Antenneneinrichtung und Verfahren zum Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen mit der Antenneneinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Antenneneinrichtung zum

Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen mit einem

Wellenleiter, der zwei parallel zueinander angeordnete Platten aus elektrisch leitendem Material aufweist,

zwischen denen ein dielektrisches Material angeordnet ist, und mit einer Einspeiseeinrichtung, mit der

elektromagnetische Wellen in den Wellenleiter eingekoppelt werden können, die sich dann entlang des Wellenleiters ausbreiten und an einem von der Einspeiseeinrichtung beabstandeten Rand des Wellenleiters abgestrahlt werden.

Aus der Praxis ist eine große Anzahl von unterschiedlichen Antennen bekannt, mit denen elektromagnetische Wellen abgestrahlt oder empfangen werden können. Die

unterschiedlichen Antenneneinrichtungen sind dabei an unterschiedliche Wellenlängenbereiche der

elektromagnetischen Strahlung und an die jeweiligen

Anforderungen bezüglich der gewünschten Strahlungsleistung, der Strahlungscharakteristik und der jeweils vorgesehenen Einsatzbereiche angepasst. Es kann beispielsweise zwischen linearen Antennen, die eine linienhafte Stromverteilung in der Antennenstruktur aufweisen, und Flächenantennen

unterschieden werden, bei denen eine leitungsgeführte Welle über eine beispielsweise streifenförmige oder kreisförmige Fläche abgestrahlt werden. Um Übertragungsverluste der elektromagnetischen Wellen von einem Sender zu einem Empfänger zu reduzieren ist es vorteilhaft, die von dem Sender abgestrahlte

elektromagnetische Strahlung in Richtung des Empfängers zu fokussieren, sodass ein möglichst großer Anteil der von dem Sender abgestrahlten Strahlungsleistung in die Richtung des Empfängers abgestrahlt wird und von diesem empfangen werden kann. Zu diesem Zweck sind aus der Praxis verschiedene Antenneneinrichtungen bekannt, bei denen die

Strahlungscharakteristik der Antenneneinrichtung

beeinflusst und die Richtung der maximalen

Strahlungsleistung beziehungsweise die bevorzugte

Ausstrahlungsrichtung verändert und auf einen beabstandet von der Antenneneinrichtung angeordneten Empfänger

ausgerichtet werden kann.

Insbesondere bei niedrigen Frequenzen, beziehungsweise langen Wellenlängen, werden Antenneneinrichtungen mit mechanisch verlagerbaren Komponenten eingesetzt, deren

Verlagerung eine Veränderung der Strahlungscharakteristik und eine Beeinflussung der richtungsabhängigen

Sendeleistung ermöglicht. Es sind auch Antennenarrays bekannt, bei denen eine Anzahl von beabstandet zueinander angeordneten

Antenneneinrichtungen jeweils zeitlich aufeinander

abgestimmt elektromagnetische Wellen abstrahlen, sodass die sich ergebende Überlagerung der von den einzelnen

Antenneneinrichtungen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen eine Vorzugsrichtung ergibt, in welche die größte Strahlungsleistung abgestrahlt wird. Für hochfrequente elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von beispielsweise Gigahertz oder Terrahertz sind die charakteristischen Abmessungen der

Antenneneinrichtungen ortmals im Bereich von Millimetern und kleiner, um zumindest näherungsweise der Wellenlänge der abgestrahlten oder empfangenen elektromagnetischen Strahlung entsprechen. Die Herstellung von

Antenneneinrichtungen mit mechanisch relativ zueinander verlagerbaren Komponenten, die für die Abstrahlung von derart hochfrequenten elektromagnetischen Wellen geeignet wären, ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Dagegen ist der Betrieb von Antennenarrays , bei denen mit jeder einzelnen Antenneneinrichtung elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von Gigahertz und höher abgestrahlt werden können, aufgrund der notwendigen Aufteilung des

Antennensignals auf eine große Anzahl von einzelnen

Antenneneinrichtungen und wegen der Verluste bei den jeweiligen Phasenschiebern mit vergleichsweise hohen

Verlusten der Sendeleistung behaftet.

Antenneneinrichtungen der eingangs genannten Gattung, bei denen sich die elektromagnetische Welle längs eines aus zwei parallel zueinander angeordneten Platten gebildeten Wellenleiters ausbreitet und von einem Rand des

Wellenleiters abgestrahlt wird, eignen sich erfahrungsgemäß auch für die Abstrahlung von hochfrequenten

elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von einem Gigahertz und mehr. Allerdings sind keine derartigen

Antenneneinrichtungen bekannt, die eine Beeinflussung der Strahlungscharakteristik der abgestrahlten

elektromagnetischen Wellen ermöglichen würden. Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, eine Antenneneinrichtung der eingangs genannten Gattung so auszugestalten und weiter zu entwickeln, dass die Strahlungscharakteristik und insbesondere die Richtung einer maximalen Strahlungsleistung der Antenneneinrichtung mit einfachen Mitteln und mit möglichst geringen Verlusten beeinflusst und vorgegeben werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mit einer Steuereinrichtung der Antenneneinrichtung das dielektrische Material so beeinflusst werden kann, dass mindestens ein erster Bereich mit einer ersten

