen die leitenden Platten einzuführen.The Antenna may be one in which the conductive elements each all a micro-actuator device which is capable of being transparent, absorbent and reflective To introduce materials between the conductive plates.

Die rückrichtende Einrichtung kann eine elektromagnetische rückrichtende Einrichtungen sein. Die rückrichtende Einrichtung kann eine reflektierende rückrichtende Einrichtung oder eine brechende rückrichtende Einrichtung sein.The back directing Device can be an electromagnetic device. The retrograde Device can be a reflective straightening device or a breaking righting Be institution.

Die zugehörige strahlende Einrichtung kann ein Trichter, eine Linse oder ein geschlitzter Wellenleiter-Reflektor sein Andere Arten von zugehörigen strahlenden Einrichtungen können verwendet werden.The associated Radiant device can be a funnel, a lens or a slotted Waveguide Reflector Other types of associated radiating Facilities can be used.

Die Antenne kann elektromagnetische Einrichtungen zum Erzeugen eines gewünschten Beleuchtungsmusters bzw. Belichtungsmuster aufweisen. Die elektromagnetische Einrichtung zum Erzeugen des gewünschten Beleuchtungsmusters kann eine Reflektor, eine Linse, oder ein Trichter sein.The Antenna may be electromagnetic devices for generating a desired Have illumination pattern or exposure pattern. The electromagnetic Device for generating the desired Illumination pattern can be a reflector, a lens, or a funnel be.

Die Antenne kann eine solche sein, in der die Steuereinrichtungen die Steuereinrichtung die Anordnung der leitenden Elemente so zu sein erlaubt, als daß sie die Richtung der reflektierten Energie innerhalb der Antenne selektiv lenkt.The Antenna may be one in which the control means the Control means to be the arrangement of the conductive elements so allowed, than that the direction of the reflected energy within the antenna selectively directs.

Die Antenne kann eine solche sein, in der die Muster der leitenden Elemente in elektrischen Leitern oder in elektrischen Widerständen gebildet werden.The Antenna may be one in which the patterns of the conductive elements formed in electrical conductors or in electrical resistors become.

Die Antenne kann ein geformtes dielektrisches Medium an einer äußeren Oberfläche der Antenne aufweisen, wodurch elektromagnetische Kopplung zwischen der Antenne und einem äußeren Medium gefördert wird.The Antenna may be a molded dielectric medium on an outer surface of the Antenna, whereby electromagnetic coupling between the antenna and an external medium promoted becomes.

Die Antenne kann eine solche sein, in der die Funkfrequenzenergie Wellenlängen hat, die durch eine elektro-optische Dimension statt einer millimetrischen gekennzeichnet sind. Die Antenne kann auch eine solche sein, in der die Funkfrequenzenenergie eher durch die Antenne empfangen als ausgesandt wird.The Antenna may be one in which the radio frequency energy has wavelengths, by an electro-optical dimension rather than a millimetric one Marked are. The antenna can also be such, in the radio frequency energy received by the antenna rather than is sent out.

Eine Mehrzahl der Antennen der vorliegenden Erfindung können zusammen angeregt werden um die Steuerung der Richtung der ausgesandten oder empfangenen elektromagnetischen Energie zu bewirken. Eine Mehrzahl der Antennen kann angeordnet sein, um einen sektoriellen oder einen Gesamtrichtungsbetrieb zu ermöglichen.A A plurality of the antennas of the present invention may be combined be stimulated to control the direction of the sent or to cause received electromagnetic energy. A majority the antenna may be arranged to be a sectorial or a To enable total direction of operation.

Die Antenne kann derart sein, dass sie die Mittel ermöglicht um zu beleuchten, oder zu empfangen von einen Weitwinkel in der Höhe und mit einem steuerbaren Azimutwinkel. Die Antenne kann eine hohe Wirksamkeit, eine geringe Seitenkeulen-Erzeugung, aus einer kompakten Gestaltung ohne bewegliche Teile leisten. Die kompakte Größe der Antenne kann vorteilhaft verwendet werden insoweit, als die Antenne einfach in bewegliche und wartungsarme Anwendungen eingesetzt werden kann. Die Antenne kann besonders für millimetrische oder Teraherz-Techniken in den Feldern der Nachrichtenverbindung, des Radars, des Fühlens und der dynamischen Verfolgung anwendbar sein.The Antenna may be such that it allows the means to to illuminate or receive from a wide angle in height and with a controllable azimuth angle. The antenna can be very effective, a low sidelobe generation, from a compact design without moving parts. The compact size of the antenna can be beneficial to that extent, as the antenna is simply moving into and low-maintenance applications can be used. The antenna can especially for millimetric or terahertz techniques in the fields of communications, the radar, the feeling and dynamic tracking.

