專利名稱：使用光子帶隙材料的多波束天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多波束天線，其包括-一種用于在空間方面和頻率方面過濾電磁波的光子帶隙材料，該光子帶隙材料有至少一個帶隙，并形成一層在發(fā)射和/或接收模式中輻射的外表面，-所述光子帶隙材料的至少一個周期缺陷，以便在該光子帶隙材料的所述至少一個帶隙之內(nèi)產(chǎn)生至少一個窄帶寬，以及-一個激勵設(shè)備，其用于在由所述至少一個缺陷產(chǎn)生的所述至少一個窄帶寬之內(nèi)發(fā)射和/或接收電磁波。
背景技術(shù)：
多波束天線在空間應(yīng)用中使用非常廣泛，特別是在用于向地球表面發(fā)射和/或從地球表面接收信息的地球同步衛(wèi)星中。因此，它們包括大量輻射單元，每個單元產(chǎn)生一束與其它束相間隔的電磁波。這些輻射單元可以，例如，放置在一個構(gòu)成電磁波束反射器的拋物面的焦點(diǎn)附近，所述拋物面和所述多波束天線被安置在地球同步衛(wèi)星中。拋物面用于使每個波束指向地球表面的對應(yīng)區(qū)域。由來自多波束天線的波束照亮的地球表面的每個區(qū)域一般被稱為覆蓋區(qū)。因此，每個覆蓋區(qū)對應(yīng)于一個輻射單元。
目前，使用的輻射單元被稱為“喇叭”，裝配了這種喇叭的多波束天線被稱為喇叭天線。每個喇叭產(chǎn)生一個近似圓形的輻射點(diǎn)，其形成了在發(fā)射和/或接收模式中輻射出的圓錐形波束的底。這些喇叭相互并排放置，以便使輻射點(diǎn)盡可能地相互接近。
圖1A概括地表示一種從正面查看的多波束喇叭天線，其中七個方塊F1到F7表示七個相互鄰近地放置的喇叭的覆蓋區(qū)。分別內(nèi)切于方?jīng)QF1到F7之一的七個圓S1到S7表示由對應(yīng)的喇叭產(chǎn)生的輻射點(diǎn)。圖1A的天線放置在一個用于向法國傳送信息的地球同步衛(wèi)星的拋物面的焦點(diǎn)上。
圖1B表示-3dB的覆蓋區(qū)C1到C7，每個區(qū)對應(yīng)于圖1A的天線的一個輻射點(diǎn)。每個圓的中心對應(yīng)于地球表面上接收的功率最大的點(diǎn)。每個圓的圓周限定了一個區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)在地表上接收的功率大于在圓中心的最大接收功率的一半。盡管輻射點(diǎn)S1到S7實(shí)際上是相鄰的，后者產(chǎn)生了相互間隔的-3dB的覆蓋區(qū)。位于-3dB覆蓋區(qū)之間的區(qū)域，在此被稱為接收帶隙。因此，每個接收帶隙對應(yīng)于地表上接收的功率小于最大接收功率一半的區(qū)域。在這些接收帶隙中，接收的功率可能不足以使地面上的接收機(jī)能夠正確地運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了克服這一接收帶隙問題，提出了使多波束天線的輻射點(diǎn)相重疊。圖2A中表示了有許多重疊輻射點(diǎn)的這種多波束天線的局部正面圖。在該圖中，只表示了兩個輻射點(diǎn)SR1和SR2。每個輻射點(diǎn)是從七個相互獨(dú)立并且間隔的輻射源產(chǎn)生的。輻射點(diǎn)SR1是從相互鄰近地放置的輻射源SdR1到SdR7形成的。輻射點(diǎn)SR2是從輻射源SdR1、SdR2、SdR3和SdR7以及輻射源SdR8至SdR10產(chǎn)生的。輻射源SdR1至SdR7適合于工作在第一工作頻率以產(chǎn)生在該第一頻率基本上均勻的第一電磁波束。輻射源SdR1至SdR3和SdR7至SdR10適合于工作在第二工作頻率以產(chǎn)生在該第二工作頻率基本上均勻的第二電磁波束。因此，輻射源SdR1至SdR3和SdR7被設(shè)計為同時工作在第一和第二工作頻率。第一和第二工作頻率是相互不同的，以便限制在產(chǎn)生的第一和第二波束之間的干涉。