Permittivität und mindestens ein zweiter Bereich mit einer zweiten Permittivität gebildet wird, sodass die in den

Wellenleiter eingekoppelten elektromagnetischen Wellen sich bevorzugt durch den mindestens einen ersten Bereich

hindurch ausbreiten und in dieser bevorzugten

Ausbreitungsrichtung abgestrahlt werden. Eine Veränderung der Ausrichtung der beiden parallel zueinander angeordneten Platten ist nicht erforderlich. Es hat sich gezeigt, dass durch die Ausbildung eines ersten Bereichs zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten Platten, dessen ersten Permittivität sich von mindestens einen angrenzenden zweiten Bereich unterscheidet, bereits ausreicht, um die bevorzugte Ausbreitungsrichtung der über die

Einspeiseeinrichtung eingekoppelten elektromagnetischen Wellen zu beeinflussen und vorzugeben. Je höher der

Unterschied der ersten Permittivität zu der zweiten

Permittivität und je deutlicher abgegrenzt der erste

Bereich von einem zweiten angrenzenden Bereich ist, umso stärker kann die bevorzugte Ausbreitungsrichtung beeinflusst und vorgegeben werden. Die Permittivität des dielektrischen Materials kann in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Material auch berührungslos

beziehungsweise ohne eine mechanische Verlagerung einzelner Komponenten der Antenneneinrichtung vorgenommen werden. In Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten dielektrischen Material und der Wirkungsweise der Steuereinrichtung lassen sich sehr kurze Reaktionszeiten bei einer Anpassung der bevorzugten Ausbreitungsrichtung ermöglichen.

Die Formgebung der parallel zueinander angeordneten Platten und insbesondere die Anordnung der Einspeiseeinrichtung und der Verlauf des von der Einspeiseeinrichtung beabstandeten Randes des Wellenleiters können in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Verwendungszweck der Antenneneinrichtung vorgegeben und beispielsweise an einen gewünschten

Frequenzbereich der elektromagnetischen Wellen und an die gewünschten Variationsmöglichkeiten für die Ausrichtung der bevorzugten Ausbreitungsrichtung angepasst sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass der Wellenleiter wie ein Kreissegment geformt ist und die

Einspeiseeinrichtung die elektromagnetische Welle in dem Kreismittelpunkt einspeist, und dass der mindestens eine erste Bereich und der mindestens eine zweite Bereich jeweils von dem Kreismittelpunkt ausgehende kleinere

Kreissegmente innerhalb des Wellenleiters bilden. Mit einer derartigen Konfiguration der Antenneneinrichtung kann die bevorzugte Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen über den ganzen Winkelbereich variiert werden, der von dem als Kreissegment ausgestalteten Wellenleiter abgedeckt wird. Der erste Bereich, der die bevorzugte

Ausbreitungsrichtung vorgibt, kann durch ein innerhalb des Wellenleiters in verschiedene Richtungen ausrichtbares kleines Kreissegment gebildet werden. Sofern der erste Bereich nicht unmittelbar an einen Randbereich des

Wellenleiters angrenzt, wird der erste Bereich mit einer höheren Permittivität zweckmäßigerweise auf beiden Seiten von einem zweiten Bereich mit einer kleineren Permittivität begrenzt, wobei jeder zweite Bereich ebenfalls als

kleineres Kreissegment ausgebildet ist und die einzelnen Kreissegmente des ersten Bereichs und der beiden zweiten Bereiche das Kreissegment bzw. den Winkelbereich des

Wellenleiters vollständig abdecken.

Der Wellenleiter kann beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein und sich über einen Winkelbereich von 180° erstrecken. Der mindestens eine erste Bereich, der mit seiner höheren Permittivität die bevorzugte

Ausbreitungsvorrichtung vorgibt, kann beispielsweise ein an den Wellenleiter angepasstes Kreissegment mit einem

Öffnungswinkel von etwa 10° bis 20° sein. Die beiden zweiten Bereiche grenzen in Umfangsrichtung jeweils an den zugeordneten ersten Bereich an und bedecken den von dem ersten Bereich nicht abgedeckten Winkelbereich des

Wellenleiters und damit in dem genannten Beispiel einen Winkelbereich von insgesamt 170° bzw. 160°.

Es ist ebenfalls möglich, den Wellenleiter mit einem kleineren Winkelbereich als 180° vorzugeben, sofern die bevorzugte Ausbreitungsrichtung nur innerhalb eines

kleineren Winkelbereichs verändert werden können soll. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, die beiden Wellenleiter jeweils als kreisförmige Platten auszugestalten und die Einspeiseeinrichtung in dem

Kreismittelpunkt so anzuordnen und auszugestalten, dass die elektromagnetischen Wellen im Bereich des Kreismittelpunkts von außen eingekoppelt und zwischen den beiden

kreisförmigen Platten eingespeist werden und sich

anschließend über den gesamten Kreiswinkelbereich von 360° ausbreiten können. Durch die Ausgestaltung und Ausrichtung des mindestens einen ersten Bereiches kann dann eine bevorzugte Ausbreitungsrichtung innerhalb des vollständigen Kreiswinkels von 360° beliebig vorgegeben werden.

