NL9400863A

NL9400863A - Adjustable microwave antenna

Info

Publication number: NL9400863A
Application number: NL9400863A
Authority: NL
Inventors: Bernard Jozef Reits
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1996-01-02

Abstract

The invention relates to a microwave antenna for generating a beam using adjustable parameters. Use is made of a reflecting Fresnel zone plate which is etched into a thin layer of silicon with the aid of a laser plus deflection means. Behind the Fresnel zone plate, a mirror is disposed to reflect microwave radiation which is allowed to pass through the Fresnel zone plate.

Description

Instelbare microgolfantenneAdjustable microwave antenna

De uitvinding heeft betrekking op een microgolfantenne voor het met instelbare parameters genereren van een antennebundel, voorzien van een actieve mierogolfstralingsbron, een Fresnel zone plaat voor het genereren van de antennebundel en afbeeldmiddelen voor het afbeelden van Fresnel zones op de Fresnel zone plaat.The invention relates to a microwave antenna for generating an antenna beam with adjustable parameters, provided with an active antiwave radiation source, a Fresnel zone plate for generating the antenna beam and imaging means for imaging Fresnel zones on the Fresnel zone plate.

Een microgolfantenne van dit type is beschreven in WO 93/26059-A1. De daar beschreven antenne werkt in een transmissie mode en heeft als nadeel dat 3 dB van de opvallende microgolfstraling ongebruikt blijft. Dit geeft in een radarsysteem, uitgerust met deze microgolfantenne, een systeemverlies van 6 dB, 3 dB bij het uitzenden en 3 dB bij ontvangst van de door een doel gereflecteerde straling. Omdat microgolfantennes van dit type zich bij voorkeur lenen voor toepassingen bij hogere frequenties, waar microgolfgenerators duur zijn en over een beperkt vermogen beschikken, is dit verlies van 6 dB een serieus bezwaar.A microwave antenna of this type is described in WO 93/26059-A1. The antenna described there operates in a transmission mode and has the drawback that 3 dB of the striking microwave radiation remains unused. In a radar system equipped with this microwave antenna, this results in a system loss of 6 dB, 3 dB when transmitting and 3 dB when receiving the reflected radiation from a target. Since microwave antennas of this type are preferable for applications at higher frequencies, where microwave generators are expensive and have limited power, this 6 dB loss is a serious drawback.

Daarnaast geldt dat verliezen van dit type vaak aanleiding geven, via multipele reflecties, tot het ontstaan van onvermoede zijlussen van het antennesysteem. Het is daarom van groot belang alle beschikbare energie ook inderdaad in de antennebundel uit te zenden.In addition, losses of this type often give rise, through multiple reflections, to unsuspected side loops of the antenna system. It is therefore very important to transmit all available energy in the antenna beam.

De onderhavige uitvinding komt hieraan tegemoet en heeft als kenmerk, dat de afbeeldmiddelen zijn ingericht voor het genereren van reflecterende Fresnel zones op de Fresnel zone plaat, dat de Fresnel zone plaat is opgesteld voor het in reflectie genereren van de antennebundel en dat is voorzien in een microgolfstraling reflecterend oppervlak, geplaatst achter de Fresnel zone plaat, voor het althans gedeeltelijk reflecteren van door de Fresnel zone plaat doorgelaten microgolfstraling. Hierdoor is het mogelijk om microgolfstraling die oorspronkelijk niet kon deelnemen aan de bundelvorming, toch nog te benutten.The present invention meets this and is characterized in that the imaging means are arranged for generating reflective Fresnel zones on the Fresnel zone plate, that the Fresnel zone plate is arranged for generating the antenna beam in reflection and that a microwave radiation reflecting surface, placed behind the Fresnel zone plate, for at least partially reflecting microwave radiation transmitted through the Fresnel zone plate. This makes it possible to still use microwave radiation that could not originally participate in the beam formation.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de afstand tussen de Fresnel zone plaat en het reflecterend oppervlak althans in hoofdzaak een kwart van de golflengte van de microgolfstraling bedraagt. Door deze gunstige keuze kan feitelijk alle microgolfstraling worden benut.A favorable embodiment of the invention is characterized in that the distance between the Fresnel zone plate and the reflecting surface is at least substantially a quarter of the wavelength of the microwave radiation. This favorable choice makes it possible to actually use all microwave radiation.