因此，在這種多波束天線中，輻射源例如輻射源SdR1至SdR3用于同時產(chǎn)生輻射點(diǎn)SR1和輻射點(diǎn)SR2，這產(chǎn)生了這兩個輻射點(diǎn)SR1和SR2的重疊。在圖2B中表示的是由有重疊輻射點(diǎn)的多波束天線產(chǎn)生的-3dB覆蓋區(qū)的位置示意圖。這種天線相當(dāng)?shù)販p小了接收帶隙，甚至可以消除它們。然而，部分由于輻射點(diǎn)是從大量相互獨(dú)立并且間隔的輻射源形成的并且其中至少一些也用于其它輻射點(diǎn)這一事實(shí)，這種多波束天線的控制比起傳統(tǒng)喇叭天線更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提出一種有重疊輻射點(diǎn)的更簡單的多波束天線，來試圖克服這一難題。
因此，它的目的是一種如上定義的天線，其特征-在于設(shè)計所述激勵設(shè)備以至少同時工作在第一和第二獨(dú)立的工作頻率附近，-在于所述激勵設(shè)備包括相互間隔并且獨(dú)立的、均被設(shè)計來發(fā)射和/或接收電磁波的第一和第二激勵單元，所述第一激勵單元被設(shè)計為工作在所述第一工作頻率，所述第二激勵單元被設(shè)計為工作在所述第二工作頻率，-在于所述光子帶隙材料的所述或每個周期缺陷形成一個泄漏諧振腔，其在垂直于所述輻射外表面的方向上表現(xiàn)出恒定高度，并且預(yù)定的側(cè)面尺寸平行于所述輻射外表面，-在于設(shè)計所述第一和第二工作頻率以激勵泄漏諧振腔的相同諧振模式，相同地建立該諧振模式而不管所述腔的側(cè)面尺寸，以便在所述外表面上分別產(chǎn)生第一和第二輻射點(diǎn)，這些輻射點(diǎn)的每一個表示由天線在發(fā)射和/或接收模式中輻射的一束電磁波的來源，-在于每個所述輻射點(diǎn)有一個幾何中心，其位置依賴于產(chǎn)生它的激勵單元的位置，并且其面積大于產(chǎn)生它的輻射單元的面積，以及-在于相對地放置所述第一和第二激勵單元，以便所述第一和第二輻射點(diǎn)相互并排地位于光子帶隙材料的外表面上并且部分地重疊。
在上面描述的多波束天線中，每個激勵單元產(chǎn)生在電磁波束的來源處形成底面或橫截面的單個輻射點(diǎn)。因此，從這一觀點(diǎn)看，這種天線與其中喇叭產(chǎn)生單個輻射點(diǎn)的傳統(tǒng)喇叭天線相當(dāng)。因此，這種天線的控制與傳統(tǒng)喇叭天線的控制相似。而且，放置激勵單元以便重疊輻射點(diǎn)。因此，這種天線有輻射點(diǎn)重疊的多波束天線的優(yōu)勢，并且與多波束喇叭天線的控制相比，沒有增加激勵單元的復(fù)雜控制。
根據(jù)依照本發(fā)明的一種多波束天線的其它特征-每個輻射點(diǎn)近似圓形，幾何中心對應(yīng)于最大發(fā)射和/或接收的功率，外圍對應(yīng)于最大發(fā)射和/或接收的功率等于在其中心處最大發(fā)射和/或接收功率的一部分，并且在平行于外表面的平面上，分隔兩個激勵單元的幾何中心的距離嚴(yán)格地小于由第一激勵單元產(chǎn)生的輻射點(diǎn)的半徑加上由第二激勵單元產(chǎn)生的輻射點(diǎn)的半徑，-每個輻射點(diǎn)的幾何中心放置在垂直于所述輻射外表面的直線上，并穿過產(chǎn)生它的激勵單元的幾何中心，-所述第一和第二激勵單元放置于同一個腔之內(nèi)，-所述第一和第二工作頻率位于由這個相同的腔產(chǎn)生的相同窄帶寬之內(nèi)，-所述第一和第二激勵單元各自位于獨(dú)立的諧振腔之內(nèi)，并且設(shè)計所述第一和第二工作頻率以各自能激勵諧振模式而與它們各自的腔的側(cè)面尺寸無關(guān)，-一個與光子帶隙材料相關(guān)的電磁輻射反射器平面，彎曲該反射器平面以便形成所述獨(dú)立的腔，-所述或每個腔是平行六面體的形狀，-用于聚焦電磁波的所述設(shè)備包含一個半圓柱體形狀的反射器，并且所述天線的光子帶隙材料有對應(yīng)于所述反射器的半圓柱形表面的凸面。