Der mindestens eine erste Bereich und der mindestens eine zweite Bereich können sich in radialer Richtung von dem Kreismittelpunkt bis zu dem Randbereich erstrecken. Es ist ebenfalls möglich, dass sich der erste Bereich in radialer Richtung nicht bis zu dem Randbereich des Wellenleiters erstreckt, sondern lediglich über einen Teilbereich. Dabei kann der Radius des ersten Bereichs mehr als 50%,

vorzugsweise mehr als 75% des Radius des Randbereichs betragen .

Sofern die bevorzugte Ausbreitungsrichtung nur zwischen zwei oder drei bzw. mehreren einzelnen Richtungen verändert beziehungsweise umgeschaltet werden können soll, ist es gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens

vorteilhaft, dass der Wellenleiter einen längs mehrerer aneinander anschließender Kreissehnen verlaufenden äußeren Umfangsrand aufweist und die Einspeiseeinrichtung die elektromagnetische Welle in den Kreismittelpunkt einspeist, und dass von dem Kreismittelpunkt ausgehende Ränder des mindestens einen ersten Bereichs und des mindestens einen zweiten Bereichs jeweils durch die Schnittpunkte der jeweils dem ersten beziehungsweise zweiten Bereich

zugeordneten Kreissehne mit einem Umfangskreis verlaufen. Der den mindestens einen ersten Bereich und den mindestens einen zweiten Bereich in radialer Richtung begrenzende

Umfangskreis kann dem äußeren Umfangsrand des Wellenleiters entsprechen, aber auch einen kleineren Radius aufweisen. Die einzelnen Kreissehnen-Abschnitte verlaufen dann jeweils senkrecht zu der in diesem Winkelbereich um die

Einspeiseeinrichtung vorgegebenen bevorzugten

Ausbreitungsrichtung der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen. Der einer Kreissehne zugeordnete erste Bereich, innerhalb dessen sich die elektromagnetischen Wellen bevorzugt ausbreiten sollen, ist im Wesentlichen

dreiecksförmig . Die Beeinflussung des dielektrischen

Materials in den einzelnen durch Kreissehnen begrenzten Winkelbereichen ist konstruktiv einfach und kostengünstig umset zbar . Gemäß einer optionalen Variante ist erfindungsgemäß

vorgesehen, dass mit der Steuereinrichtung der

Antenneneinrichtung das dielektrische Material so

beeinflusst werden kann, dass zwei erste Bereiche mit einer ersten Permittivität und mindestens ein dazwischenliegender zweiter Bereich mit einer zweiten Permittivität gebildet wird. Vorzugsweise sind die beiden ersten Bereiche in

Umfangsrichtung auf beiden Seiten jeweils von einem zweiten Bereich begrenzt. Mit den beiden ersten Bereichen kann erreicht werden, dass die Antenneneinrichtung gleichzeitig elektromagnetische Wellen in zwei verschiedenen bevorzugten Ausbreitungsrichtungen abstrahlt. Es bilden sich zwei Hauptabstrahlrichtungen aus, in denen der überwiegende Anteil der eingekoppelten elektromagnetischen Wellen, bzw. der eingekoppelten elektromagnetischen AbStrahlungsleistung abgestrahlt wird. Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das dielektrische Material ein dielektrischer

Festkörper ist, dessen Formgebung dem ersten Bereich entspricht und dessen Ausrichtung relativ zu der

Einspeiseeinrichtung veränderbar ist. Der dielektrische Festkörper kann beispielsweise ein Kreissegment oder ein Dreieck aus einem dielektrischen Material mit einer hohen Permittivität in dem vorgesehenen Wellenlängenbereich der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen sein. Ein für viele Anwendungen zweckmäßiges dielektrisches Material ist beispielsweise ein Polystyrol-Kunststoff mit einer

Permittivität von s _r =2,53 bei 50 GHz. Der dielektrische Festkörper kann beispielsweise durch eine geeignete

Zwangsführung von der Steuereinrichtung der

Antenneneinrichtung verlagert und jeweils in die bevorzugte Ausbreitungsrichtung ausgerichtet werden. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise durch Einbettung magnetischer

Materialien die Ausrichtung des dielektrischen Materials über von außen angelegte veränderbare Magnetfelder

vorzugeben. Bei ausreichend groß dimensionierten

Antenneneinrichtungen kann eine mechanische Wirkverbindung der Steuereinrichtung mit dem dielektrischen Festkörper vorgesehen sein und der dielektrische Festkörper

beispielsweise mittels Seilzügen oder Führungsstangen, beziehungsweise über einen Getriebemechanismus verlagert werden. Das dielektrische Material kann auch ein steuerbarer dielektrischer Feststoff wie beispielsweise Barium- Strontium-Titanat sein. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des

Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das dielektrische Material ein Fluid mit einer anisotropen Permittivität ist. Ein hierfür geeignetes Fluid ist beispielsweise ein

Flüssigkristall-Material, bei dem die einzelnen

stabförmigen Moleküle deutlich voneinander abweichende Permittivitäten längs einer Längsachse und quer dazu aufweisen. Das Flüssigkristall-Material kann beispielsweise durch das Anlegen eines elektrischen Feldes beeinflusst werden, sodass für einzelne Bereiche des Flüssigkristall- Materials in der Ausbreitungsrichtung der

elektromagnetischen Wellen durch den Wellenleiter

unterschiedliche Permittivitäten vorgegeben werden können. Geeignete Flüssigkristall-Materialien sind aufgrund der häufigen Verwendung derartiger Materialien in anderen

Produktbereichen in verschiedenen Ausgestaltungen

handelsüblich und kostengünstig erhältlich.