Een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt verkregen door de afbeeldmiddelen uit te voeren als een lichtbron, bijvoorbeeld een laser plus deflectiemiddelen en de Fresnel zone plaat als een uit een halfgeleider vervaardigde plaat waarin de laser vrije ladingen kan creëren voor het verkrijgen van een vrijwel volledige reflectie voor de microgolfstraling.An advantageous embodiment of the invention is obtained by designing the imaging means as a light source, for example a laser plus deflection means, and the Fresnel zone plate as a semiconductor plate in which the laser can create free charges to obtain almost complete reflection for the microwave radiation.

Voor bepaalde toepassingen, bijvoorbeeld voor plaatsing in de neuskegel van een vliegtuig, kan het voordelig zijn de lichtbron achter de Fresnel zone plaat te plaatsen. Dit kan worden bereikt door het microgolf reflecterend oppervlak zodanig uit te voeren dat het transparant is voor straling van de lichtbron.For certain applications, for example for placement in the nose cone of an aircraft, it may be advantageous to place the light source behind the Fresnel zone plate. This can be accomplished by designing the microwave reflective surface to be transparent to radiation from the light source.

De zo verkregen microgolfantenne kan, althans wat het energiebudget betreft, met succes concurreren met de zeer veel duurdere phased array antenne, waarin het reflecterend oppervlak wordt gevormd door een zeer groot aantal in faze aanstuurbare elementen. Om ook voor wat betreft het zijlusniveau te kunnen concurreren is het noodzakelijk dat de afbeeldmiddelen de Fresnel zones met zeer grote nauwkeurigheid afbeelden.The microwave antenna thus obtained can, at least as far as the energy budget is concerned, compete successfully with the very much more expensive phased array antenna, in which the reflecting surface is formed by a very large number of phase-controllable elements. In order to be able to compete also with regard to the side-loop level, it is necessary that the imaging means display the Fresnel zones with very high accuracy.

Hierbij kan zich het probleem voordoen dat onnauwkeurigheden in de geschreven Fresnel zones als het ware worden verdubbeld door het reflecterend oppervlak. Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de microgolfantenne volgens de uitvinding heeft daarom als kenmerk, dat het reflecterend oppervlak een tweede Fresnel zone plaat omvat, voorzien van althans in hoofdzaak complementaire Fresnel zones. De microgolfantenne is dan voorzien van tweede afbeeldmiddelen voor het genereren van reflecterende Fresnel zones op de tweede Fresnel zone plaat.The problem may arise here that inaccuracies in the written Fresnel zones are, as it were, doubled by the reflecting surface. A further favorable embodiment of the microwave antenna according to the invention is therefore characterized in that the reflecting surface comprises a second Fresnel zone plate, provided with at least substantially complementary Fresnel zones. The microwave antenna is then provided with second imaging means for generating reflective Fresnel zones on the second Fresnel zone plate.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de afbeeldmiddelen en de tweede afbeeldmiddelen elk een lichtbron, bijvoorbeeld een laser plus deflectiemiddelen omvatten, voor het genereren van vrije ladingen in de Fresnel zone platen.A further favorable embodiment of the invention is characterized in that the imaging means and the second imaging means each comprise a light source, for instance a laser plus deflection means, for generating free charges in the Fresnel zone plates.

Om te voorkomen dat de afbeeldmiddelen de tweede Fresnel zone plaat belichten en dat de tweede afbeeldmiddelen de Fresnel zone plaat belichten, is het voordelig tusen de Fresnel zone plaat en de tweede Fresnel zone plaat een scherm te plaatsen dat doorlatend is voor microgolfstraling en niet doorlatend is voor straling van de lichtbronnen.In order to prevent the imaging means from exposing the second Fresnel zone plate and the second imaging means from exposing the Fresnel zone plate, it is advantageous to place a screen between the Fresnel zone plate and the second Fresnel zone plate which is transmissive to microwave radiation and is impermeable for radiation from the light sources.