In einer Ausführungsform weist die Antenne eine parallele Anordnung von zwei eng beanstandeten leitenden Platten auf, über die leitende und absorbierende Elemente erzeugt und beeinflusst werden können. Die Elemente können in der Form von örtlich injizierten oder erzeugten Ladungsträgern, oder alternativ mechanische Elemente, sein. Die Verteilung der Elemente kann derart sein, dass sie beleuchtende elektromagnetische Energie aus einer Brennpunktquelle auf einen prismatischen Deflektor reflektiert. Energie, die durch den prismatischen Deflektor gebrochen wird, strahlt senkrecht auf die Führungsebene und beleuchtet einen Sektor eines mechanischen Reflektors. Dies ermöglicht, daß ein beleuchtender Strahl erzeugt wird. Umgekehrt ist die Antenne in der Lage, elektromagnetische Energie zu empfangen und sie auf den Brennpunkt zu bündeln.In an embodiment the antenna has a parallel arrangement of two closely spaced conductive plates on, over creates and influences the conducting and absorbing elements can be. The elements can in the form of locally injected or generated charge carriers, or alternatively mechanical elements. The distribution of the elements may be such that they illuminate electromagnetic energy reflected from a focus source on a prismatic deflector. Energy, which is broken by the prismatic deflector, radiates perpendicular to the management level and illuminates a sector of a mechanical reflector. This allows the existence illuminating beam is generated. Conversely, the antenna is in able to receive electromagnetic energy and apply it to the Focus to focus.

Die Antenne kann eine elektromagnetische Wellenfront, die durch eine gewünschte Höhenabdeckung gekennzeichnet ist, und die elektronisch in ihrem Azimutwinkel durch eine Festkörperantenne, die keine beweglichen mechanischen Teile hat, gelenkt werden kann, erzeugen. Die Antenne kann sowohl in einem Empfangmodus als auch in einem Sendemodus arbeiten.The Antenna can be an electromagnetic wavefront through a desired height cover is characterized and electronically in their azimuth angle through a solid state antenna, which has no moving mechanical parts, can be steered produce. The antenna can be in both a reception mode as well work in a send mode.

Eine Mehrzahl der Antennen der vorliegenden Erfindung kann zusammen verwendet werden, um eine azimutale Abdeckung, die sich über 360° erstreckt, zu ermöglichen.A A plurality of antennas of the present invention may be used together to provide an azimuthal coverage extending over 360 °.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur mittels Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:embodiments The invention will now be described only by way of example and with reference to the accompanying drawings are described in which:

1 eine Perspektivansicht eines grundlegenden Antennenblockes ist; 1 is a perspective view of a basic antenna block;

2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Antennenblockes ist; 2 a side view of the in 1 is shown antenna block;

3 eine Aufsicht auf den im 1 gezeigten Antennenblock ist; 3 a supervision of the im 1 shown antenna block;

4 eine polygone prismatische Struktur mit einer einzelnen zentralen Zuführung zeigt; 4 shows a polygonal prismatic structure with a single central feed;

5 eine polygon prismatische Struktur mit mehreren Zuführungen zeigt; 5 shows a polygon prismatic structure with multiple feeds;

6 einen Strahllenkeffekt zeigt; 6 shows a beam steering effect;

7 die Äquivalenz zwischen einer erzeugten Parabolspiegeldrehung und dem Winkel eines reflektierten Strahles auf einer Vorderfläche eines dielektrischen Materials zeigt; 7 shows the equivalence between a generated parabolic mirror rotation and the angle of a reflected beam on a front surface of a dielectric material;