Die Ansteuerung des Flüssigkristall-Materials

beziehungsweise die Beeinflussung der Ausrichtung einzelner Flüssigkristall-Moleküle mit Hilfe von extern erzeugten elektrischen Feldern ist bereits gut untersucht und in vielen Varianten und Ausgestaltungen aus der Praxis

bekannt. So kann beispielsweise jeweils eine

Elektrodenstruktur elektrisch isoliert an den Platten angeordnet und von der Steuereinrichtung mit der

gewünschten Spannungsverteilung beaufschlagt werden, um in dem Zwischenraum zwischen den beiden Platten das dort befindliche Flüssigkristall-Material hinsichtlich der

Ausrichtung der einzelnen Flüssigkristall-Moleküle zu beeinflussen und dadurch die Permittivität in der

Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Wellen

vorzugeben. Zweckmäßigerweise wird dabei ein

Flüssigkristall-Material verwendet, das eine besonders große Anisotropie der Permittivität aufweist.

Die Steuereinrichtung weist erfindungsgemäß jeweils mehrere an den Platten des Wellenleiters angeordnete und von diesen isolierte Elektroden oder gesondert ansteuerbare

Elektrodensegmente auf, zwischen denen ein elektrisches Feld erzeugt werden kann, wodurch die Permittivität des zwischen den Platten angeordneten Fluides beeinflusst werden kann und ein erster Bereich mit einer ersten

Permittivität und mindestens ein zweiter Bereich mit einer zweiten Permittivität vorgegebenen werden können. Je größer die Anzahl der Elektroden bzw. der einzeln ansteuerbaren Segmente der Elektroden an den Platten ist, umso

vielfältiger sind die Möglichkeiten, die bevorzugte

Ausbreitungsrichtung der abgestrahlten elektromagnetischen Welle zu beeinflussen und vorzugeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des

Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass jede Elektrode in Form eines Streifens oder eines schmalen Kreissegments ausgestaltet ist und sich ausgehend von der

Einspeiseeinrichtung zu einem beabstandeten Rand der zugeordneten Platte des Wellenleiters erstreckt. Mit einer ausreichenden Anzahl derart ausgestalteter Elektroden können einzelne Winkelbereiche des Wellenleiters mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden, um in dem zwischen den Platten befindlichen dielektrischen Fluid einen ersten Bereich mit einer hohen Permittivität und auf mindestens einer Seite, beziehungsweise gegebenenfalls auf beiden Seiten angrenzende zweite Bereiche mit einer niedrigeren Permittivität auszubilden.

Die Elektroden müssen nicht notwendigerweise unmittelbar an den Platten angeordnet sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass von außen ein den Wellenleiter durchdringendes elektrisches Feld erzeugt wird. Es ist weiterhin auch möglich, dass das elektrische Feld durch Elektroden erzeugt wird, die

zwischen beabstandet zueinander verlaufenden Randbereichen des Wellenleiters zwischen den Platten oder außerhalb der Platten des Wellenleiters angeordnet sind.

Es hat sich herausgestellt, dass es gemäß einer optionalen Ausgestaltung besonders vorteilhaft ist, dass die

Elektroden längs ihrer Ränder einen regelmäßig oder

unregelmäßig gekrümmten Verlauf und/oder eine regelmäßig oder unregelmäßig dreidimensional strukturierte Oberfläche aufweist. Die Ränder der Elektroden können beispielsweise einen wellenförmigen oder einen zinnenförmigen Verlauf aufweisen. Die einzelnen Wellen oder Zinnen können

regelmäßig oder unregelmäßig ausgebildet sein oder

aufeinander folgen. Insbesondere die den Platten

zugewandten Oberflächen der Elektroden können eine

dreidimensional strukturierte Oberfläche aufweisen, die entweder regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete oder ausgebildete Strukturen aufweisen. Durch den nicht

gradlinigen Verlauf der Ränder und durch die nicht

vollständig ebenflächige Ausgestaltung der Oberflächen der Elektroden wird eine unerwünschte Beeinflussung der elektromagnetischen Felder für die Wellenabstrahlung reduziert, die gegebenenfalls durch die Ausbildung eines elektromagnetischen Feldes zwischen den Elektroden erzeugt werden könnte, welches für die Ausbildung des zwischen den Elektroden befindlichen ersten Bereichs mit einer ersten Permittivitat benötigt und erzeugt wird.

Weiterhin ist es ebenfalls möglich, das dielektrische

Material durch ein extern angelegtes Magnetfeld zu

beeinflussen, welches den Wellenleiter durchdringt. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten

dielektrischen Materials können auch andere Wirkmechanismen eingesetzt werden, um eine vorgegebene Ausrichtung

einzelner Moleküle und eine Veränderung der Permitt ivität beispielsweise durch eine geeignete Vorgabe eines Drucks oder einer Temperatur herbeizuführen.

