DE102005062901A1

DE102005062901A1 - System und Verfahren zum Mikrowellenabbilden unter Verwendung eines verschachtelten Musters in einem programmierbaren Reflektorarray

Info

Publication number: DE102005062901A1
Application number: DE102005062901A
Authority: DE
Inventors: Izhak Palo Alto Baharav; Robert C. Palo Alto Taber; Gregory S. Mountain View Lee
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-12-30
Also published as: GB0523931D0; US7333055B2; US20060214833A1; DE102005062901B4; GB2424528A; JP2006270955A; GB2424528B; JP5086552B2

Abstract

Ein Antennenarray zur Verwendung in einem Mikrowellenabbildungssystem umfasst eine Mehrzahl von reflektierenden Antennenelementen, von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem ersten Muster programmiert zu werden, um einen ersten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein erstes Ziel zu richten, und von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem zweiten Muster programmiert zu werden, um einen zweiten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein zweites Ziel zu richten. Um ein Mikrowellenbild eines Objekts aufzunehmen, werden die Antennenelemente mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem verschachtelten Muster programmiert, das einen Abschnitt des ersten Musters und einen Abschnitt des zweiten Musters umfasst.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung ist bezüglich ihres Gegenstands mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040151) mit dem Titel „A Device for Reflecting Electromagnetic Radiation", mit der US-Patentanmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580) mit dem Titel „Broadband Binary Phased Antenna" und mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040142) mit dem Titel „System and Method for Security Inspection Using Microwave Imaging", die allesamt am 24. November 2004 eingereicht wurden, verwandt.
Ferner ist die vorliegende Anmeldung bezüglich ihres Gegenstands mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050095) mit dem Titel „System and Method for Efficient, High-Resolution Microwave Imaging Using Complementary Transmit and Receive Beam Patterns", mit der U.S.-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen 10050215) mit dem Titel „System and Method for Inspecting Transportable Items Using Microwave Imaging", mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050533) mit dem Titel „System and Method for Pattern Design in Microwave Programmable Arrays" und mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050535) mit dem Titel „System and Method for Minimizing Background Noise in a Microwave Image Using a Programmable Reflector Array", die alle zum selben Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurden, verwandt.
Beschreibung
Die Fortschritte der jüngsten Zeit auf dem Gebiet der Mikrowellenabbildung ermöglichten die kommerzielle Entwicklung von Mikrowellenabbildungssystemen, die in der Lage sind, zweidimensionale und sogar dreidimensionale Mikrowellenbilder von Objekten und anderen interessierenden Gegenständen (z.B. menschlichen Subjekten) zu erzeugen. Derzeit stehen mehrere Mikrowellenabbildungstechniken zur Verfügung. Beispielweise verwendet eine Technik ein Array von Mikrowellendetektoren (hiernach als „Antennenelemente" bezeichnet), um entweder passive Mikrowellenstrahlung, die durch die Person oder das andere Objekt emittiert wird, oder reflektierte Mikrowellenstrahlung, die ansprechend auf eine aktive Mikrowellenbeleuchtung des Ziels von der Person oder dem anderen Objekt reflektiert wird, zu erfassen. Ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild der Person oder des anderen Objekts wird konstruiert, indem das Array von Antennenelementen bezüglich der Position des Objekts gescannt bzw. abgetastet und/oder indem die Frequenz (oder Wellenlänge) der transmittierten bzw. gesendeten oder erfassten Mikrowellenstrahlung angepasst wird.

Mikrowellenabbildungssysteme umfassen üblicherweise Sende-, Empfangs- und/oder Reflexionsantennenarrays zum Senden, Empfangen und/oder Reflektieren einer Mikrowellenstrahlung an das/von dem/zu dem Objekt. Derartige Antennenarrays können unter Verwendung traditioneller analoger phasengesteuerter Arrays oder von Binärreflektorarrays konstruiert werden. In beiden Fällen richtet das Antennenarray üblicherweise einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung, der eine Anzahl von einzelnen Mikrowellenstrahlenzügen enthält, auf einen Punkt oder einen Bereich/ein Volumen in 3D-Raum, hiernach als Ziel bezeichnet. Das Ziel kann dem Objekt zugeordnet sein und einem Voxel oder einer Mehrzahl von Voxeln in einem Bild des Objekts entsprechen, oder das Ziel kann ein Mikrowellenempfänger zum Aufnehmen einer von dem Objekt abreflektierten Mikrowellenstrahlung sein. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass jedes der Antennenelemente in dem Array mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert wird, die ermöglicht, dass das Antennenelement die Phase eines Jeweiligen der Mikrowellenstrahlenzüge modifiziert. Die Phasenverschiebung jedes Antennenelements ist dahin gehend ausgewählt, zu bewirken, dass alle einzelnen Mikrowellenstrahlenzüge von jedem der Antennenelemente im Wesentlichen phasengleich an dem Ziel ankommen. Beispiele von programmierbaren Antennenarrays sind in der US-Patentanmeldung Seriennr ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040151) mit dem Titel „A Device for Reflecting Electromagnetic Radiation" und ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580) mit dem Titel „Broadband Binary Phased Antenna" beschrieben.