本發(fā)明還涉及一種用于發(fā)射和/或接收電磁波的系統(tǒng)，其包括-一個用于聚焦由位于焦點(diǎn)上的所述系統(tǒng)發(fā)射和/或接收的電磁波的設(shè)備，以及-一個基本上位于焦點(diǎn)上的電磁波的發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)，以便發(fā)射和/或接收所述電磁波，其特征在于它包括一個依照本發(fā)明的天線，其外輻射表面近似地放置在焦點(diǎn)上以便形成電磁波的所述發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)。
根據(jù)依照本發(fā)明的系統(tǒng)的其它特征-用于聚焦電磁波的所述設(shè)備是一個拋物面反射器，
-用于聚焦電磁波的所述設(shè)備是一個電磁透鏡。


通過閱讀下文的僅以舉例方式給出的、并參照附圖進(jìn)行的描述，將能更好地理解本發(fā)明，其中附圖包括-圖1A，1B，2A和2B表示已知的多波束天線和產(chǎn)生的覆蓋區(qū)；-圖3是依照本發(fā)明的一種多波束天線的透視圖；-圖4是表示圖3的天線的透射系數(shù)的圖；-圖5是表示圖3的天線的輻射方向圖的圖；-圖6是一種配備了圖3的天線、用于發(fā)射/接收電磁波的系統(tǒng)的橫截面示意圖；-圖7表示依照本發(fā)明的一種多波束天線的第二實(shí)施例；-圖8表示圖7的天線的透射系數(shù)；-圖9表示依照本發(fā)明的一種多波束天線的第三實(shí)施例；以及-圖10是依照本發(fā)明的一種半圓柱體天線的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖3表示一個多波束天線4。該天線4由一個光子帶隙材料20聯(lián)合一個用于反射電磁波的金屬平面22構(gòu)成。
光子帶隙材料是已知的，例如在專利申請F(tuán)R 99 14521中描述了光子帶隙材料(例如材料20)的設(shè)計。因此，在此只詳細(xì)描述天線4與現(xiàn)有技術(shù)相比的特殊特征。
應(yīng)該記得光子帶隙材料是一種有吸收某些頻率范圍，也就是說，在上面所述的頻率范圍內(nèi)阻止任何傳輸這一屬性的材料。這些頻率范圍形成了這里所稱的帶隙。
圖4表示的是材料20的帶隙B。該圖4畫出了一條相對于發(fā)射或接收的電磁波頻率以分貝表示的透射系數(shù)變化的曲線。該透射系數(shù)表示在光子帶隙材料的一側(cè)發(fā)射的功率與在另一側(cè)接收的功率的比較。就材料20來說，帶隙B或吸收頻帶B大致從7GHz延伸到17GHz。
該帶隙B的位置和寬度僅依賴于光子帶隙材料的屬性和特性。
光子帶隙材料通常由介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率可變的電介質(zhì)的周期排列組成。在此，材料20由兩個用第一磁性材料例如鋁構(gòu)成的金屬板30、32和兩個用第二磁性材料例如空氣構(gòu)成的平板34和36組成。平板34夾在平板30和32之間，而平板36夾在平板32和反射面22之間。平板30位于該疊平板的一端。它有一層外表面38相對于它與平板34接觸的表面。該表面38形成一層在發(fā)射和/或接收模式中的輻射表面。