Um eine Anpassung des Wellenwiderstands bei dem Ablösen der elektromagnetischen Wellen von dem Wellenleiter in den freien Raum in geeigneter Weise anpassen zu können und an dem Rand des Wellenleiters unerwünschte Reflektionen zu verringern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die beiden Platten in einem von der Einspeiseeinrichtung beabstandeten Randbereich einen mit zunehmendem Abstand von der

Einspeiseeinrichtung größer werdenden Abstand voneinander aufweisen. Die Randbereiche der beiden Platten können zu diesem Zweck entweder jeweils schräg nach außen abgewinkelt oder nach außen spitz zulaufend ausgestaltet sein. Der derart ausgebildete Randbereich des Wellenleiters wirkt wie ein Hornstrahler und ermöglicht eine zusätzliche

Verbesserung der Strahlungsleistung in der bevorzugten Ausbreitungsrichtung . Die Randbereiche der beiden Platten können relativ zu der Wellenleiterebene der parallelen Bereiche des Wellenleiters auch jeweils in einem vorgegebenen Winkel so angeordnet sein, dass die elektromagnetischen Wellen in einem Winkel relativ zu der Wellenleiterebene abgestrahlt werden. Eine derartige Ausgestaltung der Randbereiche kann bei einer bestimmungsgemäßen Anordnung der Antenneneinrichtung an einer Grenzfläche wie beispielsweise an einer Wand oder an einer Decke vorteilhaft sein.

Es ist ebenfalls möglich und insbesondere bei ausreichend großen Abmessungen des Wellenleiters ohne großen

konstruktiven Aufwand realisierbar, dass die Randbereiche der beiden Platten des Wellenleiters hinsichtlich ihrer Ausrichtung und/oder Formgebung während des Betriebs verändert werden können, um durch die Randbereiche die bevorzugte Ausbreitungsrichtung zu beeinflussen und in einer Richtungsebene verändert werden zu können, die senkrecht zu der von den parallelen Platten vorgegebenen Richtungsebene liegt, in der die bevorzugte

Ausbreitungsrichtung von dem dielektrischen Material beeinflusst und vorgegeben werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abstrahlen von elektromagnetischen Wellen mit einer

Antenneneinrichtung mit den voranstehend beschriebenen Merkmalen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit der Steuereinrichtung der Antenneneinrichtung mindestens ein erster Bereich mit einer ersten Permittivität und

mindestens ein zweiter Bereich mit einer zweiten

Permittivität erzeugt wird, sodass die in den Wellenleiter eingekoppelten elektromagnetischen Wellen sich bevorzugt durch den mindestens einen ersten Bereich hindurch

ausbreiten und in dieser bevorzugten Ausbreitungsrichtung abgestrahlt werden.

Es ist erfindungsgemäß möglich, dass während des Betriebs der Antenneneinrichtung der mindestens eine erste Bereich wie ein Kreissegment oder ein Dreieck ausgebildet ist und die Ausrichtung des Kreissegments oder Dreiecks relativ zu der Einspeiseeinrichtung in Abhängigkeit von einer

vorgegebenen Abstrahlrichtung angepasst wird. Es ist ebenfalls möglich, dass der erste Bereich wie ein

Kreissegment oder ein Dreieck ausgebildet ist und der von dem Kreissegment oder Dreieck abgedeckte Winkelbereich in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Richtungsfokussierung angepasst wird. So kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verwendungszweck in der gewünschten

Ausbreitungsrichtung eine vergleichsweise breite und sich über einen größeren Winkelbereich erstreckende Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen durch einen breiten ersten Bereich vorgegeben werden, oder aber eine auf einen sehr schmalen Winkelbereich fokussierte Abstrahlung der

elektromagnetischen Wellen durch die Vorgabe eines

entsprechend schmalen ersten Bereichs vorgegeben werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei einem zu schmal

vorgegebenen ersten Bereich die Richtungsfokussierung wieder schlechter wird, so dass in Abhängigkeit von der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung und der

Ausgestaltung des Wellenleiters sowie des dielektrischen Materials eine vorteilhafte Breite des ersten Bereichs ermittelt und vorgegeben werden kann, mit der eine bestmögliche Richtungsfokussierung der bevorzugten

Abstrahlungsrichtung erreicht werden kann.

Es ist ebenfalls möglich, dass sowohl die breite,

beziehungsweise die Winkelbereichsabdeckung des ersten

Bereichs als auch dessen Ausrichtung gleichzeitig während des Betriebs der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung verändert werden. Erfindungsgemäß kann die Antenneneinrichtung auch mehrere übereinander gestapelte Wellenleiter aufweisen, in die über eine gemeinsame Einspeiseeinrichtung oder über mehrere gesonderte und jeweils einem Wellenleiter zugeordnete

Einspeiseeinrichtungen elektromagnetische Wellen

eingekoppelt werden können. Durch eine geeignete

Kombination mehrerer Wellenleiter kann die insgesamt mit der Antenneneinrichtung in eine bevorzugte

Abstrahlungsrichtung abgestrahlte elektromagnetische

Strahlungsleistung erheblich erhöht werden.

Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, mehrere erfindungsgemäße Antenneneinrichtungen beabstandet

zueinander anzuordnen und synchronisiert zu betreiben, um die insgesamt in der bevorzugten Ausbreitungsrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlungsleistung zu erhöhen. Die mehreren Antenneneinrichtungen können dabei matrixförmig beabstandet zueinander oder auch

beispielsweise übereinander gestapelt angeordnet sein. Bei mehreren übereinander gestapelten Antenneneinrichtungen können lediglich die äußeren Platten der gestapelten

Wellenleiter einen Randbereich aufweisen, die einen

einzigen Hornstrahler für alle Wellenleiter bilden. In jeder Antenneneinrichtung können gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens gleichzeitig zwei oder mehr erste Bereiche ausgebildet und so ausgerichtet sein, dass die eingespeisten elektromagnetischen Wellen sich gleichzeitig in zwei oder mehr bevorzugten

Ausbreitungsrichtungen ausbreiten .

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele des

Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung exemplarisch dargestellt sind. Es zeigt:

Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Antenneneinrichtung,

Figur 2 eine Schnittansicht durch die in Figur 1 gezeigte Antenneneinrichtung längs der Linie II-II in Fig. 1,

Figur 3 eine schematische Darstellung der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen, die über die

Einspeiseeinrichtung in einen Wellenleiter der

Antenneneinrichtung eingekoppelt werden und sich längs eines ersten Bereichs mit einer ersten Permittivität in dem Wellenleiter ausbreiten,

Figur 4 eine grafische Darstellung von

Strahlungscharakteristiken von abgestrahlten

elektromagnetischen Wellen, die mit einem Prototyp der in der Figuren 1 und 2 gezeigten erfindungsgemäßen

Antenneneinrichtung erzeugt, in verschiedenen bevorzugten Ausbreitungsrichtungen abgestrahlt und vermessen wurden, Figur 5 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Antenneneinrichtung mit einer an einer Platte des Wellenleiters angebrachten Elektrodenanordnung zur Beeinflussung eines zwischen den beiden Platten des Wellenleiters angeordneten dielektrischen Fluides,

Figur 6 eine schematische Darstellung einer abweichend ausgestalteten Antenneneinrichtung, Figur 7 eine schematische Darstellung einer wiederum abweichend ausgestalteten erfindungsgemäßen

Antennenein ichtung,

Figur 8 eine schematische Darstellung gemäß Figur 2, wobei sich die elektromagnetischen Wellen entlang von zwei ersten Bereichen mit einer ersten Permittivität in zwei

verschiedenen bevorzugten Ausbreitungsrichtungen in dem Wellenleiter ausbreiten,

Figur 9 eine grafische Darstellung einer

Strahlungscharakteristik der mit einer in Figur 8 gezeigten Antenneneinrichtung in zwei bevorzugten

Ausbreitungsrichtungen abgestrahlten elektromagnetischen Wellen,

Figur 10 eine schematische Seitenansicht einer Elektrode mit einem auf beiden Seiten zinnenförmig verlaufenden Rand, und

Figur 11 eine schematische Seitenansicht einer Elektrode mit einem auf beiden Seiten unregelmäßig wellenförmig verlaufenden Rand. In den Figuren 1 und 2 sind jeweils schematisch eine

Seitenansicht und eine Schnittansicht einer exemplarischen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung 1 dargestellt. Die Antenneneinrichtung 1 weist einen

Wellenleiter 2 auf, der zwei parallel zueinander

angeordnete Platten 3 aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material umfasst. Die beiden Platten 3 sind jeweils halbkreisförmig ausgebildet. In dem Bereich des Kreismittelpunkts der halbkreisförmigen Platten 3 ist eine Einspeiseeinrichtung 4 angeordnet, mit welcher

elektromagnetische Wellen in den Wellenleiter 2

eingekoppelt werden können, um sich dann entlang des

Wellenleiters 2 auszubreiten, bis die elektromagnetischen Wellen an einem von der Einspeiseeinrichtung 4

beabstandeten Rand 5 des Wellenleiters 2 in den freien Raum abgestrahlt werden.

In einem innenliegenden halbkreisförmigen Zwischenraum 6 ist ein Fluid aus einem geeigneten Flüssigkristall-Material angeordnet. Das Fluid wird zu dem Rand 5 hin von einem halbkreisförmigen Dichtungsring 7 begrenzt und in dem

Zwischenraum 6 eingeschlossen. Ab dem Dichtungsring 7 verjüngen sich die beiden Platten 3 des Wellenleiters 2 zum Rand 5 hin kontinuierlich und bilden einen

halbkreisförmigen Öffnungsschlitz 8, dessen Schlitzbreite mit zunehmendem Abstand von dem Kreismittelpunkt

kontinuierlich zunimmt. Die Formgebung der Platten 3 im Bereich des Öffnungsschlitzes 8 an dem Rand 5 entspricht der Formgebung eines Hornstrahlers und soll den Übergang der elektromagnetischen Welle aus dem Wellenleiter 2 in den freien Raum begünstigen. Durch eine in den Figuren 1 und 2 nicht dargestellte

