鐵電透鏡的制作方法

專利名稱：鐵電透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于對入射在透鏡上的電磁波的離開方向進行引導(steering)的透鏡，所述透鏡包括至少具有第一主表面的鐵電材料的主體，以及與所述鐵電主體的所述第一主表面相鄰的第一變換器(transformer)。該透鏡還包括用于在所述主體內的第一方向上創建第一DC場的裝置，并且入射電磁波將通過所述變換器進入或離開所述透鏡。
背景技術：
鐵電材料具有這樣一種介電常數，該介電常數在該材料中感應出DC場的情況下可以改變。該性質已經被用來制造用于對電磁波束(例如天線波束)進行電引導的鐵電材料的透鏡，該波束是入射在該透鏡上的電磁場的來自該透鏡的“輸出”。
從IEEE Transactions on Antennas and Propagation，pp 458-468，volume 47，no 3 1999，“Voltage-Controlled Ferroelectric Lens PhasedArrays”中可知由鐵電材料制成的、用于對入射在透鏡上并離開該透鏡的波束的離開方向進行電引導的透鏡。
該論文中討論的器件的缺點在于設計的復雜性和價格。該器件使用了多個填充有鐵電材料的傳統波導，以及會增加該器件的成本的輸入/輸出匹配部。
從33rdEuMC WS6 proceedings，pp 79-82可知另一種鐵電波束引導透鏡。該論文中討論的器件的缺點看上去應該是非常高的充電時間常數，以及驅動該透鏡所需的非常高的電壓(20kV的量級)。另外，該論文中所公開的大面積鐵電板(透鏡)的制造非常復雜，很難以可接受的密度和均勻性制造出所設計的大尺寸(＞5×5cm2)板。

發明內容
因此，需要一種較之目前已知的鐵電透鏡更廉價、更簡單的用于對入射電磁波束的輸出方向進行引導的鐵電透鏡。另外，這種新的透鏡還應該較之目前已知的透鏡需要更低的驅動電壓。
本發明解決了這些需求，因為本發明公開了一種用于對入射在透鏡上的電磁波的離開方向進行引導的透鏡，該透鏡包括至少具有第一主表面的鐵電材料的主體，還包括與所述鐵電體的所述第一主表面相鄰的第一變換器。
電磁波會通過變換器進入和離開透鏡，因此透鏡還包括用于在所述主體內的第一方向上創建第一DC場的裝置。
根據本發明，所述透鏡的鐵電材料的主體包括多個離散的鐵電材料的板條(slab)，所述多個板條中的每個板條都還包括導電材料的第一和第二電極。另外，用于創建DC場的所述裝置可以使用所述多個板條中的第一和第二電極在所述第一方向上創建梯度DC場，所述主體中的介電常數因此也在所述第一方向上呈現梯度，從而能夠對離開電磁波進行引導，以低開銷來提供設計靈活性。
因此，通過本發明，獲得了由鐵電材料制成的波束引導透鏡，其較之以前所知的那些透鏡制造起來更加廉價，并且從更詳細的說明可以顯見，較之以前所知的那些透鏡，其還需要小得多的控制電壓。
相應地，用于創建DC場的裝置適于在基本上與所述主體的所述第一主表面平行的第一方向上創建所述第一DC場。
在本發明的優選實施例中，所述透鏡還包括第二變換器，且鐵電材料的所述主體具有第二主表面，第一和第二變換器中的每一個都被設置為與所述主體的主表面之一相鄰，從而電磁波將通過其中一個變換器進入透鏡并通過另一個變換器離開。


下面將參照附圖更加詳細地描述本發明，附圖中圖1示出了根據本發明的透鏡的原理圖，