以已知的方法，在該幾何和/或射頻周期中引入中斷，這種中斷也稱為缺陷，可以產(chǎn)生一個吸收缺陷，并因此在光子帶隙材料的帶隙之內(nèi)產(chǎn)生一個窄帶寬。在這些條件下，所述材料被稱為有缺陷的光子帶隙材料。
這里，通過選擇平板36的高度或厚度H大于平板34的，來產(chǎn)生幾何周期中的中斷。以已知的方法，為了大致在帶寬B的中間產(chǎn)生(圖4的)窄帶寬E，通過下面的關(guān)系式來定義這一高度HH=0.5×λ/ϵr×μr]]>其中-λ是對應(yīng)于帶寬E的中頻fm的波長，-εr是空氣的相對介電常數(shù)，以及-μr是空氣的相對磁導(dǎo)率。
這里，中頻fm近似等于1.2GHz。
平板36形成一個泄漏平行六面體諧振腔，其高度H是恒定的，其側(cè)面尺寸由光子帶隙材料20和反射器22的側(cè)面尺寸來定義。這些平板30、32和反射平面22是矩形的，并且有相同的側(cè)面尺寸。這里，這些側(cè)面尺寸被選擇為大于由下面的經(jīng)驗公式定義的半徑R若干倍GdB≥20logπΦλ-2.5---(1)]]>其中-GdB是天線所要求的以分貝表示的增益，-Ф＝2R，
-λ是對應(yīng)于中頻fm的波長。
舉例來說，對于20dB的增益，半徑R近似等于2.15λ。
這樣的平行六面體諧振腔以已知的方法提供了許多族諧振頻率。每族諧振頻率由基頻及其諧波或基頻的整數(shù)倍組成。同一族的每個諧振頻率激勵所述腔的相同諧振模式。這些諧振模式是已知的，通過諧振模式術(shù)語TM0、TM1、…、TMi等標(biāo)記。在1987年Dunod出版社出版的F.Cardiol的《(Electromagnétisme，traitéd’Electricité，d’Electronique et d’Electrotechnique》文檔中更加詳細(xì)地描述了這些諧振模式。
在此，應(yīng)當(dāng)記得諧振模式TM0易于被鄰近基頻fm0的激勵頻率范圍所激勵。相似地，每個模式TMi易于被鄰近基頻fmi的激勵頻率范圍所激勵。每個諧振模式對應(yīng)于特定天線的輻射方向圖和在外表面38上形成的發(fā)射和/或接收模式中的輻射點(diǎn)。在此情況下，輻射點(diǎn)是包含在發(fā)射和/或接收模式中輻射的功率大于或等于由天線4從此外表面輻射的最大功率的一半的所有點(diǎn)的該外表面區(qū)域。每個輻射點(diǎn)有對應(yīng)于輻射的功率大致等于所述最大輻射功率的點(diǎn)的幾何中心。
就諧振模式TM0來說，所述輻射點(diǎn)內(nèi)切于一個圓，其直徑Ф由公式(1)給出。對于諧振模式TM0，在此情況下輻射方向圖在垂直于外表面38的方向上是強(qiáng)烈定向的，并且穿過該輻射點(diǎn)的幾何中心。圖5中表示的是對應(yīng)于諧振模式TM0的輻射方向圖。
頻率fmi位于窄帶寬E之內(nèi)。
最后，在反射平面22上的腔36內(nèi)部相互并排放置四個激勵單元40至43。在這里描述的例子中，這些激勵單元的幾何中心位于一個菱形的四個角上，該菱形的邊的尺寸嚴(yán)格地小于2R。
將這些激勵單元的每一個設(shè)計為在不同于其它激勵單元的工作頻率fTi上發(fā)射和/或接收電磁波。這里，每個激勵單元的頻率fTi接近于fm以便激勵所述腔36的諧振模式TM0。將這些激勵單元40至43連接到一個傳統(tǒng)的將被每個激勵單元轉(zhuǎn)換成電磁波以及反向轉(zhuǎn)換的電信號的發(fā)生器/接收機(jī)45。
這些激勵單元由，例如，輻射偶極子、輻射縫隙、平板探針或輻射貼片構(gòu)成。每個輻射單元的側(cè)面覆蓋區(qū)，即在平行于外表面38的平面上，嚴(yán)格地小于它產(chǎn)生的輻射點(diǎn)的面積。