Steuereinrichtung der Antenneneinrichtung 1 wird das Fluid in dem Zwischenraum 6 beeinflusst und ein erster Bereich 9 mit einer ersten, hohen Permittivität erzeugt, der zu beiden Seiten jeweils von einem zweiten Bereich 10 begrenzt wird, in denen das Fluid eine zweite Permittivität

aufweist, die geringer als die erste Permittivität ist. Durch den ersten Bereich 9 mit der höheren Permittivität breiten sich die von der Einspeiseeinrichtung 4

eingekoppelten elektromagnetischen Wellen bevorzugt aus, sodass in einer durch die Ausrichtung des ersten Bereichs 9 vorgegebenen Ausbreitungsrichtung die elektromagnetischen Wellen bevorzugt ausbreiten und abgestrahlt werden. Der erste Bereich 9 und die beiden zweiten Bereiche 10 sind jeweils als Kreissegment ausgebildet und bedecken gemeinsam das zugeordnete halbkreisförmige Kreissegment des

Wellenleiters 2. In Figur 3 ist exemplarisch eine simulierte Verteilung des elektrischen Feldes der in den Wellenleiter 2

eingekoppelten elektromagnetischen Wellen dargestellt. Es ist deutlich erkennbar, dass sich die eingekoppelten elektromagnetischen Wellen fast ausschließlich durch den ersten Bereich 9 mit der höheren Permittivität bewegen und in der durch die Anordnung des ersten Bereichs 9

vorgegebenen Ausbreitungsrichtung 11 ausbreiten und von der Antenneneinrichtung 1 abgestrahlt werden. Lediglich ein geringer Anteil der elektromagnetischen Wellen breitet sich in den zweiten Bereichen 10 aus und verlässt die

Antenneneinrichtung 1 in einer von der bevorzugten

Ausbreitungsrichtung 11 abweichenden Richtung. In Figur 4 sind mit Hilfe eines Prototyps der in den

Figuren 1 und 2 gezeigten Antenneneinrichtung 1 erzeugte und gemessene Strahlungscharakteristiken für die

Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen gezeigt, wobei drei verschiedene bevorzugte Ausbreitungsrichtungen

vorgegeben wurden. Es ist deutlich erkennbar, dass die maximale Strahlungsleistung jeweils in die vorgegebene Ausbreitungsrichtung φ abgestrahlt wird, die bei den in Figur 4 gezeigten Messungen mit 0°, 20° und 70° vorgegeben wurden. Das Bezugssystem für den Winkel φ der vorgegebenen Ausbreitungsrichtung ist in Figur 1 gezeigt.

In Figur 5 ist schematisch eine Anordnung einer Anzahl von Elektroden 12 an einer Platte 3 des Wellenleiters 2

gezeigt. Die einzelnen Elektroden 12 sind jeweils

kreissegmentförmig ausgebildet und fächerartig über den gesamten Winkelbereich von 180° des Wellenleiters 2

angeordnet. An der gegenüberliegenden Platte 3 ist

ebenfalls eine vergleichbare Elektrodenkonfiguration angeordnet. Mit Hilfe der nicht dargestellten

Steuereinrichtung kann zwischen einander zugeordneten

Elektroden 12, die an den beiden Platten 3 angeordnet sind, eine elektrische Potenzialdifferenz beziehungsweise ein elektrisches Feld erzeugt werden, das auf das dielektrische Fluid in dem Zwischenraum zwischen den beiden Platten 3 einwirkt, um beispielsweise eine Ausrichtung einzelner Flüssigkristall-Moleküle des dielektrischen Fluides und damit einhergehend die Permittivität in dem von den

Elektroden 12 bedeckten Zwischenraum 6 zu verändern und vorzugeben . Die nebeneinander angeordneten Elektroden 12, die mit einem übereinstimmenden elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, bilden den ersten Bereich 9, der die bevorzugte Ausbreitungsrichtung vorgibt. Durch die Anzahl der

Elektroden 12, die dem ersten Bereich zugeordnet und entsprechend mit einer Spannung beaufschlagt werden, kann eine Breite des ersten Bereichs 9 beziehungsweise ein

Winkelbereich vorgegeben werden, der von dem ersten Bereich 9 abgedeckt ist. Je mehr Elektroden 12 dem ersten Bereich 9 zugeordnet und entsprechend mit Spannung beaufschlagt werden, umso breiter ist der erste Bereich 9. Es ist grundsätzlich möglich, dass beispielsweise 180 oder 360 Elektroden 12 in dem Winkelbereich von 180° des

halbkreisförmigen Wellenleiters 2 angeordnet sind, sodass eine entsprechend präzise Vorgabe des ersten Bereichs 9 und damit eine präzise verstellbare und vorgebbare bevorzugte Ausbreitungsrichtung vorgegeben werden kann.

In Figur 6 ist exemplarisch ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Antenneneinrichtung 1 dargestellt, mit der lediglich drei verschiedene bevorzugte

Ausbreitungsrichtungen vorgegeben werden können. Der Rand 5 des Wellenleiters 2 wird durch drei Kreissehnen gebildet, die aneinander anschließen und einen Winkelbereich von ebenfalls 180° abdecken. Der Zwischenraum 6 zwischen den beiden Platten 3 wird durch drei dreiecksförmige Elektroden 12 in drei Bereiche 14 unterteilt. Jeder dieser drei

Bereiche 14 kann durch eine entsprechende Ansteuerung der Elektroden 12 mit der Steuereinrichtung als erster Bereich 9 für die bevorzugte Ausbreitungsrichtung oder aber als zweiter Bereich 10 konfiguriert werden, um wahlweise die bevorzugte Ausbreitungsrichtung für die Antenneneinrichtung 1 vorgeben zu können.