Doordat de afstand tot de microgolfstralingsbron verschilt voor de Fresnel zone plaat en de tweede Fresnel zone plaat, zijn de beide Fresnel zones niet exact complementair.Because the distance to the microwave radiation source differs for the Fresnel zone plate and the second Fresnel zone plate, the two Fresnel zones are not exactly complementary.

Een nog verdere uitvoeringsvorm heeft daarom als kenmerk, dat de afbeeldmiddelen Fresnel zones genereren op basis van de afstand tussen de microgolfstralingsbron en de Fresnel zone plaat en de tweede afbeeldmiddelen Fresnel zones genereren op basis van de afstand tussen de microgolfstralingsbron en de tweede Fresnel zone plaat.A still further embodiment is therefore characterized in that the imaging means generate Fresnel zones based on the distance between the microwave radiation source and the Fresnel zone plate and the second imaging means generate Fresnel zones based on the distance between the microwave radiation source and the second Fresnel zone plate.

Een consequentie is dan dat vooral aan de rand van het stelsel Fresnel zone platen de zones enigszins gaan verschillen en mogelijk zelfs overlappen. Om dit te voorkomen kan men de Fresnel zones schrijven met een breedte die 60-80 % van de berekende breedte bedraagt. Dit voorkomt ook een eventuele overlap tengevolge van het uitdijen van Fresnel zones door de diffusie van vrije ladingen in het halfgeleidermateriaal.A consequence is that, especially on the edge of the Fresnel zone plates system, the zones will differ slightly and may even overlap. To prevent this, the Fresnel zones can be written with a width that is 60-80% of the calculated width. This also avoids any overlap due to the expansion of Fresnel zones due to the diffusion of free charges in the semiconductor material.

Bij de berekening van de Fresnel zones, nodig om een bepaalde afbuiging te krijgen, is het van voordeel alleen de off-broadside hoek in de berekening te betrekken en daarna het berekende Fresnel patroon te roteren, zodanig dat de in de ruimte gewenste bundel wordt verkregen. Hiervoor is het noodzakelijk dat de microgolf stralingsbron een veld met radiale symmetrie genereert. Een nog verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft daarom als kenmerk, dat de microgolfstralingsbron is voorzien van een feedhorn voor het genereren van een althans in hoofdzaak bolvormig golffront, waarop, zoals gebruikelijk bij het belichten van een antenne, een weging is aangebracht.When calculating the Fresnel zones needed to achieve a certain deflection, it is advantageous to include only the off-broadside angle in the calculation and then rotate the calculated Fresnel pattern to obtain the desired beam in space. . For this it is necessary that the microwave radiation source generate a field with radial symmetry. A still further favorable embodiment of the invention is therefore characterized in that the microwave radiation source is provided with a feedhorn for generating an at least substantially spherical wave front, on which, as usual when exposing an antenna, a weighting is provided.

Om een microgolfantenne met lage zijlussen te realiseren is het gebruikelijk de feedhorn op het antenneoppervlak een weging te laten realiseren, die enerzijds de bundeldiameter niet te veel vergroot, anderzijds de zijlussen beperkt. Bij de onderhavige antenne komt daar nog als argument bij dat nabij de rand van de antenne de Fresnel contouren zeer dicht bij elkaar kunnen liggen en dat aan de rand de vereiste nauwkeurigheid het moeilijkst is te halen. Dit geldt vooral voor antennebundels nabij broadside, waar de Fresnel contouren een stelsel van concentrische cirkels omvatten. Het is dan van belang dat de feedhorn voorziet in een geschikte weging voor het belichten van het stelsel van Fresnel zone platen, zodanig dat het stralingsveld aan de rand van de antenne vrijwel nul is.In order to realize a microwave antenna with low side loops, it is customary to have the feedhorn on the antenna surface realize a weight, which on the one hand does not increase the beam diameter too much, on the other hand limits the side loops. In addition to the present antenna, an argument is added that near the edge of the antenna the Fresnel contours can be very close to each other and that the required accuracy is the most difficult to achieve at the edge. This is especially true for antenna beams near broadside, where the Fresnel contours comprise a system of concentric circles. It is then important that the feedhorn provides a suitable weighting for exposing the system of Fresnel zone plates, such that the radiation field at the edge of the antenna is almost zero.