Folglich ist für jedes Ziel jedes Antennenelement mit einer bestimmten Phasenverschiebung programmiert, um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung zu erzeugen, der die höchste konstruktive Störung an dem Ziel erfährt. Die Kombination aller Phasenverschiebungen, die den Antennenelementen in dem Array für ein bestimmtes Ziel zugewiesen sind, wird als Muster bezeichnet. Die Größe des Musters ist dieselbe wie die des Arrays, und jedes Element in dem Muster stellt die Phasenverschiebung eines entsprechenden Antennenelements in dem Array dar. In dem Fall eines Binärarrays, bei dem jedes Antennenelement lediglich eine von zwei Phasenverschiebungen einführen kann, kann das Muster als Array von Einsen und Nullen dargestellt werden.

Bei der Verwendung von Reflektorantennenarrays, die sowohl dahin gehend entworfen sind, Mikrowellenstrahlung von einer Mikrowellenquelle auf ein dem Objekt zugeordnetes Ziel zu reflektieren, als auch dahin gehend, von dem Objektziel reflektierte Mikrowellenstrahlung zu einem Mikrowellenempfängerziel zu reflektieren, können die Muster für jede Reflexion (zu dem Objektziel und zu dem Empfängerziel) widersprüchliche Werte enthalten. Beispielsweise kann ein bestimmtes Antennenelement in dem Reflektorarray bei einem Sendeentwurf eine Phasenverschiebung von 0 Grad aufweisen, um die Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle zu dem Objektziel zu reflektieren, und kann bei einem Empfangsentwurf eine Phasenverschiebung von 180 Grad aufweisen, um die Mikrowellenstrahlung von dem Objektziel zu dem Mikrowellenempfängerziel zu reflektieren.

Um ein Mikrowellenbild des Zielobjekts zu machen bzw. aufzunehmen bzw. zu erfassen, ist eine im Wesentlichen gleichzeitige Reflexion zwischen der Mikrowellenquelle und dem Mikrowellenempfänger erforderlich. Um also ein einziges Reflektorantennenarray sowohl zum Senden als auch zum Empfangen der Mikrowellenstrahlung zu verwenden, kann jedes Antennenelement mit lediglich einem Phasenverschiebungswert programmiert sein. Wenn die zwei Phasenverschiebungswerte für ein bestimmtes Antennenelement in dem Sende- und dem Empfangsmuster einander widersprechen, kann während der Bildaufnahme lediglich einer der Phasenverschiebungswerte für dieses jeweilige Antennenelement verwendet werden. Es besteht ein Erfordernis eines Verfahrens zum Bestimmen des Phasenverschiebungswerts für jedes Antennenelement, wenn zwei Muster (Senden und Empfangen) in das Array integriert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Reflektorarray, ein Mikrowellenabbildungssystem und ein Verfahren zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Reflektorarray gemäß Anspruch 1, durch ein Mikrowellenabbildungssystem gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 17 gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein Antennenarray zur Verwendung in einem Mikrowellenabbildungssystem, das eine Mehrzahl von reflektierenden Antennenelementen umfasst, von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem ersten Muster programmiert zu werden, um einen ersten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein erstes Ziel zu richten, und von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem zweiten Muster programmiert zu werden, um einen zweiten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein zweites Ziel zu richten. Um ein Mikrowellenbild eines Objekts aufzunehmen, werden die Antennenelemente mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem verschachtelten Muster programmiert, das einen Abschnitt des ersten Musters und einen Abschnitt des zweiten Musters umfasst.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist das verschachtelte Muster ein direktes verschachteltes Muster des ersten Musters und des zweiten Musters. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst das verschachtelte Muster Abschnitte des ersten und des zweiten Musters, die den Quantisierungsfehler des Arrays minimieren. Sowohl bei dem ersten Muster als auch bei dem zweiten Muster werden die Phasenverschiebungen jedes der Mehrzahl von Antennenelementen auf der Basis einer idealen Phase ausgewählt. Um den Quantisierungsfehler zu minimieren, erzeugen die Abschnitte des ersten und des zweiten Musters, die in dem verschachtelten Muster enthalten sind, für jedes der Antennenelemente den geringsten Phasenversatz von der Idealphase.