8 einen Punkt einer inneren Totalreflexion und zusätzlich Energie, die in einem Hauptstrahl verloren ist, zeigt; 8th shows a point of total internal reflection and additionally energy lost in a principal ray;

9 alternative Anordnungen um Strahllenkung zu erzielen, zeigt; 9 alternative arrangements to achieve beam steering shows;

10 die Schnittpunkte von Parabolspiegeloberflächen als eine Funktion der Drehung zeigt; 10 shows the intersections of parabolic mirror surfaces as a function of rotation;

11 die Verwendung eines ebenen aktiven Reflektors zeigt; 11 shows the use of a plane active reflector;

12 die Anordnung einer Mehrzahl von aktiven Reflektoren zeigt; 12 shows the arrangement of a plurality of active reflectors;

13 den getrennten oder gemeinsamen Betrieb mehrerer Reflektoren zeigt; 13 showing the separate or joint operation of multiple reflectors;

14 eine Gestaltung zum Ankoppeln an einen festen Reflektor zeigt; 14 shows a design for coupling to a fixed reflector;

15 eine Gestaltung zum Richten von Ausgangsenergie zeigt; 15 shows a design for directing output energy;

16 eine Gestaltung, die Energie direkt aus einem Parallelenplatten-Wellenleiter in den freien Raum koppelt, zeigt; 16 a design that couples energy directly from a parallel plate waveguide into free space;

17 eine Gestaltung für verbesserte Abdeckung durch Verwendung mehrerer Sender zeigt und; 17 shows a design for improved coverage by using multiple transmitters and;

18 eine Einrichtung um verbesserte Gleichförmigkeit der Abdeckung zu liefern, zeigt. 18 a device to provide improved uniformity of the cover shows.

Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of preferred embodiments

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird das zu Grunde liegende Prinzip der vorliegenden Erfindungen in 1–3 erläutert. 1–3 zeigen, wie elektromagnetische Energie von einem Zuführpunkt 1 innerhalb des Raumes eines ausgestrahlten Strahles 7 ausgestrahlt wird. Dieser Raum wird gewöhnlich ein dielektrisches Material sein, obwohl es auch eine gasförmiges Material sein kann. Wählbare Reflektoren 2b werden gezeigt. Diese wählbaren Reflektoren 2b können fadenförmige Räume elektrischer Träger aufweisen oder sie können mechanische Reflektoren so wie MEMS, mechanische elektromagnetische Schalter (Mechanical Electromagnetic Switches), aufweisen. Die wählbaren Reflektoren 2b sind so angeordnet, daß sie elektromagnetische Energie zu dem gezeigten Vorwärtsrand eines Parallelplattenwellenleiters 2 richten. Am Abschluß des Wellenleiters 2 wird eine gerichtete Zuführung 1 verwendet, um einen metallischen festen Reflektor 6 zu beleuchten und dadurch ausgewählte Raumbeleuchtung durch die elektromagnetische Energie im ausgestrahlten Strahl 7 zu ermöglichen. Es wird erkannt werden, daß im allgemeinen die Wirksamkeit des Koppelns von Energie zwischen einem dielektrischen Material und etwas anderem, so wie freiem Raum, durch den Einschluss eines geeigneten dazwischenliegenden impedanzanpassenden Materials verbessert wird.With reference to the drawings, the underlying principle of the present inventions becomes 1 - 3 explained. 1 - 3 show how electromagnetic energy from a feed point 1 within the space of a radiated beam 7 is broadcast. This space will usually be a dielectric material, although it may also be a gaseous material. Selectable reflectors 2 B are shown. These selectable reflectors 2 B For example, they may include filamentous spaces of electrical carriers, or they may include mechanical reflectors such as MEMS, Mechanical Electromagnetic Switches. The selectable reflectors 2 B are arranged to transmit electromagnetic energy to the shown forward edge of a parallel plate waveguide 2 judge. At the conclusion of the waveguide 2 becomes a directed feeder 1 used to be a metallic solid reflector 6 to illuminate and thereby selected room lighting by the electromagnetic energy in the emitted beam 7 to enable. It will be appreciated that, in general, the efficiency of coupling energy between a dielectric material and anything else, such as free space, is enhanced by the inclusion of a suitable intermediate impedance-matching material.