圖2以側剖面圖的形式示出了根據本發明的透鏡，圖3示出了本發明的透鏡的第一實施例的主表面的剖面圖，圖4示出了本發明的透鏡的第一實施例中的組件，圖5示出了本發明的透鏡的第二實施例的主表面的剖面圖，圖6示出了本發明的透鏡的第二實施例中的組件，圖7示出了本發明的第三實施例的側剖面圖，圖8a和8b示出了圖6的組件的變型，圖9a和9b示出了本發明的版本，圖10示出了本發明的更詳細的實施例，圖11a和11b示出了本發明的透鏡的另選實施例，圖12和13示出了根據本發明的透鏡的另一另選實施例的版本。
具體實施例方式
圖1示出了根據本發明的透鏡100的某些基本原理。如圖中所示，本發明包括透鏡100，透鏡100又包括鐵電材料體110。鐵電材料的一個性質是當該材料受到DC場作用時該材料的介電常數ε可以改變。
如圖1中示意性示出的，本發明的透鏡包括用于創建要施加于鐵電材料體110的DC場的裝置140。如果在鐵電體上或中創建的DC場不恒定，而是在至少一個方向上呈現梯度，則該鐵電體的介電常數ε將根據該DC場的梯度而變化。
圖1中示出了改變鐵電材料體的介電常數的能力的一個應用平面電磁波150入射在體110的第一主表面上，入射方向為第一主平面的法向。該波通過第一主表面進入體110，而通過該體的第二主表面離開。
根據本發明，DC裝置140用于在體110內的第一方向上創建DC場，圖1中所示的方向用箭頭表示并且與被表示為基本正方或矩形形狀的該體的一個邊緣平行。由DC裝置創建的DC場的方向在圖1所示的坐標系中是表示為“x”的方向，x軸與基本正方形體的所述邊緣相一致。如上所述，本發明的透鏡100中創建的DC場是梯度，因此在這種情況下，沿著該透鏡的x方向創建了DC梯度。
圖1中還示出了該梯度DC場的結果通過鐵電體110的第一主表面以該第一主表面的法向為入射角進入該鐵電體110的平面電磁波150通過該體的第二主表面以偏離法向Ω角度的方向離開。
入射波的離開方向可以通過在鐵電體上施加梯度DC場而改變的事實意味著，根據本發明的透鏡可用作波束引導器件。圖1所示的器件100僅用于例示本發明的基本原理，下面將在說明書中更加詳細地展示本發明。
圖2示出了本發明的透鏡200沿圖1中的虛線II-II的剖面圖與圖1的透鏡100相同，圖2中的透鏡200包括鐵電材料的體210，下面將對其進行更詳細的說明。體210還表現出第一主表面207。
另外，圖1中未示出的是，圖2的透鏡200包括被設置為與鐵電體210的第一主表面207相鄰的匹配變換器220。變換器220的功能是方便電磁波在透鏡和環境大氣之間進入和離開，下面將對此進行更詳細的說明。
因此，還應該適當地有一個波可以離開該透鏡的變換器。這可以通過以下方式來實現使變換器220在波的期望進入表面和離開表面處圍繞該透鏡，即通過使第一變換器作為一個固體鄰近件，或者如圖2所示，通過使本發明的透鏡200除了第一變換器220以外還包括第二變換器222，第二變換器被設置為與電磁波的期望離開表面相鄰，即，與體210的第二主表面208相鄰。
如圖2所示，鐵電體210適于成形為矩形盒，使得體210的第一主表面207和第二主表面208成為該盒的兩個相對主表面。
另外，根據本發明，如圖2所示，鐵電體210包括多個離散板條2101-210N。如圖2所示，板條2101-210N彼此相鄰地層疊，在本例中在彼此頂部，以形成鐵電體210。
因此，以鐵電材料體210的第一主表面207的法向入射在透鏡200上的平面電磁波240將通過第一變換器220和第一主表面207進入透鏡，而通過第二主表面208和第二變換器222離開體210。
如圖2所示，且如前所述，可以通過在體210內引入電場而形成電梯度(適當地是在“端板條”2101或210N處具有最大值而在另一“端板條”處具有最小值)來控制離開波250的方向。