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte des ersten und des zweiten Musters, die in dem verschachtelten Muster enthalten sind, dahin gehend ausgewählt, die Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen in dem Array zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern zu minimieren und somit den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Abschnitte des ersten und des zweiten Musters, die in dem verschachtelten Muster enthalten sind, dahin gehend ausgewählt, eine Metrik, die der digitalen Komprimierung der Verschachteltes-Muster-Beschreibung in Bits zugeordnet ist, zu optimieren, was einen kleineren Speicherraum und ein schnelleres Handhaben der Musterdaten ermöglicht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind sowohl das erste als auch das zweite Ziel dem Objekt, das gerade abgebildet wird, zugeordnet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das erste Ziel ein Ziel, das dem gerade abgebildeten Objekt zugeordnet ist, und das zweite Ziel ist ein Mikrowellenempfänger. Um ein Mikrowellenbild des Ziels aufzunehmen, ist das erste Muster ein Sendemuster zum Richten eines Sendestrahls einer Mikrowellenstrahlung auf das Ziel, und das zweite Muster ist ein Empfangsmuster zum Reflektieren eines Empfangsstrahls einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel reflektiert wird, zu dem Mikrowellenempfänger. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel umfasst das verschachtelte Muster Abschnitte des Sende- und des Empfangsmusters, die die destruktive Störung bzw. Interferenz an dem Mikrowellenempfänger ohne eine entsprechende Abnahme der konstruktiven Störung an dem Ziel erhöhen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen, die wichtige exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen und durch Bezugnahme in die vorliegende Spezifikation integriert sind, beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines vereinfachten exemplarischen Mikrowellenabbildungssystems, das ein programmierbares Antennenarray gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 eine Querschnittsansicht eines passiven Antennenelements zur Verwendung bei einem Reflektorarray, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3 ein schematisches Diagramm einer Draufsicht auf ein exemplarisches Reflektorarray, das reflektierende Antennenelemente zum Reflektieren von Mikrowellenstrahlung umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
4A und 4B exemplarische Abschnitte von Sende- und Empfangs- phasenverschiebungsmustern zum Programmieren eines Reflektorarrays;
5 ein exemplarisches verschachteltes Muster, das das Sende- und das Empfangsphasenverschiebungsmuster zum Programmieren eines Reflektorarrays direkt verschachtelt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
6 ein schematisches Diagramm, das die Reflexion von Mikrowellenstrahlung zwischen einer Mikrowellenquelle und einem Mikrowellenempfänger unter Verwendung eines programmierbaren Antennenarrays gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7A bis 7C exemplarische verschachtelte Muster, die Ab schnitte von Sende- und Empfangsphasenverschiebungsmustern zum Programmieren eines Reflektorarrays umfassen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
8A und 8B Zeiger- bzw. Phasordarstellungen von Mikrowellenstrahlenzügen und phasenverschobenen Mikrowellenstrahlenzügen;
9 ein weiteres exemplarisches verschachteltes Muster, das Abschnitte von Sende- und Empfangsphasenverschiebungsmustern zum Programmieren ei nes Reflektorarrays umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
10 ein schematisches Diagramm, das eine Leckmikrowellenstrahlung zwischen einer Mikrowellenquelle und einem Mikrowellenempfänger veranschaulicht;
11A und 11B exemplarische komprimierbare Abschnitte von Phasenverschiebungsmustern; und
12 ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Prozess zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels unter Verwendung eines verschachtelten Sende-/Empfangsphasenverschiebungsmusters veranschaulicht, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Gemäß ihrer Verwendung in dem vorliegenden Dokument beziehen sich die Begriffe Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung jeweils auf das Band elektromagnetischer Strahlung, das Wellenlängen zwischen 0,3 mm und 30 cm aufweist, die Frequenzen von etwa 1 GHz bis etwa 1000 GHz entsprechen. Somit umfassen die Begriffe Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung jeweils traditionelle Mikrowellenstrahlung sowie das, was man üblicherweise als Millimeterwellenstrahlung bezeichnet. Außerdem bezieht sich der Begriff Ziel gemäß der Verwendung in dem vorliegenden Dokument auf einen Punkt oder einen Bereich/ein Volumen im 3D-Raum. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Ziel dem Objekt zugeordnet und entspricht einem Voxel oder einer Mehrzahl von Voxeln in einem Bild eines Objekts. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Ziel ein Mikrowellenempfänger zum Aufnehmen von Mikrowellenstrahlung, die von dem gerade abgebildeten Objekt reflektiert wird.