Een verdere belangrijke parameter voor de microgolfantenne volgens de uitvinding betreft de afstand tussen de feedhorn en het stelsel van Fresnel zone platen. Enerzijds dient die afstand groot te zijn omdat alleen voor een grote afstand er sprake kan zijn van complementaire Fresnel zones voor de eerste Fresnel zone plaat en de tweede Fresnel zone plaat. Anderzijds dient de afstand klein te zijn, omdat bij off-broadside antennebundels de Fresnel contouren niet langer een stelsel van concentrische cirkels vormen en daarmee complexe, dicht bij elkaar liggende contouren meer naar het midden van de Fresnel zone platen komen. Daar kan de weging van de feedhorn niet langer een gunstig effect uitoefenen. Het veranderen van de contouren is het minste als de feedhorn nabij het stelsel van Fresnel zone platen staat. Een nog verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft daarom als kenmerk, dat de afstand tussen de feedhorn en het stelsel van Fresnel zone platen 30-70 maal de golflengte van de microgolfstraling bedraagt.A further important parameter for the microwave antenna according to the invention concerns the distance between the feedhorn and the system of Fresnel zone plates. On the one hand, this distance must be large because only for a large distance can there be complementary Fresnel zones for the first Fresnel zone plate and the second Fresnel zone plate. On the other hand, the distance should be small, because with off-broadside antenna beams the Fresnel contours no longer form a system of concentric circles, and complex, closely contiguous contours thus move more towards the center of the Fresnel zone plates. There the weighting of the feedhorn can no longer have a beneficial effect. Changing the contours is the least if the feedhorn is near the system of Fresnel zone plates. A still further favorable embodiment of the invention is therefore characterized in that the distance between the feedhorn and the system of Fresnel zone plates is 30-70 times the wavelength of the microwave radiation.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij:The invention will now be further elucidated with reference to the following figures, in which:

Fig. 1 schematisch een microgolfantenne voorzien van een Fresnel zone plaat, een laser en een reflecterend oppervlak weergeeft;Fig. 1 schematically shows a microwave antenna provided with a Fresnel zone plate, a laser and a reflecting surface;

Fig. 2 schematisch een microgolfantenne voorzien van een Fresnel zone plaat, een laser en een voor laserstraling transparant reflecterend oppervlak weergeeft;Fig. 2 schematically shows a microwave antenna provided with a Fresnel zone plate, a laser and a reflecting surface transparent for laser radiation;

Fig. 3 schematisch een microgolfantenne voorzien van twee Fresnel zone platen en twee lasers weergeeft.Fig. 3 schematically shows a microwave antenna provided with two Fresnel zone plates and two lasers.