因此，本發明的透鏡包括用于在主體內第一方向上引入第一DC場的裝置(DC+，GND)。下面將參照圖3對此進行更詳細的說明。
圖3示出了圖2的透鏡200沿圖2所示的虛線III-III的剖面前視圖。圖3清楚地示出了體210的構成，有多個板條，該特定情況下這些板條是布置為行和列的矩陣的拉長的盒狀結構，從而如圖所示，每個板條都可以被看作二維矩陣21011-201NN中的元素。
當然，該矩陣只是鐵電體210的一種適當形式，與拉長的盒狀的各個板條相同，可以在本發明的范圍之內實現許多其他形式的板條和鐵電體。例如，在該具體實施例中，每一行，即，元素21011-2101N等都可以是一個鄰近的板條，從而體210變為包括多個設置在彼此頂上的“板”。
如上所述，本發明的透鏡還包括用于在透鏡中創建DC場梯度的裝置。這些裝置可以在圖3中更清晰地看到，在本例中，它們包括第一組“地線”370和第二組DC線380。
可以看出，地線370連接至公共接地點GND，而DC線連接至DC電源“V”。在進一步說明用于創建DC場的這些裝置之前，先借助于圖4更詳細地說明各個元素—鐵電體210的“板條”。
圖4示出了圖3所示矩陣的其中一個板條210XX。從圖4可以看出，該板條是矩形的盒狀，寬度為w，高度為h，長度為l。由寬度w和高度h限定的兩個表面(板條的前后“面”)形成了鐵電材料體210的第一主表面207和第二主表面208。
根據本發明，如圖3所示，矩陣中的板條包括導電材料(例如Ag、Au、Pt或Pd)的第一和第二電極。在板條具有圖4所示形狀的情況下，將電極適當地布置在板條的頂表面403和底表面上。因此，在圖4的右下方所示的坐標系下，在x方向彼此相鄰設置的兩個板條將在其中一個板條的頂電極和另一個板條的底電極之間產生機械和電接觸。由于這些電極，每個板條21011-210NN都可以被看作基本TEM波導。
下面返回圖3和用于創建DC場的裝置，如上所述，這些裝置包括第一組地線370和第二組DC線380。
我們考慮“最右側”列中的板條，即，板條2101N，2102N...210NN。板條2101N被設置為，使得其底電極與恰在其下方的板條，即板條2102N的頂電極相接觸。這是任意具體列中的所有板條(很自然的原因，除了板條的最上側和最下側)都要遵循的原則每個板條的底電極都與恰在其下方的板條的頂電極相接觸。
因此，在兩個板條之間的交叉處創建了許多連接點，每個連接點都包括一個板條的底電極和恰在其下方的下一個板條的頂電極。如果兩個電極沒有延伸至板條側從而無法在該側連通連接點，則可以引入額外的導體以便電連通至兩個電極的結合點。
因此，在兩個板條的交叉處或連接點上，可以通過將連接點連接至DC饋點而建立電壓。圖3的實施例的內容是將第一電壓線370接地，而將第二電壓線380連接至DC電源。通過這兩條電壓線，按照以下方式創建了鐵電體210中的梯度場第二電壓線380連接至DC電源，并包括許多分壓器(本例中為電阻器)。
圖3示出了七個電阻器，所以為簡單起見，我們假設VDC＝7伏特。當然，電阻器的數量和DC電壓的幅值只是示例，根據應用，電阻器的數量和DC幅值可以隨需要而改變。
在VDC＝7V的情況下，每個電阻器上會有1V的電壓，且任意一個電阻器與地之間的電壓示出在該電阻器旁邊，所述對地電壓從0到7V梯度改變。
除了第一板條，即板條2101N以外，每個板條一側(頂/底)上的電極都會連接至地線370中的點上，并且同一板條的另一側(底/頂)上的電極都會連接至第二電壓線380中的點上。