1 ist ein schematisches Diagramm eines vereinfachten exemplarischen Mikrowellenabbildungssystems 10, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Mikrowellenabbildungssystem 10 umfasst ein oder mehr Arrays 50 (von denen der Zweckmäßigkeit halber lediglich eines gezeigt ist), von denen jedes in der Lage ist, Mikrowellenstrahlung über Antennenelemente 80 zu senden, zu empfangen und/oder zu reflektieren, um ein Mikrowellenbild eines Objekts 150 (z. B. eines Koffers, eines menschlichen Subjekts oder eines anderen interessierenden Gegentandes) aufzunehmen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Array 50 ein passives programmierbares Reflektorarray, das aus reflektierenden Antennenelementen 80 zusammengesetzt ist. Jedes der reflektierenden Antennenelemente ist in der Lage, mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert zu werden, um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein Ziel 155 (z. B. einen Punkt oder einen Bereich/ein Volumen im 3D-Raum, der bzw. das einem Voxel oder einer Mehrzahl von Voxeln in einem Bild des Objekts 150 entspricht) an dem gerade abgebildeten Objekt 150 zu richten. Die Phasenverschiebung kann entweder binär oder kontinuierlich sein. Beispielsweise wird eine Mikrowellenstrahlung 30, die durch das Array 50 von einer Mikrowellenquelle 60 empfangen wird, als Sendemikrowellenstrahlung 70 zu dem Ziel 155 an dem Objekt 150 reflektiert, und reflektierte Mikrowellenstrahlung 90, die von dem Ziel 155 reflektiert und durch das Array 50 empfangen wird, wird als Empfangsmikrowellenstrahlung 20 zu einem anderen Ziel 40 (z. B. einem Mikrowellenempfänger 40) reflektiert, indem jedes der einzelnen reflektierenden Antennenelemente 80 mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert wird.
Das Mikrowellenabbildungssystem 10 umfasst ferner einen Prozessor 100, ein computerlesbares Medium 110 und eine Anzeige 120. Der Prozessor 100 umfasst eine beliebige Hardware, Software, Firmware oder Kombination derselben zum Steuern des Arrays 50 und zum Verarbeiten der von dem Ziel 155 reflektierten empfangenen Mikrowellenstrahlung 20, um ein Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder Objekts 150 herzustellen. Beispielsweise kann der Prozessor 100 eine(n) oder mehr Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen, programmierbare Logikvorrichtungen, Digitalsignalprozessoren oder andere Arten von Verarbeitungsvorrichtungen umfassen, die dazu konfiguriert sind, Anweisungen eines Computerprogramms auszuführen, sowie einen oder mehr Speicher (z. B. Cache-Speicher), die die Anweisungen und andere Daten, die durch den Prozessor 100 verwendet werden, speichern. Jedoch sollte man verstehen, dass auch andere Ausführungsbeispiele des Prozessors 100 verwendet werden können. Der Speicher 110 ist eine beliebige Art einer Datenspeichervorrichtung, einschließlich, aber nicht ausschließlich, eines Festplattenlaufwerks, eines Direktzugriffsspeichers (RAM), eines Nur-Lese-Speichers (ROM), einer Compact-Disk, einer Floppy-Disk, eines ZIP^®-Laufwerks, eines Bandlaufwerks, einer Datenbank oder einer anderen Art von Speichervorrichtung oder Speichermedium.
Der Prozessor 100 arbeitet dahin gehend, das Array 50 unter Verwendung eines oder mehrerer Muster 115, das bzw. die in dem computerlesbaren Medium 110 gespeichert ist bzw. sind, zu programmieren. Jedes Muster 115 enthält die Phasenverschiebungen jedes der einzelnen Antennenelemente 80 in dem Array 50, um eine Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle 60 auf ein bestimmtes Ziel 155 an dem Objekt 150 zu reflektieren und eine reflektierte Mikrowellenstrahlung von dem Ziel 155 auf den Mikrowellenempfänger 40 zu reflektieren. Somit arbeitet der Prozessor 100 in Verbindung mit den Mustern 115 und dem Array 50 dahin gehend, das Objekt 150 abzutasten.