In 1–3 sind auch Elementerzeugungseinrichtungen in der Form eines Satzes für Absorber 2a, Elementerzeugungseinrichtungen in der Form eines Satzes für Reflektor 2b und Elementesteuereinrichtungen 3 gezeigt. Die Elementerzeugungseinrichtungen können entweder eine plasmaerzeugende PIN-Diode oder eine Mikro-Betätigereinrichtung sein. Die Elementerzeugungseinrichtung hat lichtdurchlässige, absorbierende und reflektierende Einstellungen. Im Falle der PIN-Diode wird die Zustandsänderung einfach durch Ändern des Stromflusses durch die Vorrichtung bewirkt um den Pegel der Trägerkonzentration zu ändern. Das heißt, unterhalb 10¹³ Trägern pro cm³ ist die PIN-Vorrichtung für Mikrowellen durchlässig. Zwischen 10¹³ Trägern pro cm³ bis 10¹⁵ Trägern pro cm³ ist die PIN-Vorrichtung absorbierend. Oberhalb 10¹⁵ ist die PIN-Vorrichtung reflektiv. Für den Mikrobetätigerfall, durchlassend, absorbierend werden die reflektierenden Materialien zwischen die Platten elektromechanisch eingeführt.In 1 - 3 are also element producing devices in the form of a set for absorbers 2a Element-forming means in the form of a set for reflector 2 B and element controllers 3 shown. The element generating means may be either a plasma generating PIN diode or a micro actuator device. The element generating device has translucent, absorbing and reflective adjustments. In the case of the PIN diode, the state change is effected simply by changing the current flow through the device to change the level of carrier concentration. That is, below 10 ¹³ carriers per cm ³ , the PIN device is permeable to microwaves. Between 10 ¹³ carriers per cm ³ to 10 ¹⁵ carriers per cm ³ , the PIN device is absorbent. Above 10 ¹⁵ , the PIN device is reflective. For the microactuator case, transmitting, absorbing, the reflective materials are electromechanically inserted between the plates.

Ausgedehnte Winkelabdeckung kann durch die Verwendung mehrerer Sender erreicht werden. 4 zeigt wie ein einzelner Zuführungspunkt 8 durch den wählbaren Reflektor 9 in einer solchen Anordnung gerichtet werden kann, daß eine Mehrzahl von festen Reflektoren 10 getrennt beleuchtet werden kann, um eine breite Abdeckung zu ermöglichen. In einer alternativen Gestaltung, in 5 gezeigt, wird eine Mehrzahl von wählbaren Reflektoren 11 verwendet um feste Reflektoren 12 zu beleuchten. Durch diese Mittel liefert die Antenne gleichzeitige Weitwinkelabdeckung. Die Mehrzahl fester Reflektoren 12 kann von der Anzahl 4 oder 8 sein, oder jede andere passende und angemessene Anzahl.Extended angle coverage can be achieved by using multiple transmitters. 4 shows like a single feed point 8th through the selectable reflector 9 can be directed in such an arrangement that a plurality of solid reflectors 10 can be lit separately to allow a wide coverage. In an alternative design, in 5 is shown, a plurality of selectable reflectors 11 used around fixed reflectors 12 to illuminate. By this means, the antenna provides simultaneous wide-angle coverage. The majority of solid reflectors 12 can depend on the number 4 or 8th be, or any other appropriate and appropriate number.

Die steuerbare Stellung des wählbaren Reflektors erleichtert das Lenken der elektromagnetischen Energie. 6 zeigt, daß in dem Maße wie die Krümmung des wählbaren Reflektors 13 um seine Achse gedreht wird, die reflektierte Energie 14 gerichtet werden kann. Das Verhältnis zwischen der Winkeldrehung des wählbaren Reflektors und der sich ergebenden Strahllenkung beim Übergang zum leeren Raum kann durch die Anwendung klassischer Physik wie zum Beispiel durch das Snelliussche Brechungsgesetz leicht vorausgesagt werden.The controllable position of the selectable reflector facilitates the steering of the electromagnetic energy. 6 shows that as much as the curvature of the selectable reflector 13 turned around its axis, the reflected energy 14 can be directed. The relationship between the angular rotation of the selectable reflector and the resulting beam steering in the transition to empty space can be easily predicted by the application of classical physics such as Snell's law of refraction.