In Fig. 1 wordt een Fresnel zone plaat 1 belicht door een feedhorn 2, die is aangesloten op een niet weergegeven microgolfgenerator of een microgolfontvanger of beide, via een in het vakgebied welbekend T/R device. Omdat de werking van de antenne reciprook is zal verder alleen de situatie waarin feedhorn 2 is aangesloten op een microgolfgenerator worden beschouwd. Fresnel zone plaat 1 is voorzien van Fresnel zones, die hierop in de vorm van spiegelende gebieden met veel vrije ladingen worden aangebracht, bijvoorbeeld met behulp van een laser 3 die is voorzien van deflectiemiddelen. De deflectiemiddelen zijn aangesloten op een hier niet verder aangegeven stuurinrichting, die doorgaans een digitale computer zal bevatten voor het berekenen van de Fresnel zones en het dienovereenkomstig aansturen van de deflectiemiddelen. Fresnel zone plaat 1 is vervaardigd uit een halfgeleidend materiaal, bij voorkeur silicium. Als laser kan dan een Nd-Yag of een solid state laser worden gebruikt, voorzien van in het vakgebied welbekende acousto-optische deflectiemiddelen. De golflengte van de laser dient voldoende kort te zijn om in het silicium vrije ladingen te genereren. De antennebundel wordt in reflectie gevormd, zodat het van voordeel kan zijn feedhorn 2 enigszins offset te plaatsen om op deze wijze de door schaduwwerking van feedhorn 2 gegenereerde antennezijlussen te minimaliseren. Ongeveer de helft van de microgolfstraling passert Fresnel zone plaat 1 en wordt via microgolfstraling reflecterend oppervlak 4 gereflecteerd om deel te kunnen nemen aan de vorming van de antennebundel. Omdat de gemiddelde fazefout van de doorgelaten microgolfstraling 90 graden bedraagt is het van voordeel reflecterend oppervlak 4 op een afstand van een kwart van de golflengte van de microgolfstraling achter de Fresnel zone plaat te plaatsen. Op deze wijze wordt nagenoeg alle aan de Fresnel zone plaat toegevoerde microgolfstraling aan de antennebundel toegevoerd.In FIG. 1, a Fresnel zone plate 1 is exposed through a feedhorn 2, which is connected to a microwave generator or a microwave receiver (not shown) or both, via a T / R device well known in the art. Furthermore, since the operation of the antenna is reciprocal, only the situation in which feedhorn 2 is connected to a microwave generator will be considered. Fresnel zone plate 1 is provided with Fresnel zones, which are applied thereto in the form of mirror areas with many free charges, for example with the aid of a laser 3 provided with deflection means. The deflection means are connected to a control device, not further specified here, which will usually contain a digital computer for calculating the Fresnel zones and controlling the deflection means accordingly. Fresnel zone plate 1 is made of a semiconductor material, preferably silicon. As a laser, an Nd-Yag or a solid state laser can then be used, provided with acousto-optical deflection means well known in the art. The laser wavelength should be short enough to generate free charges in the silicon. The antenna beam is formed in reflection so that it may be advantageous to position feedhorn 2 slightly offset to minimize the antenna side loops generated by shadowing feedhorn 2 in this way. About half of the microwave radiation passes through Fresnel zone plate 1 and is reflected by microwave radiation reflecting surface 4 to participate in the formation of the antenna beam. Since the average phase error of the transmitted microwave radiation is 90 degrees, it is advantageous to place reflective surface 4 at a distance of a quarter of the wavelength of the microwave radiation behind the Fresnel zone plate. In this manner, virtually all microwave radiation supplied to the Fresnel zone plate is supplied to the antenna beam.

Het is natuurlijk ook mogelijk de Fresnel zones aan te brengen met een tweedimensionaal array van solid state lasers of met een tweedimensionaal array van leds plus een lens, zoals bekend uit WO 93/26059-A1. Als lage antenne zijlussen een vereiste zijn heeft dat als bezwaar dat zeer veel lasers of leds nodig zijn om voor de Fresnel zones de vereiste resolutie te bereiken.It is of course also possible to apply the Fresnel zones with a two-dimensional array of solid state lasers or with a two-dimensional array of LEDs plus a lens, as known from WO 93/26059-A1. If low antenna side loops are a requirement, the drawback is that very many lasers or LEDs are required to achieve the required resolution for the Fresnel zones.