圖6表示天線4的一種典型應(yīng)用。圖6表示一種適合于地球同步衛(wèi)星的用于發(fā)射和/或接收電磁波的系統(tǒng)60。該系統(tǒng)60包括一個形成電磁波束反射器的拋物面62和放置在該拋物面62的焦點(diǎn)上的天線4。在該圖中，線64表示的是由天線4的外表面38發(fā)射或接收的電磁波束。
現(xiàn)在將以圖6的系統(tǒng)這一特例來描述圖3的天線的操作。
在發(fā)射機(jī)模式中，由發(fā)生器/接收機(jī)45激活的激勵單元40在工作頻率fT0發(fā)射電磁波并激勵腔36的諧振模式TM0。其它輻射單元41至43，例如，同時由發(fā)生器/接收機(jī)45激活并分別在工作頻率fT1、fT2和fT3進(jìn)行同樣的操作。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于諧振模式TM0，輻射點(diǎn)和對應(yīng)的輻射方向圖與腔36的側(cè)面尺寸無關(guān)。實(shí)際上，當(dāng)腔36的側(cè)面尺寸大于先前定義的半徑R許多倍時，諧振模式TM0只依賴于平板30至36中的每一個的材料厚度和特性，并且與腔36的側(cè)面尺寸無關(guān)地產(chǎn)生。因此，可以同時創(chuàng)建相互并排的多個諧振模式TM0，并因而同時產(chǎn)生多個相互并排放置的輻射點(diǎn)。這是當(dāng)激勵單元40至43在空間中的不同點(diǎn)激勵相同的諧振模式時所發(fā)生的。因此，由激勵單元40對諧振模式TM0的激勵被反射而表現(xiàn)為近似圓形的輻射點(diǎn)46，其幾何中心位于垂直于單元40的幾何中心的線上。相似地，單元41至43對諧振模式TM0的激勵被反射而在垂直于每個這些單元幾何中心的直線上，分別表現(xiàn)為輻射點(diǎn)47至49。由于單元40的幾何中心與單元41和43的幾何中心的距離嚴(yán)格地小于2R，輻射點(diǎn)46與分別對應(yīng)于輻射單元41和43的輻射點(diǎn)47和49部分地重疊。出于相同的原因，輻射點(diǎn)49與輻射點(diǎn)46和48部分地重疊，輻射點(diǎn)48與輻射點(diǎn)49和47部分地重疊，輻射點(diǎn)47與輻射點(diǎn)46和48部分地重疊。
每個輻射點(diǎn)對應(yīng)于輻射到拋物面62并被該拋物面62反射回地表的電磁波束的來源的底面或橫截面。因此，以與已知的有重疊輻射點(diǎn)的多波束天線相似的方法，地表上對應(yīng)于每個發(fā)射的波束的覆蓋區(qū)相互接近，或者甚至重疊，以至于消除或減少了接收帶隙。
在接收模式中，以與發(fā)射模式中所描述的相似的方法，外表面38的每個輻射點(diǎn)對應(yīng)于地表上的一個覆蓋區(qū)。因此，例如，如果電磁波是從對應(yīng)于輻射點(diǎn)46的覆蓋區(qū)發(fā)射的，那么后者在被拋物面62反射之后在對應(yīng)于點(diǎn)46的區(qū)域中被接收。如果收到的波的頻率被包括在窄帶帶寬E之內(nèi)，它將不會被光子帶隙材料20吸收，并且將被激勵單元40接收。由激勵單元接收的每個電磁波將以電信號的形式被發(fā)射給發(fā)生器/接收機(jī)45。
圖7表示一種由光子帶隙材料72和電磁波反射器74組成的天線70，圖8畫出了該天線的透射系數(shù)相對于頻率的趨勢。
光子帶隙材料72，例如與光子帶隙材料20相同，并表現(xiàn)出相同的帶隙B(圖8)。給予已參照圖3描述的形成該光子帶隙材料的平板相同的附圖標(biāo)記。