In Figur 7 ist lediglich schematisch und exemplarisch eine ebenfalls erfindungsgemäße Antenneneinrichtung 1 mit einem kreisrunden Wellenleiter 2 gezeigt. Die Einkopplung der elektromagnetischen Wellen erfolgt durch eine in dem

Kreismittelpunkt angeordnete Einspeiseeinrichtung 4, die an einer Außenseite 13 einer Platte 3 des Wellenleiters 2 angeordnet ist und die elektromagnetischen Wellen von außen in den Zwischenraum 6 zwischen den beiden Platten 3

einkoppelt. Die in dem Kreismittelpunkt eingekoppelten elektromagnetischen Wellen können sich in einer beliebigen Richtung in dem von dem Wellenleiter 2 abgedeckten

Winkelbereich von 360° ausbreiten. Durch eine geeignete Elektrodenkonfiguration kann die bevorzugte

Ausbreitungsrichtung für die von dieser Antenneneinrichtung 1 abgestrahlten elektromagnetischen Wellen vorgegeben werden .

In den Figuren 8 und 9 ist eine abweichend zu den Figuren 1 bis 7 ausgestaltete Antenneneinrichtung 1 und deren

Strahlungscharakteristik schematisch dargestellt. Zwischen den beiden Platten 3 eines halbkreisförmigen Wellenleiters 2 sind zwei erste Bereiche 9 ausgebildet, die in einem gegen den Uhrzeigersinn gemessenen Winkel φ ^x bzw. in einem mit dem Uhrzeigersinn gemessenen Winkel φ relativ zu einer in den Figuren 8 und 9 mittig nach oben gerichteten Ausbreitungsrichtung ausgerichtet sind. Dadurch wird eine Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen mit einer in

Figur 9 schematisch dargestellten Strahlungscharakteristik erzeugt, die deutlich erkennbar zwei

Hauptabstrahlungsrichtungen aufweist .

In den Figuren 10 und 11 sind zwei verschiedene

exemplarische Ausführungsbeispiele für eine Elektrode 12 schematisch dargestellt. Die in Figur 10 in einer

Seitenansicht gezeigte Elektrode 12 weist längs ihrer Ränder an einer dem Betrachter zugewandten Stirnseite eine Anzahl von zinnenförmigen Vorsprüngen 15 auf, sodass die beiden Ränder einen zinnenförmig gekrümmten Verlauf aufweisen. Die einzelnen zinnenförmigen Vorsprünge 15 sind gleichmäßig ausgebildet und regelmäßig angeordnet. Die in Figur 11 ebenfalls in einer vergleichbar zu Figur 10 dargestellten Seitenansicht gezeigte Elektrode 12 weist längs ihrer Ränder an der dem Betrachter zugewandten

Stirnseite einen wellenförmig gekrümmten Verlauf 16 auf. Der wellenförmig gekrümmte Verlauf weist einzelne

wellenförmige Ausformungen auf, die ungleichmäßig

ausgebildet sind, jedoch im Wesentlichen regelmäßig längs der Ränder angeordnet sind. Die zinnenförmigen Vorsprünge 15 und die einzelnen wellenförmigen Ausformungen könnten auch längs der Ränder unregelmäßig verteilt angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass eine in den

Stirnseitenansichten in den Figuren 10 und 11 oben und unten angeordnete Außenseite der Elektroden 12 eine

entsprechend dreidimensional strukturierte Oberfläche aufweisen. Durch die nicht geradlinig verlaufenden Ränder und gegebenenfalls durch die dreidimensional strukturierten Oberflächen der Elektroden 12 kann ein störender Einfluss des zwischen den Elektroden 12 erzeugten

elektromagnetischen Feldes, mit welchem die ersten Bereiche 9 und zweiten Bereiche 10 erzeugt und vorgegeben werden, auf die Abstrahlung der in die Antenneneinrichtung 1 eingespeisten und von der Antenneneinrichtung 1

abgestrahlten elektromagnetischen Wellen verringert oder sogar vollständig verhindert werden.

Eine erfindungsgemäße Antenneneinrichtung 1 bietet große Vorteile bei der Nutzung für unterschiedliche

Kommunikationsdienste und Kommunikationsgeräte sowie beispielsweise auch bei der Verwendung in der Sensorik. Mit der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung 1 ist eine elektrisch steuerbare Strahlschwenkung ohne die Nutzung einer Gruppenantenne mit den damit einhergehenden

Nachteilen möglich. Die bei herkömmlichen Gruppenantennen üblicherweise auftretenden Verluste in einem

Verteilernetzwerk und bei den einzelnen Phasenschiebern können vermieden werden. Die erfindungsgemäße

Antenneneinrichtung 1 kann mit vergleichsweise einfachen Fertigungstechnologien hergestellt werden und eignet sich insbesondere für die Abstrahlung von hochfrequenten elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz von

beispielsweise mehreren Gigahertz und mehr.