Der Prozessor 100 ist ferner dazu in der Lage, ein Mikrowellenbild des Objekts 150 unter Verwendung der Intensität der reflektierten Mikrowellenstrahlung 20 herzustellen, die durch den Mikrowellenempfänger 40 von jedem Ziel 155 an dem Objekt 150 aufgenommen wird. Beispielsweise ist der Mikrowellenempfänger 40 bei einem Ausführungsbeispiel in der Lage, die reflektierte Mikrowellenstrahlung 20, die von jedem Antennenelement 80 in dem Array 50 reflektiert wird, zu kombinieren, um einen Wert der effektiven Intensität der reflektierten Mikrowellenstrahlung an dem Ziel 155 zu erzeugen. Der Intensitätswert wird an den Prozessor 100 geleitet, der den Intensitätswert als Wert eines Pixels oder Voxels verwendet, das dem Ziel 155 an dem Objekt 150 entspricht. Im Betrieb kann das Mikrowellenabbildungssystem 10 bei Frequenzen arbeiten, die ermöglichen, dass Millionen von Zielen 155 pro Sekunde abgetastet werden.
Das resultierende Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder Objekts 150 kann von dem Prozessor 100 an die Anzeige 120 geleitet werden, um das Mikrowellenbild anzuzeigen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anzeige 120 eine zweidimensionale Anzeige zum Anzeigen eines dreidimensionalen Mikrowellenbildes des Objekts 150 oder eines oder mehrerer eindimensionaler oder zweidimensionaler Mikrowellenbilder des Ziels 155 und/oder Objekts 150. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Anzeige 120 eine dreidimensionale Anzeige, die in der Lage ist, ein dreidimensionales Mikrowellenbild des Objekts 150 anzuzeigen.
2 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines reflektierenden Antennenelements 200 (das dem Antennenelement 80 in 1 entspricht), das dahin gehend arbeitet, elektromagnetische Strahlung je nach dem Impedanzzustand des Antennenelements 200 mit variierender Phase zu reflektieren. Das reflektierende Antennenelement 200 umfasst eine Antenne (Patch-Antenne 220a) und eine nicht ideale Schaltvorrichtung (oberflächenmontierter Feldeffekttransistor „FET" 222).
Das reflektierende Antennenelement 200 ist auf und in einem Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrat 214 gebildet und umfasst den oberflächenmontierten FET 222, eine Patch-Antenne 220a, eine Drain-Durchkontaktierung 232, eine Masseebene 236 und eine Source-Durchkontaktierung 238. Der oberflächenmontierte FET 222 ist an der der planaren Patch- Antenne 220a gegenüberliegenden Seite des Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrats 214 angebracht, und die Masseebene 236 ist zwischen der planaren Patch-Antenne 220a und dem oberflächenmontierten FET 222 positioniert. Die Drain-Durchkontaktierung 232 verbindet das Drain 228 des oberflächenmontierten FET 222 mit der planaren Patch-Antenne 220a, und die Source-Durchkontaktierung 238 verbindet die Quelle 226 des oberflächenmontierten FET 222 mit der Masseebene 236.
Bei einem funktionierendem Produkt ist das Reflektorantennenarray mit einer Steuerungsplatine 240 verbunden, die eine Treiberelektronik umfasst. Eine beispielhafte Steuerungsplatine 240 ist ebenfalls in 2 gezeigt und umfasst eine Masseebene 244, eine Treibersignal-Durchkontaktierung 246 und eine Treiberelektronik 242. Die Steuerungsplatine 240 umfasst ferner Verbinder 248, die mit Verbindern 250 des Reflektorantennenarrays kompatibel sind. Die Verbinder 248 und 250 der zwei Platinen können beispielsweise unter Verwendung von Schwalllöten miteinander verbunden sein. Man sollte verstehen, dass der FET 222 bei anderen Ausführungsbeispielen an derselben Seite des Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrats 214 oberflächenmontiert sein kann wie die planare Patch-Antenne 220a. Außerdem kann die Treiberelektronik 242 direkt an dieselbe gedruckte Schaltungsplatine gelötet sein, in der das reflektierende Antennenelement 200 gebaut ist.