例如，通過彎曲反射平面22以至于將腔36分成兩個高度不同的諧振腔76和78，來形成反射器74。以在帶隙B之內(nèi)放置例如頻率約為10GHz的窄帶寬E1(圖8)這樣的方法來確定腔76的恒定高度H1。相似地，在同一帶隙B之內(nèi)放置例如中心約為14GHz的窄帶寬E2(圖8)，來確定諧振腔78的高度H2。在本例中，反射器74由兩個相互交錯并且電鏈接的反射半平面80和82構(gòu)成。反射半平面80與平板32平行，并且離它高度H1的距離。半平面82與平板32平行，并且離后者恒定高度H2的距離。
最后，在腔76中放置激勵單元84，在腔78中放置激勵單元86。這些激勵單元84、86，例如與激勵單元40至43相同，除了激勵單元84特定用于激勵腔76的諧振模式TM0，而激勵單元86特定用于激勵腔78的諧振模式TM0這一事實(shí)之外。
在本實(shí)施例中，分隔激勵單元84和86的幾何中心的水平距離，即平行于平板32的距離，嚴(yán)格地小于由單元84和86分別產(chǎn)生的兩個輻射點(diǎn)的半徑之和。
所述天線70的操作與圖3的天線的操作相同。然而，在本實(shí)施例中，激勵單元84和86的工作頻率位于各自的窄帶寬E1、E2之內(nèi)。因此，不像圖3的天線4，每個這些激勵單元的工作頻率相互距離一個較寬的頻率間隔，例如，在本例中為4GHz。在本實(shí)施例中，選擇帶寬E1、E2的位置，以便能夠使用所強(qiáng)制的工作頻率。
圖9表示一種多波束天線100。該天線100與天線4相似，除了由有多個缺陷的光子帶隙材料102來代替輻射設(shè)備4的單缺陷光子帶隙材料20這一事實(shí)之外。在圖7中，給予已參照圖4描述的單元相同的附圖標(biāo)記。
將天線100表示在通過垂直于反射平面22的剖面并穿過激勵單元41和43的橫截面中。
光子帶隙材料102有兩個連續(xù)的由第一電介質(zhì)材料制成的平板組104和106。組104和106堆疊在垂直于反射平面22的方向上。作為非限制性的示例，由平行于反射平面22的兩個平板110、112和114、116來分別形成每個組104、106。一組的每個平板與同一組的另一平板厚度相同。就組106來說，每個平板的厚度e2＝λ/2，其中λ表示由光子帶隙材料的缺陷產(chǎn)生的窄通帶中頻的波長。
組104的每個平板厚度e1＝λ/4。
按照在法國專利99 14521(2 801 428)中公開的教導(dǎo)來計算這些厚度的e1和e2。
在有缺陷的光子帶隙材料102的每個平板之間夾入一個由第二電介質(zhì)材料例如空氣制成的平板。分隔平板110、112、114和116的這些平板的厚度等于λ/4。
將第一平板116面朝反射平面22放置并與該平面相距一個厚度為λ/2的第二電介質(zhì)材料的平板，以便形成一個泄漏平行六面體諧振腔。每個連續(xù)的電介質(zhì)材料平板組的電介質(zhì)材料平板的厚度ei最好是在連續(xù)的組104、106的方向上的比率q的幾何級數(shù)。
而且，在這里描述的實(shí)施例中，作為非限制性的示例，堆疊組的數(shù)量為二，以便不至于使圖片過于復(fù)雜，并且?guī)缀渭墧?shù)比也等于2。這些值是非限制性的。
有不同的磁導(dǎo)率、電介質(zhì)介電常數(shù)和厚度ei這些特征的光子帶隙材料的這一組堆疊增加了在光子帶隙材料的同一帶隙之內(nèi)產(chǎn)生的窄帶寬的寬度。因此，與圖3的實(shí)施例相比，選擇輻射單元40至43的工作頻率以進(jìn)一步相互遠(yuǎn)離。
該輻射設(shè)備100的操作直接來源于天線4的操作。
作為變化的，由一個電磁透鏡來代替拋物面62。
迄今描述的輻射設(shè)備是由平面結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。然而，作為變化的，這些不同單元的表面被配置為拋物面或所述設(shè)備的形狀以聚焦電磁波束。例如，圖10表示一種配備了用于在天線204上聚焦電磁波束的設(shè)備202的天線200。設(shè)備202例如是半圓柱體形狀的金屬反射器。天線204放置在所述設(shè)備202的焦點(diǎn)上。天線204與圖3的天線相似，除了反射平面、以及有缺陷的光子帶隙材料的平板，各自都有一個對應(yīng)于半圓柱體凹面的凸面這一事實(shí)之外。