因此，每個板條中的電極之一都會接地，而另一個電極都會連接至由DC饋電的電壓線。
為了在板條上創建期望的DC梯度(從將會成為該DC梯度中的最低電壓的板條開始，沿該期望的梯度方向行進)，將各個板條連接至第二電壓線380中的點，該點的電壓比連接至第二電壓線380的下一板條中的點的電壓更高。
為了便于理解這一點，圖3示出了第二電壓線380中的各個電阻器的每一側上的電壓。
為了進一步便于理解該原理，下表列出了對于最右側一列(列N)的板條，連接至DC線的板條中的點與地之間的電壓。由于圖中示出了16行(當然這僅是示例)，所以右下角的板條被表示為21016，N。

因此，在鐵電材料體210上創建了DC梯度，該梯度由圖3中的箭頭G來表示。該DC梯度進而在該體內創建了介電常數ε的梯度，ε在DC電壓增大的相同方向上減小，即，DC場偏置越高，鐵電材料的ε越低。
由于可以通過控制電壓線380來控制梯度，所以可以認識到該控制還可以用來控制離開電磁波250的輸出方向Ω(示于并結合圖2進行了描述)。因此，通過使用圖2和3所示以及以上描述的DC裝置，可以相對于圖3所示的坐標系對“x”方向上的電磁波的離開方向進行控制。
通過對DC裝置或偏置裝置的說明，本發明的另一個重要原理也會顯現出來本發明的透鏡中創建的DC場實質上與圖2所示的入射電磁波的E場平行。這考慮了較之已知設計更高的調諧精度，在已知設計中，兩個E場(偏置場和入射波場)通常或多或少地彼此正交。
圖5示出了本發明的不同實施例500，通過該實施例可以再次相對于示于圖3并示于圖5中的坐標系的x和y方向來控制離開電磁波的方向。
與前面的實施例相同，實施例500基于的是鐵電材料體510。透鏡500包括位于該體的主表面上的一個或若干匹配變換器，其類似于圖2-4所示并結合圖2-4說明過的實施例，因此這里將不再對這些變換器進行說明。
鐵電體510也包括多個板條51011-510NN，它們在圖中被表示為排列為N行N列的矩陣的矩形盒狀結構。圖6中更詳細地示出了實施例500中使用的其中一個板條。
與前面的實施例相同，在設置在板條的頂表面603和底表面上的示例中，圖6中示出的板條510XX包括第一和第二電極。另外，類似于圖3和圖4的板條，板條510XX為矩形盒狀，寬w高h長l。從鐵電材料體510的第一表面507和第二表面508由板條的寬w和高h限定了兩個表面(板條的前后“面”)。
然而，與前面示出的板條不同，實施例500的板條或TEM波導510XX為兩層結構，如圖6所示，并且由以下部分構成鐵電材料的第一層605設置在鐵電材料(適宜但不必為相同類型的鐵電材料)的第二層606的頂部。這兩個層605和606之間設置有導電材料層，其適宜為高電阻率材料，原因將在本說明書中隨后闡明。與先前示出的板條相同，板條510XX可以被看作基本TEM波導，并包括低電阻率的導電材料的第一和第二電極，該示例中的第一電極603設置在該板條的“頂”表面，而第二電極604設置在該板條的相對底表面上。
因此，如圖5所示，除了圖2和3中所示結構的連接點以外，在先前示出的連接點之間還創建了另外的或中間的連接點，另外的連接點是高電阻率層的接入點，其可以看作各個板條中的第三電極。
如圖5所示，除了地裝置570和用于創建DC梯度的第一裝置580以外，透鏡500還包括用于在鐵電體510中第二方向上創建DC梯度的第二裝置590。如下面將要說明的，第二梯度的方向適宜與第一裝置580所創建的第一梯度的方向垂直，但是在本發明的范圍內也可以是其他方向。
如圖5所示，用于創建梯度的第二裝置590還包括連接至多個分壓器(本例中為電阻器)的DC源(V1)。