Das Patch-Antennenelement 220a fungiert dahin gehend, mit mehr oder weniger Phasenverschiebung zu reflektieren, je nach dem Impedanzpegel des reflektierenden Antennenelements 200. Das reflektierende Antennenelement 200 weist eine Impedanzkurve auf, die eine Funktion der Antennenentwurfsparameter ist. Entwurfsparameter von Antennen umfassen physische Attribute wie z.B. das dielektrische Konstruktionsmaterial, die Dicke des dielektrischen Materials, die Gestalt der Antenne, die Länge und Breite der Antenne, die Speiseposition und die Dicke der Antennenmetallschicht, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Der FET 230 (die nicht ideale Schaltvorrichtung) verändert den Impedanzzustand des reflektierenden Antennenelements 200, indem sie dessen ohmschen Zustand verändert. Ein niedriger ohmscher Zustand (z.B. ein geschlossener Stromkreis oder ein „Kurzschluss") drückt sich in einer niedrigen Impedanz aus. Umgekehrt drückt sich ein hoher ohmscher Zustand (z.B. ein Leerlauf) in einer hohen Impedanz aus. Eine Schaltvorrichtung mit idealen Leistungsfähigkeitscharakteristika (die hierin als „ideale" Schaltvorrichtung bezeichnet wird) erzeugt effektiv eine Nullimpedanz (Z = 0), wenn ihr Widerstand seinen niedrigsten Zustand aufweist, und effektiv eine unendliche Impedanz (Z = ∞), wenn ihr Widerstand seinen höchsten Zustand aufweist. Wie hierin beschrieben ist, ist eine Schaltvorrichtung „eingeschaltet" bzw. „ein", wenn ihre Impedanz ihren niedrigsten Zustand aufweist (z.B. Z_ein = 0) und „ausgeschaltet" bzw. „aus", wenn ihre Impedanz ihren höchsten Zustand aufweist (z.B. Z_aus = ∞). Da der Ein- und der Aus-Impedanzzustand einer idealen Schaltvorrichtung effektiv Z_ein = 0 und Z_aus = ∞ sind, ist eine ideale Schaltvorrichtung in der Lage, die maximale Phasenverschiebung ohne Absorption elektromagnetischer Strahlung zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand zu liefern. Das heißt, dass die ideale Schaltvorrichtung in der Lage ist, ein Umschalten zwischen Phasenzuständen von 0 und 180 Grad zu liefern. In dem Fall einer idealen Schaltvorrichtung kann eine maximale Phasenamplituden-Leistungsfähigkeit mit einer Antenne erzielt werden, die eine beliebige finite nicht Null betragende Impedanz aufweist.
Im Gegensatz zu einer idealen Schaltvorrichtung ist eine „nicht ideale" Schaltvorrichtung eine Schaltvorrichtung, die keine Ein- und Aus-Impedanzzustände Z_ein = 0 bzw. Z_aus = ∞ aufweist. Vielmehr liegen die Ein- und Aus-Impedanzzustände einer nicht idealen Schaltvorrichtung typischerweise beispielsweise irgendwo zwischen 0 < |Z_ein| < |Z_aus| < ∞. Bei manchen Anwendungen können die Ein- und Aus-Impedanzzustände sogar |Z_aus| <= |Z_ein| sein. Eine nicht ideale Schaltvorrichtung kann in bestimmten Frequenzbereichen (z.B. < 10 GHz) ideale Impedanzkurven aufweisen und in anderen Frequenzbereichen (z.B. > 20 GHz) äußerst unideale Impedanzkurven aufweisen.
Da der Ein- und der Aus-Impedanzzustand einer nicht idealen Schaltvorrichtung irgendwo zwischen Z_ein = 0 und Z_aus = ∞ liegt, liefert die nicht ideale Schaltvorrichtung nicht notwendigerweise die maximale Phasenzustandsleistungsfähigkeit ungeachtet der Impedanz der entsprechenden Antenne, wobei die maximale Phasenzustandsleistungsfähigkeit ein Umschalten zwischen Phasenzuständen von 0 und 180 Grad beinhaltet. Gemäß der Erfindung ist das reflektierende Antennenelement 200 der 2 spezifisch dazu entworfen, eine optimale Phasenleistungsfähigkeit zu liefern, wobei die optimale Phasenzustandsleistungsfähigkeit eines reflektierenden Antennenelements der Punkt ist, an dem das reflektierende Element am nächsten daran ist, zwischen Phasenamplitudenzuständen von 0 und 180 Grad umzuschalten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Antennenelement 200, um eine optimale Phasenzustandsleistungsfähigkeit zu erzielen, als Funktion der Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung (FET 230) konfiguriert. Beispielsweise ist das Antennenelement 200 derart entworfen, dass die Impedanz des Antennenelements 200 eine Funktion von Impedanzkurven des FET 230 ist.