In Fig. 2 wordt Fresnel zone plaat 1 eveneens belicht door de feedhorn 2, maar hier is microgolfstraling reflecterend oppervlak 4 zodanig uitgevoerd dat het transparant is voor straling van laser 3. Dit kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door reflecterend oppervlak 4 uit te voeren als een groot aantal parallel verlopende, in een vlak gelegen draadjes. Wordt een dergelijk vlak bestraald met gepolarisserde microgolfstraling waarvan de polarisatierichting evenwijdig verloopt met de draadjes, dan is de reflectie vrijwel volledig. Het voordeel is nu dat laser 3 achter het reflecterend oppervlak 4 kan worden geplaatst, wat een compacte bouw, bijvoorbeeld in de neuskegel van een vliegtuig, mogelijk maakt.In FIG. 2, Fresnel zone plate 1 is also exposed by the feedhorn 2, but here microwave radiation reflecting surface 4 is designed to be transparent to radiation from laser 3. This can for instance be realized by designing reflecting surface 4 as a large number of parallel running , in flat wires. If such a plane is irradiated with polarized microwave radiation whose direction of polarization is parallel to the wires, the reflection is almost complete. The advantage is now that laser 3 can be placed behind the reflecting surface 4, which enables a compact construction, for example in the nose cone of an aircraft.

Het principe van de Fresnel zone plaat is bijvoorbeeld beschreven in Fundamentals of Opties, third edition, 1957, Jenkins and White, page 360, waar ook analytische uitdrukkingen worden gegeven voor het berekenen van de Fresnel zones. Daaruit blijkt dat de Fresnel zones afhangen van de afstand tussen feedhorn 2 en Fresnel zone plaat l. Dit betekent dat de Fresnel zones op reflecterend oppervlak 4 niet exact zijn, omdat ze in feite de inverse Fresnel zones van de Fresnel zone plaat zijn. Dit kan aanleiding geven tot antenne zijlussen. Daarom kan men met voordeel, zoals aangegeven in Fig. 3, reflecterend oppervlak 4 uitvoeren als tweede Fresnel zone plaat, waarop door tweede afbeeldmiddelen 5 de Fresnel zones zoals berekend kan schrijven. Om dit voordeel ten volle te benutten kan men dan, om overlap tussen de enigszins verschillende Fresnel zones te voorkomen, de breedte van de Fresnel zones enigszins verkleinen. Omdat op de randen van de Fresnel zones de microgolfstraling toch ongeveer 90 graden uit faze is met de centrale delen van Fresnel zones, geeft dit vrijwel geen verliezen.The principle of the Fresnel zone plate is described, for example, in Fundamentals of Options, third edition, 1957, Jenkins and White, page 360, where analytical expressions are also given for calculating the Fresnel zones. This shows that the Fresnel zones depend on the distance between feedhorn 2 and Fresnel zone plate l. This means that the Fresnel zones on reflective surface 4 are not exact, because they are in fact the inverse Fresnel zones of the Fresnel zone plate. This can give rise to antenna side loops. Therefore, as indicated in FIG. 3, reflecting surface 4 as a second Fresnel zone plate, on which second Fresnel zones 5 can write the Fresnel zones as calculated. To take full advantage of this advantage, to prevent overlap between the slightly different Fresnel zones, the width of the Fresnel zones can be reduced somewhat. Because the microwave radiation on the edges of the Fresnel zones is still about 90 degrees out of phase with the central parts of Fresnel zones, this gives almost no losses.