在圖5中可以看出，第三電極607連接至電壓源V1、V2，在體510的第一主邊緣501上連接至一個電壓源V1，在體510的相對第二主邊緣502上連接至另一個電壓源V2。另外，該連接使得第三電極607的第一個(“x”方向)連接至兩個網絡580、590的每一個中的第一分壓器的第一側，而第三電極的下一個(“x”方向)連接至該第一分壓器的第二側，并且連接至第二分壓器的第一側。
于是，第三電極之后的下一個電極就連接至第二分壓器的第二側。簡言之，已經認識到的原理是，來自DC源V1、V2的每一個的一個分壓器都將連接至兩個相鄰的第三電極。
在該實施例中，還利用了體510的板條之間的交叉處所創建的連接點(在本例中通過連接至接地網絡或地線570而創建)。
利用結合圖2-4所述的原理可以認識到，利用電壓源V2或V1，還可以在實施例500中的x方向上創建DC梯度。另外，還將認識到在第三電極中使用高電阻率材料的原因如果DC源V1和V2之間存在電壓差且它們之間的連接不是理想導體，則在y方向將存在基本上線性的電壓降，通過該電壓降并通過電壓差V1-V2在該方向上創建了DC梯度。
因此，通過控制兩個電壓源V1和V2，可以使板的介電常數ε在x和y兩個方向上梯度變化，借此可以在兩個方向上控制入射電磁波的離開方向，這正是實施例500所期望的結果。
應該提及的是，在鐵電體510中，與鐵電體210類似，一列元素，例如，元素51011-5101N可以是連續的板條而非離散的元件，即，體510可以由彼此層疊在頂部上的“板”構成。
以上示出的以及附圖中的實施例只是便于理解本發明的示例，應該認識到，對于TEM波導(“板條”)的結構和用于創建DC梯度場的裝置，都可以進行多種修改。
圖7中示出了另選實施例700的一個示例鐵電透鏡700包括鐵電體710，以及與該鐵電體710的兩個主表面707、708中的每一個相鄰的匹配變換器720、722。
然而，作為另一種方案，透鏡700具有凹的第一主表面707和平的第二主表面708，并且各個匹配變換器720、722具有相應的形狀。透鏡的組件的這種形狀使得可以，例如對輸出波束的束形和/或束寬進行成形。
下面還將給出根據本發明的透鏡的材料和尺寸的某些示例。應該指出，盡管這些材料和示例適用于根據本發明的透鏡，但是它們僅是示例，而不應看作是對本發明的范圍的限定。
作為鐵電體的鐵電板條的適當材料的示例，可以提到BaxSr1-xTiO3，其中0≤x≤1。
選擇匹配變換器的材料時，可以選擇具有適當介電常數的任意材料，即，應當滿足以下公式ϵtransformer=ϵferr.lens...(1)]]>對于尺寸，換句話說，鐵電材料體中的“板條”或TEM波導的w、h、l，可以認為，例如通過簡單的制造就可確定寬度w。換句話說，如果波導是作為較大塊的一部分而制成，則波導的寬度w越小，產量越高。
對于高度h，或者將波導如上所示排列在透鏡中時成為高度的尺寸，高度h應該小于該透鏡的期望工作波長的一半。因此，我們可以僅結合特定頻率來討論特定高度。例如，如果要將透鏡設計成利用ε＝200m的鐵電材料工作在10GHz下，則我們有h<3×1082×1010×200≈1.06mm]]>
因此，板條的高度h的通式為h<c2*f×ϵferr...(2)]]>其中c是光速，f是透鏡的期望工作頻率(中心頻率)，而εferr是所用鐵電材料的介電常數。
板條的適當高度h的示例為0.5到1mm。這僅是適當值的示例，絕不是對本發明的限定。
利用適當的鐵電材料，控制電壓的典型值在施加電壓的方向上將是10V/μm。因此，在h＝1mm的板條的情況下，控制電壓將是1kV。