In 7 wird der Lenkungswinkel im Verhältnis zur Vorderfläche durch das Snelliussche Brechungsgesetz bestimmt. ⊝Lenk = sin–1(η·sinθDreh) = η·θDreh für kleine θDreh wo η der Brechungsindex des dielektrischen Materiales zwischen den parallelen Platten und θ_Lenk und θ_Dreh der Strahlzeigerwinkel 15 bzw. der Drehwinkel der Parabolantenne 16 sind.In 7 The steering angle is determined in relation to the front surface by the Snell's law of refraction. ⊝ steering = sin -1 (Η · sinθ twist ) = η · θ twist for small θ twist where η is the refractive index of the dielectric material between the parallel plates and θ _steering and θ _rotation the beam pointing angle 15 or the angle of rotation of the parabolic antenna 16 are.

8 erläutert, daß die Begrenzung bei der Lenkung, die durch die Einrichtungen der 7 erzielt werden kann, bei einem sogenannten kritischen Winkel erreicht wird, bei dem innere Totalereflexion 17 auftritt. Ein Siliziummaterial würde die Lenkung durch diese Einrichtungen auf ungefähr 17° von der Achse begrenzen. 8th Explained that the limitation in the steering, by the facilities of the 7 can be achieved at a so-called critical angle is achieved in the total internal reflection 17 occurs. A silicon material would limit the steering through these devices to about 17 ° from the axis.

Vorteilhafterweise können die Grenzen des dielektrischen Materials absorptive Bereiche enthalten um die sonst schädlichen Wirkungen von Reflexionen in unerwünschte Richtungen zu vermindern.advantageously, can the boundaries of the dielectric material include absorptive regions around the otherwise harmful To reduce effects of reflections in undesired directions.

9 zeigt selektive Antennenmuster, die angewendet werden können um eine Strahllenkung zu bewirken. In einem erläuterten Fall 18 sind Reflektoren mit Winkelversetzungen 19 in einer solchen Weise angeordnet, dass jeder Ort reflektierender Punkte unabhängig ist. Der Winkel und die Brennweite jedes wählbaren Musters ist anders. Alternativ zeigt 9 auch eine Gestaltung, in der die wählbaren Reflektormuster 20 eine gemeinsame Brennweite haben und um einen gemeinsamen Punkt 21 gedreht werden. Diese Gestaltung hat den Vorteil, kompakt und wirkungsvoll zu sein, aber erfordert, daß manche Reflexionsflächen von allen der Vielzahl von Reflektoren gemeinsam sind, wie in 10 im Bereich 22 erläutert. 9 shows selective antenna patterns that can be used to effect beam steering. In an illustrated case 18 are reflectors with angular displacements 19 arranged in such a way that each location of reflective points is independent. The angle and focal length of each selectable pattern is different. Alternatively shows 9 also a design in which the selectable reflector pattern 20 have a common focal length and a common point 21 to be turned around. This design has the advantage of being compact and effective, but requires some reflecting surfaces to be common to all of the plurality of reflectors, as in 10 in the area 22 explained.

Die vorliegende Erfindungen kann vorteilhaft in der in 11 gezeigten Form aufgebaut sein. In dieser Ausführungsform der Erfindung beleuchtet ein fester Reflektor 23 einen sekundären wählbaren ebenen Reflektor 24. Der sekundäre wählbare ebene Reflektor 24 wird derart gesteuert, daß er die Richtung des ausgesandten Strahles bestimmt.The present invention may be used to advantage in the 11 be shown form. In this embodiment of the invention, a fixed reflector illuminates 23 a secondary selectable planar reflector 24 , The secondary elective level reflector 24 is controlled so that it determines the direction of the emitted beam.

