[发明专利]双极化光控微波天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种光控微波天线。进一步地，本发明涉及一种尤其用于此光控天线的天线阵列，包括多个天线元件。又进一步地，本发明涉及一种用于控制微波天线的天线阵列的光源的控制电路。

背景技术

在毫米波成像系统中，对场景进行扫描以便获得该场景的图像。在许多成像系统中，机械移动该天线以便对场景进行扫描。然而，电子扫描，即以电子形式移动天线的辐射束或灵敏度曲线，是首选的，因为它更迅速，且不会像机械扫描系统中那样出现天线劣化。

反射阵列天线是一种大家非常熟悉的天线技术，例如，如“J.Huang et J.A.Encinar,Reflectarray Antennas,New York,NY，USA:Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE Press,2008”中所述，用于在微波和毫米波频率范围（以下通常称为覆盖至少1GHz至30THz的频率范围的“微波频率范围”，即，包括毫米波频率）内进行波束控制。对于高达30GHz的频率来说，存在具有不同优缺点的控制这样的反射阵列天线的每个单独的天线元件的相位的多项技术。特别是，基于PIN二极管的开关的功耗高、损耗高，很难集成到以100GHz以上的频率进行操作的微波天线中。MEMS开关需要高控制电压并具有极低的开关速度。基于FET的开关的插入损耗高并需要较大的偏置网络。基于液晶的移相器表现出大约十分之几秒的极低的开关速度。铁电移相器允许以低功耗快速移相，但在60GHz以上损耗会显著增加。

例如，在US 6,621,459和“M.Hajian et al.,Electromagnetic Analysis of Beam-Scanning Antenna at Millimeter-Waves Band Based on Photoconductivity Using Fresnel-Zone-Plate Technique,IEEE Antennas and Propagation Magazine,Vol.45,No.5,Oct.2003”中描述了光控等离子体反射阵列天线。然而，此等反射阵列天线具有极高的功耗。特别是，US6,621,459公开了一种等离子体控制的毫米波或微波天线，其中，电子和空穴的等离子体被光注入（photo-inject）光电导晶片。在第一实施方式中，半导体在材料状态“电介质”与“导体”之间切换，需要较高的光强度并提供较高的天线效率。在第二实施方式中，半导体在两种状态“电介质”与“吸收体（损耗导体）”之间切换，只需要较低的光强度并提供较差的天线效率。在第一实施方式中，将等离子体及毫米波/微波反射面专门分布在晶片背后允许在光学照明元件与非照明元件之间180°的各元件的相移。在第二实施方式中，在较低的光强度下利用毫米波/微波反射背面可以对该天线进行操作，在照明元件与非照明元件之间发生任意固定相移。

在一个实施方式中，该天线包括可控光源，其包括设置在阵列中的多个LED以及位于光源前面的毫米波反射器，所述反射器允许光源的光通过，并同时用于反射入射的毫米波辐射。进一步地，菲涅耳波带片（FZP）晶片位于毫米波反射器的前面，所述晶片由在黑暗中透过毫米波的光电导材料制成并在光中作出响应。最后，天线包括位于晶片前面用于利用毫米波照射晶片和/或接收毫米波的天线馈源。通过选择性地照射LED，较高的等离子体密度在异相区域中产生180°的相移。就不照射LED的区域而言，设置有较低的等离子体密度（或“同相”）区域。入射到较高的等离子体密度区域上的毫米波辐射在晶片正面对反射产生180°的相位变化。相比之下，入射到较低的等离子体密度区域上的毫米波辐射在毫米波反射器上对反射产生180°的相位变化。路径长度差在同相区域与异相区域之间提供所需的180°的整体相移。在该文献中描述的可选择实施方式中，通过光源照射来改变反射毫米波辐射的晶片的反射率以使毫米波辐射反射或通过。在另一个实施方式中，使用较低的光强度，毫米波辐射可以由晶片吸收或通过。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光控微波天线，其与已知光控微波天线相比具有较低功耗并提供从雷达图像获得更多信息的能力。本发明的另一个目的是提供一种用于此光控微波天线的对应天线阵列。

根据本发明的一方面，提供了一种光控微波天线，包括：

i）包括多个天线元件的天线阵列，天线元件包括：