除此之外，板條的長度l由該透鏡的所需掃描角范圍來限定。l的典型值為大約10-20mm的范圍。
對于匹配變換器，其深度，即與鐵電材料體的主表面相垂直的尺寸、變換器的深度應該是期望工作頻率的四分之一波長。對于頻率10GHz和鐵電的介電常數ε＝200，利用以上針對變換器的介電常數的公式(1)，我們可以由此得到變換器深度dTRANSdTRANS=3×1084×1010(200)1/4≈2mm]]>作為高電阻率膜的適當材料的示例，可以提及的是LaMnO3/SrTiO3。
圖8b示出了以上所示波導的變型例820在圖8a中，作為背景示出了上述板條，即矩形盒狀的鐵電材料810，和兩個電極，分別位于盒的相對表面上。而在圖8b中，波導卻形成為多層結構820，即，其具有交替的鐵電材料層和導體層。因此，除了前面示出的頂電極和底電極以外，波導820交替地具有中間電極或電極層821，以及中間鐵電層822。
圖9a和9b示出了根據本發明的透鏡從與上圖2相同的視角看去的版本910和920(即，側面剖視圖)。如圖9a和9b所示，鐵電體波導912、922可以有不同的長度，前述尺寸l。另外，圖9a和9b示出了使用鐵電材料體的變換器的另選版本911、921由于圖9a和9b的波導的長度不同，所以鐵電材料體的主表面并不平滑。然而，變換器911、921適應這種情況，即，各個波導的變換器的ε都由(1)來確定，且各個波導的變換器的厚度都為λ/4。
另外，變換器911、921的期望相對于透鏡910、920面向外的表面是平滑的，但是在圖9a的情況下，透鏡910包括兩個變換器部分9111、9112，其中一個被設置為與鐵電材料體912的各個主表面相鄰，兩個主表面都具有筆直的外邊緣，該外邊緣被設置為與鐵電材料體912的主延伸方向一致。
在圖9b的情況下，透鏡920也包括兩個變換器部分9211、9212，其中一個被設置為與鐵電材料體912的各個主表面相鄰。然而，這些變換器部分的外邊緣是凸起的，使得最終的透鏡為大致橢圓形。
在圖10中，按照與圖3和5相同的視角示出了本發明的透鏡1000，即示出了透鏡的主表面以及變換器1001、1002的剖視圖。圖10傾向于示出可能在制造本發明的透鏡時有用的實際細節如前所述，透鏡1000包括多個電極1005和電極之間的連接以及如例如圖3和5中所示的用于創建DC電壓的裝置。如果是在DC裝置和電極之間進行的連接，則為了防止到DC電壓的不同連接之間的干擾和短路，可能需要在鐵電體的主表面的一側或兩側設置特殊的絕緣層1003、1004。因此，連接會“嵌入”在絕緣層1003、1004中，并彼此絕緣。絕緣層的材料可以從多種公知的絕緣材料中任意選擇。
圖11a示出了在與圖3、5或10中的透鏡相同的視角看去的根據本發明的透鏡的另一實施例1100與至此描述的透鏡相同，透鏡1100包括由鐵電體制成的多個TEM波導，并設置為它們一起形成鐵電材料體。為了清晰起見，圖11中并未示出變換器和DC裝置，因為它們可以與前面示出的相同。
實施例1100與前面所示的實施例之間的主要差別如下透鏡1100的TEM波導配備有第一和第二電極，但是并不在那些將面對下面的行中的波導的側上，而這在以上實施例中是可采用的。相反，透鏡1100的波導在那些面對同一行中的相鄰波導的側上具有第一和第二電極。
利用透鏡1100中的兩個相鄰波導1102和1104對此進行了例示。因此，波導1102在所述側的每一個上都具有第一電極1101和第二電極1103，并與在該側上與其緊鄰的波導1106共享第二電極1103。