作為變化，由每個激勵單元發(fā)射或接收的輻射在不同于相鄰激勵單元所用的方向上被極化。更有優(yōu)勢的是，每個激勵單元的極化垂直于相鄰激勵單元所用的極化。因此，限制了相鄰激勵單元之間的干涉和耦合。
作為變化，同一激勵單元被配置來連續(xù)或同時運(yùn)轉(zhuǎn)在幾個不同的工作頻率上。這種單元可以用于創(chuàng)建一個例如發(fā)射和接收發(fā)生在不同波長的覆蓋區(qū)。這種激勵單元也適用于頻率切換。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)射和/或接收電磁波的系統(tǒng)，其包括-一個用于把由所述系統(tǒng)發(fā)射和/或接收的電磁波聚焦在焦點(diǎn)上的設(shè)備(62)，以及-一個基本上位于所述焦點(diǎn)上的電磁波的發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)，以便發(fā)射和/或接收所述電磁波，其特征-在于它包括一個多波束天線(4)，其外輻射表面大致放置在所述焦點(diǎn)上以便形成電磁波的所述發(fā)射機(jī)和/或接收機(jī)，-在于所述天線包括-一種被設(shè)計來在空間方面和頻率方面過濾電磁波的光子帶隙材料(20、42、172)，該光子帶隙材料有至少一個帶隙，并形成一層在發(fā)射和/或接收模式中輻射的外表面(38、158)，-所述光子帶隙材料的至少一個周期缺陷(36、76、78、156、180)，以便在該光子帶隙材料的所述至少一個帶隙之內(nèi)產(chǎn)生至少一個窄帶寬，以及-一個激勵設(shè)備(40至43、84、86、160、162、190)，其用于在由所述至少一個缺陷產(chǎn)生的所述至少一個窄帶寬之內(nèi)發(fā)射和/或接收電磁波，該激勵設(shè)備被設(shè)計為至少同時工作在第一和第二獨(dú)立的工作頻率附近，-在于所述激勵設(shè)備包括相互間隔并且獨(dú)立的、均被設(shè)計來發(fā)射和/或接收電磁波的第一和第二激勵單元(40至43、84、86)，所述第一激勵單元被設(shè)計為工作在所述第一工作頻率，所述第二激勵單元被設(shè)計為工作在所述第二工作頻率，-在于所述光子帶隙材料的所述或每個周期缺陷(36、76、78)形成一個泄漏諧振腔(36、76、78)，其在垂直于所述輻射外表面(38)的方向上具有恒定高度，并且預(yù)定的側(cè)面尺寸平行于所述輻射外表面，-在于設(shè)計所述第一和第二工作頻率以激勵泄漏諧振腔(36、76、78)的相同諧振模式，相同地建立該諧振模式而不管所述腔的側(cè)面尺寸，以便在所述外表面上分別產(chǎn)生第一和第二輻射點(diǎn)(46至49)，這些輻射點(diǎn)的每一個表示由天線在發(fā)射和/或接收模式中輻射的電磁波波束之一的來源，-在于所述輻射點(diǎn)(46至49)的每一個有一個幾何中心，其位置依賴于產(chǎn)生它的激勵單元的位置，并且其面積大于產(chǎn)生它的輻射單元的面積，以及-在于相對地放置所述第一和第二激勵單元(40至43、84、86)，以便所述第一和第二輻射點(diǎn)(46至49)相互并排地位于光子帶隙材料的外表面(38)上，并且部分地重疊。
2.在權(quán)利要求1中所要求的系統(tǒng)，其特征在于用于聚焦電磁波的所述設(shè)備是一個拋物面反射器(62)。