Mehrere Verwirklichungen der vorliegenden Erfindung können vorteilhaft in der Form eines Vieleckes angeordnet sein, wie allgemein in 12 erläutert. Sendebereiche 25 können unabhängig erregt werden, oder, wie in 13 gezeigt gemeinsam mit benachbarten Bereichen 26. Aneinander angrenzende Bereiche können ausgewählt werden, gemeinsam zu arbeiten und dadurch wirksam die Senderwirkfläche erhöhen und dadurch eine verminderte Strahlbreite erzeugen. Individueller Phasenabgleich der Beleuchtungen der aneinandergrenzenden Bereiche kann angewandt werden, um die Leistung zu verbessern. Alternativ kann der angrenzende Bereich unabhängig betrieben werden, 27.Several implementations of the present invention may advantageously be arranged in the form of a polygon, as generally in US 5,478,275 12 explained. coverage areas 25 can be excited independently or, as in 13 shown together with adjacent areas 26 , Adjoining regions may be selected to work in concert, thereby effectively increasing the transmitter effective area and thereby producing a reduced beamwidth. Individual phasing of the adjacent area illuminations can be used to improve performance. Alternatively, the adjacent area can be operated independently, 27 ,

14 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens der Übertragung von Energie aus einem ebenen wellenleitenden Material auf einen beleuchtenden festen Reflektor 28. Ein metallischer Übergang wird verwendet, um Energie rechtwinklig entweder in eine Richtung 29 zu einem versetzen Parabolspiegel, oder alternativ in beide rechtwinkligen Richtungen 30 um einen symmetrisch mittengespeisten Reflektor zu beleuchten zu reflektieren. 14 shows an example of a method of transferring energy from a planar waveguiding material to an illuminating fixed reflector 28 , A metallic transition is used to make energy at right angles either in one direction 29 to put a parabolic mirror, or alternatively in both right-angled directions 30 to reflect a symmetrically center-fed reflector to reflect.

15 zeigt einen Doppelplattenwellenleiter mit versetzten Reflektoren (31), die unabhängige Zeitverzögerungen an einem Zuführpunkt 33 liefern. Die sich ergebende Wellenfront kann durch diese Einrichtungen elektrisch gelenkt werden, wie bei 32 erläutert. Das erläuterte Konzept kann Anwendung auf sogenannte Einpulsradarsysteme finden. 15 shows a double-plate waveguide with offset reflectors ( 31 ), the independent time delays at a feed point 33 deliver. The resulting wavefront can be electrically steered by these devices as in 32 explained. The described concept can be applied to so-called single-pulse radar systems.

16 erläuterte schematisch ein Verfahren, durch das eine mechanische Einrichtung eingesetzt werden kann, um elektromagnetische Energie direkt von einem Wellenleiter mit parallelen Platten 34 an den freien Raum 35 zu übertragen. 16 schematically illustrated a method by which a mechanical device can be used to generate electromagnetic energy directly from a parallel plate waveguide 34 to the free space 35 transferred to.

Eine Mehrzahl der Antennen der vorliegenden Erfindung kann auf einmal betrieben werden um eine breite räumliche Abdeckung und eine verbesserte Signalstärke zu ermöglichen. 17 zeigt als Beispiel drei aneinander angrenzende Sender 36. Verbesserte Gleichförmigkeit der Abdeckung kann erreicht werden, indem man überlappende Module wie in 18 erläutert aufeinander stapelt.A plurality of the antennas of the present invention may be operated at once to allow for wide spatial coverage and improved signal strength. 17 shows as an example three adjacent transmitters 36 , Improved uniformity of coverage can be achieved by using overlapping modules as in 18 explains stacked on each other.

Es wird von der Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen gewürdigt werden, daß eine elektromagnetische Antenne gestaltet und verwirklicht werden kann für die Sendung und den Empfang von Funkwellen im Millimeterbereich. Die vorliegende Erfindungen richtet sich insbesondere auf miniaturisierte lenkbare Antennen aus Festkörpermaterial, die über das ganze gegenwärtig ausgenutzte Mikrowellenspektrum anwendbar sind und ausdehnbar auf Frequenzen gut über 100°GHz. Die Antenne kann beim Fernmeldewesen, bei Datenverbindungen, bei mobilen Nachrichtenverbindungen und bei Radarsystemen verwendet werden.It is from the description of the invention with reference to the accompanying drawings appreciated be that one electromagnetic antenna can be designed and implemented for the Transmission and reception of radio waves in the millimeter range. The present inventions are directed in particular to miniaturized steerable antennas made of solid material, the above the whole present exploited microwave spectrum are applicable and expandable Frequencies well over 100 ° GHz. The antenna can be used in telecommunications, data connections, at mobile communication links and used in radar systems become.