從圖11a中可以看出，波導被設置成，使得一行中的波導的電極不會有與相鄰行中的波導的電極相接觸的風險。這可以適當地如圖11a所示來實現將行11001-11007交替地相對于直接相鄰的行偏移距離Δ，從而一行中的波導的電極不會有與周圍行中的波導的電極相接觸的風險。
圖11a的實施例的一個優點在于，和前面示出的實施例相反，每個波導都可以被單獨尋址。因此，例如，可使用電極1101和1103來尋址波導1102等。在該實施例中，DC偏置網絡被適當地布置在鐵電體的主表面的平面內。
自然地，其中每個波導都可以被單獨尋址的實施例在用于在鐵電體內成形梯度時將得到更高的靈活性。
圖11b示出了圖11a所示透鏡的另選實施例1105。圖11b的波導類似于圖11a所示的波導，主要差別在于它們沒有以相等數量的波導排列成行，因此使得鐵電體的主表面呈略微橢圓形。
圖11中所示的實施例是其中每個波導都可以被單獨尋址，但是僅可以在一個方向上創建梯度的實施例。圖12示出了其中對此進行了改進的實施例透鏡1200(以和圖11相同的視角示出)中有多個波導，在本例中為64個波導，它們排列為規則的行列從而形成8×8矩陣。在本例中，所有波導中的多個具有第一、第二、第三和第四電極。
在所示示例中，波導為矩形盒狀，基本結構類似于圖4所示。透鏡1200中使用的波導的電極被布置為，使得“盒”或“板條”的那些對形成透鏡1200的任意主表面都無貢獻的側中的每一個上都有一個電極。因此，每個波導(與位于外部行中的那些波導分離開)都將與圍繞在其各側的其他波導中的一個共有一個電極。
例如，考慮波導120011該波導有四個電極，所述側的每一個上都有一個。如果使用與前面相同的坐標系，則波導120011與“y”方向上的相鄰波導，即，波導120012，在一側上共有一個電極。
另外，波導120011還與“x”方向的相鄰波導120021共有一個電極。由于波導120011布置在矩陣的左上角，因此兩個方向上沒有相鄰波導，其中的兩個電極將不會與其他任一波導共用，但是原理我們已經認識到了。
利用圖12所示的實施例，每個波導都因而可以被單獨尋址，并受到控制從而在兩個方向上具有各自的DC電壓，這樣就得到可以在兩個方向上引導波束的天線或透鏡。
如結合圖3和5中所示實施例所述，本發明最大的優點在于入射波的E場將基本上平行于偏置網絡的E場。利用圖12的實施例，甚至可以獲得與入射電磁波的E場有關的更高靈活性，因為能夠以更高的自由度來控制偏置網絡的E場，因此入射波的E場能夠具有基本上任意的極化。
另外，應該指出的是，對于圖12中所示實施例，可以在透鏡內創建“邏輯梯度”，即透鏡內具有不同介電常數ε的區域。
最后，圖13a示出了與圖12相同的基本概念，還示出了可以如何設計電極到目前為止，電極都被示為基本平坦的。這是一個實施例，但如圖13a所示，它們的剖面形狀也可以為圓形。
圖13b示出了圖13a的各個波導中的一個。
本發明并不限于以上示出的實施例的示例，而是可以在所附權利要求的范圍內自由改動。因此，如波導技術領域公知的，波導可以為任意剖面形狀。例如，可能的剖面形狀為圓、橢圓、六邊形等。
另外，本發明的波導可以用在其他應用領域。例如，這些波導可以用作混合集成電路中的移相器。
權利要求