Ferner ist das Antennenelement 200 als Funktion der Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung (FET 230) in dem eingeschalteten Zustand Z_ein, und die Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung 230 in dem ausgeschalteten Zustand Z_aus konfiguriert. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel ist die Phasenzustandsleistungsfähigkeit des reflektierenden Antennenelements 200 optimiert, wenn das Antennenelement 200 derart konfiguriert sind, dass die Impedanz des Antennenelements 200 der Quadratwurzel der Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung 230 zugeordnet ist, wenn sie sich in dem eingeschalteten und ausgeschalteten Impedanzzustand, Z_ein und Z_aus, befinden. Im Einzelnen ist die Impedanz des Antennenelements 200 die konjugiert Komplexe des geometrischen Mittelwerts des eingeschalteten und des ausgeschalteten Impedanzzustands, Z_ein und Z_aus der entsprechenden nicht idealen Schaltvorrichtung 230. Diese Beziehung wird wie folgt dargestellt:
wobei 0* eine konjugiert Komplexe bezeichnet. Die oben beschriebene Beziehung wird unter Verwendung der hinreichend bekannten Formel für den komplexen Reflexionskoeffizienten zwischen einer Quellenimpedanz und einer Lastimpedanz abgeleitet. Wenn man als Quelle das Antennenelement 200 und als Last die nicht ideale Schaltvorrichtung 230 wählt, wird der Ein-Zustand-Reflexionskoeffizient gleich dem Gegenteil des Aus-Zustand-Reflexionskoeffizienten gesetzt, um zu der Gleichung (1) zu gelangen.
Das Antennenelement 200 so zu entwerfen, dass es eine optimale Phasen-Amplituden-Leistungsfähigkeit aufweist, beinhaltet, die Ein- und Aus-Impedanzen, Z_ein und Z_aus, der jeweiligen nicht idealen Schaltvorrichtung, die bei dem reflektierenden Antennenelement 200 (in diesem Fall dem FET 230) verwendet wird, zu ermitteln. Entwurfsparameter des Antennenelements 200 werden anschließend manipuliert, um ein Antennenelement 200 mit einer Impedanz zu erzeugen, die die in der obigen Gleichung (1) ausgedrückte Beziehung erfüllt. Ein Antennenelement 200, das die Gleichung (1) erfüllt, kann entworfen werden, so lange bestimmt wird, dass Z_ein und Z_aus gesonderte Werte sind.
Eine andere Art Schaltvorrichtung als der in 2 gezeigte oberflächenmontierte FET 230, die über das interessierende Frequenzband hinweg nicht ideale Impedanzkurven aufweist, ist eine Oberflächenmontagediode. Obwohl oberflächenmontierte Dioden im Vergleich zu oberflächenmontierten FETs über das interessierende Frequenzband hinweg verbesserte Impedanzkurven aufweisen, sind oberflächenmontierte FETs jedoch relativ kostengünstig und können zur Verwendung bei Reflektorantennenarray-Anwendungen einzeln gepackt werden.
Bei einem Reflektorantennenarray, das als nicht ideale Schaltvorrichtungen FETs verwendet, hängt die Strahlabtastgeschwindigkeit, die erzielt werden kann, von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich des Signal/Rausch-Verhältnisses, Übersprechens sowie der Schaltzeit. Im Fall eines FET hängt die Schaltzeit von der Gatekapazität, der Drain-Source-Kapazität und dem Kanalwiderstand (d.h. dem Drain-Source-Widerstand) ab. Der Kanalwiderstand ist in der Tat vom Raum sowie von der Zeit abhängig. Um die Schaltzeit zwischen Impedanzzuständen zu minimieren, ist das Drain des FET vorzugsweise zu jeder Zeit Gleichstrom-kurzgeschlossen. Das Drain ist vorzugsweise zu jeder Zeit Gleichstromkurzgeschlossen, da ein Schwebenlassen bzw. Floaten des Drain auf Grund der riesigen Parallelplattenfläche der Patch-Antenne einen hohen Aus-Zustand-Kanalwiderstand sowie eine hohe Drain-Source-Kapazität darstellt. Dies impliziert, dass die Antenne vorzugsweise Gleichstromkurzgeschlossen ist, man möchte jedoch, dass der einzige „Hochfrequenzkurzschluss", den die Antenne erfährt, an der Source erfolgt. Somit muss der zusätzliche Antenne/Drain-Kurzschluss optimal positioniert sein, um die Antenne minimal zu stören.
