[发明专利]用于发射和/或接收电磁波的天线以及包括此天线的系统

说明书

用于发射和/或接收电磁波的天线，其包括辐射元件、具有可变阻抗的可调谐表面，以及控制器，所述控制器连接到所述可调谐表面且基于所述电磁波的期望方向控制所述可调谐表面。所述辐射元件和所述可调谐表面集成在壳体内部，所述壳体形成用于波的腔，并且包括用于将所述电磁波发射到外部的开口。

技术领域

本发明涉及用于在期望方向上发射和/或接收电磁波的天线。这些天线称为定向类型，意味着它们发射和/或接收电磁波束，有可能导引此波束的定向。

背景技术

更确切地说，本发明涉及一种天线，所述天线包括：

-辐射元件，其用于放射和/或接收所述电磁波，

-可调谐表面，其包括多个元件，所述多个元件可调整以修改所述可调谐表面的阻抗且改变电磁波被所述可调谐表面反射的方式，以及

-控制器，其连接到所述可调谐表面且基于参数控制可调整元件，所述参数是基于电磁波的期望方向而确定的。

如果天线在所有方向上以相同方式发射和/或接收电磁波，则所述天线为各向同性的。如果天线在特定方向上发射和/或接收电磁波，则所述天线具有方向性。这些定向天线表征为辐射波瓣图，即，电磁波的振幅作为水平平面和/或竖直平面中的方向的函数。此辐射波瓣图通常相对于每一平面中的角度建立；因此，其为极曲线，所述极曲线表示波的振幅作为0°和360°之间的角度的函数。此曲线通常包含称为波瓣的最大值，波瓣是天线发射较多或接收较多(较敏感)的角方向。因此，如果天线的辐射波瓣图在所确定方向中具有大振幅的主波瓣，以及振幅比主波瓣的振幅小的其它旁波瓣，则天线为定向的。

存在用于控制定向天线的方向的许多技术。

举例来说，存在相控阵列类型的天线，其由辐射元件的阵列组成，每个辐射元件的相位和振幅被控制以产生可转向方向中的总体定向辐射。

在此类型的天线中，辐射元件众多且每个辐射元件连接到受控的放大器。天线较为复杂且消耗大量能量。

举例来说，存在“反射阵列”类型的天线，例如文献US 2004/263408中的天线，其使用已知具有在一个方向上聚焦的定向辐射波瓣图的馈源喇叭类型的辐射元件，和定位于馈源喇叭前方以在由可调谐表面的可调整元件的状态确定的方向上反射电磁波的可调谐表面。

辐射元件(馈源喇叭)具有固定辐射方向的主波瓣，但通过改变可调整元件的状态，天线控制器改变由可调谐表面的每个可调整元件反射的波的振幅和/或相位，且因此改变被反射电磁波的方向。因此，可调谐表面使得有可能使由辐射元件生成的主波瓣倾斜。

在此类型的天线中，可调谐表面定位于距辐射元件某一距离处。天线因此通常非常庞大(不是非常紧凑)，且具有有限辐射空间范围，因为可调谐表面生成大遮蔽区域。

发明内容

本发明旨在改进可转向波束天线。

为此，上述类型的天线的特征在于，辐射元件和可调谐表面集成在壳体内部，

所述壳体形成腔，所述腔适于使电磁波在壳体内部反射若干次以撞击可调谐表面的可调整元件若干次，且

所述壳体包括开口，用于通过所述开口将电磁波发射到壳体外部或从壳体外部接收电磁波，以及将电磁波发射到远场或从远场接收电磁波。

利用这些布置，由辐射元件生成的电磁波在腔内部且被可调谐表面反射若干次，然后经由开口(直射或半反射开口)放射到壳体外部。因此，此电磁波在其远场传输之前可较容易地控制。确切地说，有可能同时且利用任何类型的辐射元件创建具有大振幅的主波瓣且可在任何方向上倾斜的定向天线。

此外，避免可调谐表面外部的电磁辐射损耗。由辐射元件放射的波几乎完全被可调谐表面反射，且因此几乎所有放射波可被控制以集中为单波束，即，高能量主波瓣。因此，天线更加高效。