1.一種透鏡(200，300，500)，該透鏡用于對入射在該透鏡上的電磁波(240)的離開方向(Ω)進行引導，所述透鏡包括至少具有第一主表面(207，507)的鐵電材料的主體(210，510)，以及與所述鐵電體的所述第一主表面相鄰的第一變換器(220，222)，所述電磁波通過所述變換器進入(240)和離開(250)所述透鏡，所述透鏡還包括用于在所述主體內在第一方向上創建第一DC場的裝置(370，380)，所述透鏡的特征在于鐵電材料的所述主體(210，510)包括鐵電材料的多個離散板條(21011-210NN，51011-510NN)，所述多個離散板條中的每個板條都還包括導電材料的第一電極(403，603)和第二電極；以及用于創建DC場的所述裝置可以利用所述多個板條中的所述第一和第二電極在所述第一方向上創建梯度DC場，因而所述主體內的介電常數也會在所述第一方向上呈現梯度，從而能夠對所述離開電磁波進行引導。
2.根據權利要求1所述的透鏡(200，300，500)，其中用于創建DC場的所述裝置可以在與所述主體的所述第一主表面(207，507)基本平行的第一方向上創建所述第一場。
3.根據權利要求1或2所述的透鏡(200，300，500)，該透鏡還包括第二變換器(222)，在該透鏡中，鐵電材料的所述主體具有第二主表面(208，508)，所述第一和第二變換器中的每一個都被布置為與所述主體的主表面之一相鄰，使得所述電磁波可以通過所述第一和第二變換器中的一個進入所述透鏡，而通過所述第一和第二變換器中的另一個離開。
4.根據權利要求2或3所述的透鏡(500)，其中所述第一多個的板條還至少包括導電材料的第三電極(607)和使用所述第三電極在與所述主體的所述第一和第二平面中至少其一平行但并不與所述第一DC場的方向一致的第二方向上創建第二梯度DC場的第二裝置(509)，因而可以使所述主體內的介電常數也在所述第二方向上呈現梯度，由此也能夠在所述第二方向上對所述離開電磁波進行引導。
5.根據權利要求2至4中任意一項所述的透鏡(200，300，500)，其中所述第一和第二變換器(220，222)適于使所述入射波通過鐵電材料的所述主體(210，510)方便地進行轉換。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的透鏡(200，300，500)，其中所述多個板條中的多個板條(210xx，510xx)是具有基本相同的寬度(w)、高度(h)和長度(l)的拉長的盒狀，并在所述主體內被布置為彼此平行的行和列，因此所述盒的長度限定了電磁波在所述鐵電體內行進的距離，而寬度和高度限定了所述主體的第一主表面(207，507)和第二主表面(208，508)的子區域。
7.根據權利要求1至6中任意一項所述的透鏡，其中所述第一和第二電極布置在板條的相對側上。
8.根據權利要求4至6中任意一項所述的透鏡，其中每個板條(51011-510NN)都由兩個彼此相鄰布置的較小板條(605，606)構成，所述第三電極(607)是布置在這兩個較小板條之間的具有高電阻率的層。
全文摘要
本發明涉及鐵電透鏡，更具體地公開了一種用于對入射電磁波的離開方向(Ω)進行引導的透鏡(300，500)。該透鏡包括具有第一主表面(207，507)的鐵電材料的主體(210，510)以及第一變換器(220，222)。電磁波通過變換器進入和離開該透鏡，該透鏡包括用于在所述主體內在第一方向上創建DC場的裝置(370，380)。鐵電材料的主體(210，510)包括鐵電材料的多個板條(210
文檔編號H01Q3/44GK101076921SQ200480044571
公開日2007年11月21日 申請日期2004年12月8日 優先權日2004年12月8日
發明者奧拉·塔格曼, 格沃爾吉安·斯巴達克, 阿納托利·德萊尼夫, 皮埃爾·菲霍爾, 弗拉迪米爾·切爾曼 申請人:Lm愛立信電話有限公司