Es sollte ferner erkannt werden, dass die Ausführungsformen der oben unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschriebenen Erfindung nur als Beispiele gegeben wurden und daß Abwandlungen durchgeführt werden können. Sonst bekannte Techniken der Verwirklichung sind nicht allgemein in die Beschreibung eingeschlossen worden. Somit brauchen z. B. verschiedene Bestandteile der Antenne wie in den Zeichnungen gezeigt nicht in den gezeigte Formen oder in den gezeigten Anordnungen zu sein. Andere Formen und Anordnungen können verwendet werden. Die mechanischen Einrichtungen um die aktiven Materialien wie in den Zeichnungen beschrieben einzuführen und zu steuern wurden als Beispiele gegeben und nicht als eine Begrenzung von Verfahren, die verwendet werden können. Beschreibungen und Einzelheiten wohlbekannter Bauteile und Techniken wurden nicht beschrieben, wo diese nicht erforderlich sind.It should be further appreciated that the embodiments of the invention described above with reference to the accompanying drawings have been given by way of example only and that modifications may be made. Other known techniques of implementation have not been generally included in the description. Thus, z. B. various components of the antenna as shown in the drawings not in the be shown shapes or in the arrangements shown. Other shapes and arrangements may be used. The mechanical means for introducing and controlling the active materials as described in the drawings have been given as examples and not as a limitation of methods that may be used. Descriptions and details of well-known components and techniques have not been described where these are not required.

Claims

An antenna comprising: (f) a pair of spatially separated conductive plates ( 2 ) separated by a cavity containing a dielectric material; (g) high-frequency supply devices ( 1 ), the high frequency in, or out of, the cavity formed by the conductive plates; (h) generating devices ( 2a . 2 B ) forming selectable patterns of conductive elements into either translucent, absorbing, or reflective states, the patterns of conductive elements being disposed between surfaces of the conductive plates, and thereby focusing an electromagnetic wavefront toward an edge of the cavity; (i) control devices ( 3 ) controlling said patterns of conductive elements, thereby directing or otherwise affecting an electromagnetic wavefront; and (j) reverse direction devices ( 5 ) which return the electromagnetic wavefront to an associated radiation device ( 6 ), characterized in that said conductive elements are either each a PIN-diode plasma-generating device or each micro-actuator device.

An antenna according to claim 1, wherein the conductive ones Plates extend parallel to each other.

An antenna according to claim 1 or claim 2, in the dielectric material is a semiconductor-dielectric material, a gaseous dielectric medium or a vacuum dielectric material.

An antenna according to any one of the preceding claims, in which the conductive elements are all a PIN diode plasma generating device capable of changing their states from transparent to absorbing to reflective by controlling the flow of current through the device and thus the Level of carrier density of <10 ¹³ carrier per cm ³ , which is a predominantly transparent state, to <3 × 10 ¹⁵ carrier per cm ³ , which is a predominantly absorptive state, to> 10 ¹⁵ carrier / cm ³ , which is a predominantly reflective Condition is increased.

An antenna according to any one of claims 1-3, in which the conductive elements are all a micro-actuator device that is able to transparent, absorbent and reflective To introduce materials between the conductive plates.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in the the retrograde Setup a Reflecting Backing Device or a breaking righting Device is.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in the associated Radiation device a funnel, a lens or a slotted Waveguide reflector is.

An antenna according to any one of the preceding claims and comprising electromagnetic means for generating a desired Exposure pattern.

An antenna according to claim 8, in which the electromagnetic Means for generating the desired exposure pattern a reflector, a lens or a funnel.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in which the control means of the arrangement of the conductive elements to be allowed to be like that the direction of the reflected energy within the antenna selectively directs.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in the pattern of conductive elements in electrical conductors or in electrical resistors is formed.

An antenna according to any one of the preceding claims and comprising a molded dielectric medium on an outer surface of Antenna, causing electromagnetic coupling between the antenna and an external medium is increased.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in which the radio frequency energy has wavelengths by their electro-optical dimension instead of a millimetric mark.

An antenna according to any one of the preceding Claims, in which the radio frequency energy is received by the antenna sooner than sent by her.