Voor het genereren van een antennebundel met een vooraf bepaalde richting dient een daartoe geschikt stelsel Fresnel zones te worden berekend en op de Fresnel zone platen te worden aangebracht. De berekening van de Fresnel zones volgt direct uit de bekende Fresnel theorie, waarbij wordt uitgegaan van bolvormige golffronten. Voor een rechtuit stralende antenne, met een feedhorn centraal voor een Fresnel zone plaat bestaan de Fresnel zones uit een schijfvormige centrale spot met daaromheen een aantal concentrische cirkels waarvoor geldt dat de radius van cirkel m evenredig is met de wortel uit m. De cirkels worden dus steeds smaller en komen dichter bij elkaar te liggen. Voor een niet rechtuit stralende antenne of voor een niet centraal geplaatste feedhorn is er niet langer sprake van cirkels maar van meer complexe, min of meer eivormige contouren. De contouren kunnen voor elke richting eenvoudig worden berekend door het oppervlak van de te bepalen Fresnel zone plaat op te delen in een array van elementen en per element de weglengte van microgolf-straling, uitgaande van de feedhorn, via het element, naar een referentievlak loodrecht op de gewenste stralingsrichting te bepalen. De elementen waarvoor deze weglengte niet meer dan 1/4 golflengte scheelt met een te kiezen referentielengte, bijvoorbeeld de afstand van het referentievlak tot het middelpunt van de Fresnel zone plaat, worden reflecterend gemaakt en vormen samen de Fresnel zone plaat. Hierbij worden natuurlijk de weglengten modulo de golflengte van de microgolfstraling bepaald.To generate an antenna beam with a predetermined direction, a suitable system of Fresnel zones must be calculated and plates placed on the Fresnel zone. The calculation of the Fresnel zones follows directly from the well-known Fresnel theory, which is based on spherical wave fronts. For a straight-radiating antenna, with a feedhorn central for a Fresnel zone plate, the Fresnel zones consist of a disc-shaped central spot surrounded by a number of concentric circles, for which the radius of circle m is proportional to the square root of m. getting narrower and closer together. For a antenna that does not radiate straight or for a feedhorn that is not centrally located, there are no longer circles, but rather more complex, more or less egg-shaped contours. The contours can be easily calculated for each direction by dividing the surface of the Fresnel zone plate to be determined into an array of elements and per element the path length of microwave radiation, starting from the feedhorn, via the element, perpendicular to a reference plane. to determine the desired radiation direction. The elements for which this path length does not differ by more than 1/4 wavelength by a chosen reference length, for example the distance from the reference plane to the center of the Fresnel zone plate, are made reflective and together form the Fresnel zone plate. Of course, the path lengths modulo and the wavelength of the microwave radiation are determined.

Om de reflectie van het niet geactiveerde silicium voor microgolfstraling te verminderen, kan men op het silicium een in het vakgebied welbekende antireflectielaag aanbrengen. Deze antireflectielaag kan eveneens dienst doen als support structuur voor het silicium, dat doorgaans een geringe dikte zal hebben, bijvoorbeeld in de orde van 100 micrometer.In order to reduce the reflection of the non-activated silicon for microwave radiation, an anti-reflection layer well known in the art can be applied to the silicon. This anti-reflection layer can also serve as a support structure for the silicon, which will usually have a small thickness, for example on the order of 100 micrometers.

Bij toepassing van zuiver silicium kan de levensduur van vrije ladingen in het silicium enkele milliseconden bedragen. Het is dan voldoende het door de laser geschreven beeld bijvoorbeeld elke milliseconde te verversen. De levensduur van vrije ladingen kan desgewenst worden vergroot door de oppervlakken van het silicium op op zich bekende wijze te passiveren. De levensduur van vrije ladingen kan ook worden verkleind door het silicium op op zich bekende wijze te dopen. Dit maakt een snellere sturing van de antenne mogelijk. Tevens wordt hierdoor de diffusie van vrije ladingen in het silicium verminderd, welke diffusie de neiging heeft de randen van Fresnel zones onscherp te maken en de Fresnel zones te verbreden. Eenzelfde effect kan worden bereikt door het silicium dun te maken en niet te passiveren, of door zelfs het silicium een oppervlaktebehandeling te geven die oppervlakte recombinatie bevordert.When pure silicon is used, the lifetime of free charges in the silicon can be several milliseconds. It is then sufficient to refresh the image written by the laser, for example every millisecond. The life of free charges can, if desired, be increased by passivating the surfaces of the silicon in a manner known per se. The life of free charges can also be reduced by dipping the silicon in a manner known per se. This allows faster control of the antenna. It also reduces the diffusion of free charges in the silicon, which diffusion tends to blur the edges of Fresnel zones and broaden the Fresnel zones. The same effect can be achieved by making the silicon thin and not passivating, or even giving the silicon a surface treatment that promotes surface recombination.