3.在權(quán)利要求1中所要求的系統(tǒng)，其特征在于用于聚焦電磁波的所述設(shè)備是一個電磁透鏡。
4.在前述權(quán)利要求的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于-每個輻射點(diǎn)(46至49)近似圓形，所述幾何中心對應(yīng)于最大發(fā)射和/或接收的功率，外圍對應(yīng)的最大發(fā)射和/或接收的功率等于在其中心處最大發(fā)射和/或接收功率的一部分，以及-在平行于外表面的平面上，分隔兩個激勵單元(40至43、84、86)的幾何中心的距離嚴(yán)格地小于由第一激勵單元產(chǎn)生的輻射點(diǎn)的半徑加上由第二激勵單元產(chǎn)生的輻射點(diǎn)的半徑。
5.在前述權(quán)利要求的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于每個輻射點(diǎn)(46至49)的幾何中心放置在垂直于所述輻射外表面(38)的直線上，并穿過產(chǎn)生它的激勵單元(40至43)的幾何中心。
6.在前述權(quán)利要求的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二激勵單元(40至43)放置于同一個腔(36)之內(nèi)。
7.在權(quán)利要求6中所要求的系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二工作頻率位于由這個相同的腔(36)產(chǎn)生的相同窄帶寬之內(nèi)。
8.在權(quán)利要求1至5的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于所述第一和第二激勵單元(84、86)各自位于獨(dú)立的諧振腔(76、78)之內(nèi)，并且在于所述第一和第二工作頻率被設(shè)計為各自均能激勵一個諧振模式而與它們各自的腔的側(cè)面尺寸無關(guān)。
9.在權(quán)利要求8中所要求的天線，其特征在于它包括一個與光子帶隙材料(72)相關(guān)的電磁輻射反射器平面(74)，彎曲該反射器平面以便形成所述諸個獨(dú)立的腔。
10.在前述權(quán)利要求的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于所述或每個腔是平行六面體的形狀。
11.在權(quán)利要求1至9的任意一條中所要求的系統(tǒng)，其特征在于用于聚焦電磁波的所述設(shè)備包含一個半圓柱體形狀的反射器(202)，并且在于所述天線(204)的光子帶隙材料有對應(yīng)于所述反射器(202)的半圓柱形表面的凸面。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)注于一種包括一個用于聚焦電磁波的設(shè)備和一個多波束天線的系統(tǒng)。所述天線包括一種有至少一個帶隙的光子帶隙材料(20)，所述光子帶隙材料的至少一個周期缺陷(36)以在所述帶隙材料之內(nèi)產(chǎn)生至少一個窄帶寬，以及激勵單元(40至43)，其用于在所述至少一個窄帶寬之內(nèi)發(fā)射和/或接收電磁波，所述單元相對地放置以便產(chǎn)生重疊的輻射點(diǎn)。
文檔編號H01Q19/17GK1717842SQ200380104092
公開日2006年1月4日 申請日期2003年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月24日
發(fā)明者馬克·提萬諾特, 雷基斯·禪塔萊特, 伯納德·賈克, 盧多維克·萊格, 提利·孟尼蒂爾, 帕特里克·敦蒙, 赫弗·萊蓋 申請人:國家科研中心, 國家空間研究中心