Bij het selecteren van een weegfunctie voor het bestralen van de Fresnel zone plaat met microgolstraling is het van voordeel een weegfunctie te kiezen die klein wordt op de rand van de Fresnel zone plaat. Dit is in het vakgebied al een gebruikelijke keus, maar hier is het bovendien nuttig om de relatieve importantie van de rand van de Fresnel zone plaat, waar de Fresnel zones smal zijn en dicht bij elkaar liggen, te verminderen.When selecting a weighing function for irradiating the Fresnel zone plate with microwave radiation, it is advantageous to choose a weighing function that becomes small on the edge of the Fresnel zone plate. This is already a common choice in the art, but here it is also useful to reduce the relative importance of the edge of the Fresnel zone plate, where the Fresnel zones are narrow and close together.

Bij de berekening van de Fresnel zones kan men in plaats van een vlak referentievlak loodrecht op de gewenste stralingsrichting ook een enigszins bolvormig referentievlak kiezen. Een zo verkregen radarbundel zal dan sterker divergeren. Op deze wijze kan dus een grotere bundeldiameter worden gekozen, wat nuttig kan zijn tijdens een zoekslag in de aquisitiefaze van een volgradar, uitgerust met de microgolfantenne volgens de uitvinding.When calculating the Fresnel zones, a slightly spherical reference plane can be chosen instead of a plane reference plane perpendicular to the desired radiation direction. A radar beam thus obtained will then diverge more strongly. Thus, a larger beam diameter can be selected in this way, which can be useful during a search in the aquisition phase of a tracking radar equipped with the microwave antenna according to the invention.

Claims

Microwave antenna for generating an antenna beam with adjustable parameters, comprising an active microwave radiation source, a Fresnel zone plate for generating the antenna beam and imaging means for imaging Fresnel zones on the Fresnel zone plate, characterized in that the imaging means are adapted to generate reflective Fresnel zones on the Fresnel zone plate, that the Fresnel zone plate is arranged to generate the antenna beam in reflection and that is provided with a microwave radiation reflecting surface, placed behind the Fresnel zone plate, for at least partial reflection of microwave radiation transmitted through the Fresnel zone plate.

Microwave antenna according to claim 1, characterized in that the distance between the Fresnel zone plate and the microwave reflecting surface is at least substantially a quarter of the wavelength of the microwave radiation.

Microwave antenna according to claim 2, characterized in that the imaging means comprise at least one light source.

Microwave antenna according to claim 3, characterized in that the microwave reflecting surface is at least substantially transparent to radiation from the light source.

Microwave antenna according to claim 2, characterized in that the reflecting surface comprises a second Fresnel zone plate, provided with at least substantially complementary Fresnel zones.

Microwave antenna according to claim 3, characterized in that second imaging means are provided for generating reflective Fresnel zones on the second Fresnel zone plate.

Microwave antenna according to claim 6, characterized in that the imaging means and the second imaging means each comprise at least one light source.

Microwave antenna according to claim 7, characterized in that a microwave radiation-transmitting screen which is impermeable to radiation from the light source is placed between the Fresnel zone plate and the second Fresnel zone plate.

Microwave antenna according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the imaging means generate Fresnel zones based on the distance between the microwave radiation source and the Fresnel zone plate and the second imaging means generate Fresnel zones based on the distance between the microwave radiation source and the second Fresnel zone plate.

Microwave antenna according to claim 9, characterized in that the Fresnel zones are written with a width that is 60-80% of the calculated width.

Microwave antenna according to any one of the preceding claims, characterized in that the microwave radiation source is provided with a feedhorn for generating a weighted, at least substantially spherical microwave front.

Microwave antenna according to claim 11, characterized in that the distance between the feedhorn and the Fresnel zone plate is 30-70 times the wavelength of the microwave radiation.

Microwave antenna according to any one of claims 5 to 12, characterized in that the Fresnel zone plates comprise flat silicon-made plates with a thickness of 50-200 microns.