Man sollte verstehen, dass bei dem reflektierenden Antennenelement 200 statt der Patch-Antenne 220a auch andere Arten von Antennen verwendet werden können. Beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, umfassen andere Antennentypen Antennen vom Dipol-, Monopol-, Rahmen- und Dielektrischer-Resonator-Typ. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das reflektierende Antennenelement 200 ein kontinuierlichpha senverschobenes Antennenelement 200 sein, indem die FETs 230 durch variable Kondensatoren (z.B. Bariumstrontiumtitanat-Kondensatoren (BST-Kondensatoren)) ersetzt werden. Bei den mit variablen Kondensatoren beladenen Patches kann für jedes Antennenelement 200 statt des Binärphasenverschiebens, das durch die mit FETs beladenen Patches erzeugt wird, ein Kontinuierlich-Phasenverschieben erzielt werden. kontinuierlich-phasengesteuerte Arrays können dazu angepasst werden, jegliche gewünschte Phasenverschiebung zu liefern, um einen Mikrowellenstrahl in einem Strahlabtastmuster in jede beliebige Richtung zu lenken.
3 ist ein schematisches Diagramm einer Draufsicht auf ein exemplarisches Array 50 zum Reflektieren von Mikrowellenstrahlung, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Bei 3 wird ein Quellenstrahl 300 einer Mikrowellenstrahlung, der von einer Mikrowellenquelle 60 gesendet wird, durch verschiedene Antennenelemente 80 in dem Array 50 empfangen. Die Mikrowellenquelle 60 kann eine beliebige Quelle sein, die ausreichend zum Beleuchten des Arrays 50 ist, einschließlich, aber ohne Einschränkung, einer Punktquelle, einer Hornantenne oder einer anderen Art von Antenne. Die Antennenelemente 80 in dem Array 50 sind jeweils mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert, um einen Sendestrahl 310 einer reflektierten Mikrowellenstrahlung auf ein Ziel 155 zu richten. Die Phasenverschiebungen sind dahin gehend ausgewählt, eine positive (konstruktive) Störung zwischen allen Mikrowellenstrahlenzügen in dem Strahl reflektierter Mikrowellenstrahlung 310 an dem Ziel 155 zu erzeugen. Im Idealfall ist die Phasenverschiebung jedes der Antennenelemente 80 eingestellt, um für jeden Mikrowellenstrahlenzug der reflektierten Mikrowellenstrahlung 310 dieselbe Phasenverzögerung von der Quelle (Antennenelemente 80) zum Ziel 155 zu liefern.
Auf ähnliche Weise kann, wie in 3 gezeigt ist, ein Reflexionsstrahl 320 einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel 155 reflektiert und an dem Array 50 empfangen wird, als Empfangsstrahl 330 reflektierter Mikrowellenstrahlung zu einem Mikrowellenempfänger 40 reflektiert werden. Wiederum sind die Phasenverschiebungen dahin gehend ausgewählt, eine positive (konstruktive) Störung zwischen allen Mikrowellenstrahlenzügen in dem Strahl reflektierter Mikrowellenstrahlung 330 an dem Mikrowellenempfänger 40 zu erzeugen. Obwohl der Mikrowellenempfänger 40 an einer anderen räumlichen Position gezeigt ist als die Mikrowellenquelle 60, sollte man verstehen, dass die Mikrowellenquelle 60 bei anderen Ausführungsbeispielen als separate Antenne oder als Teil des Mikrowellenempfängers 40 (z. B. ein konfokales Abbildungssystem) in derselben räumlichen Position angeordnet sein kann wie der Mikrowellenempfänger 40.
4A und 4B veranschaulichen exemplarische Phasenverschiebungsmuster zum Programmieren der reflektierenden Antennenelemente in dem Array. 4A veranschaulicht ein Sendemuster 115a von Phasenverschiebungen zum Reflektieren der Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle zu dem Ziel, und 4B veranschaulicht ein Empfangsmuster 115b von Phasenverschiebungen zum Reflektieren der Mikrowellenstrahlung von dem Ziel zu dem Mikrowellenempfänger. Die Größe jedes Musters 115a und 115b ist dieselbe wie die des Arrays, und jedes Element (Kästchen) in jedem Muster umfasst die Phasenverschiebung 400 eines entsprechenden Antennenelements in dem Array. Der Einfachheit halber sind die Muster in den 4A und 4B Binärmuster aus Einsen und Nullen. Jedoch sollte man verstehen, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf andere Arten von quantisierten Arrays und kontinuierlich variablen Arrays anwendbar sind.
Jedes Kästchen in dem Muster 115a weist ein entsprechendes Kästchen in dem Muster 115b auf, die beide demselben Antennenelement in dem Array zugeordnet sind. Beispielsweise entspricht das Kästchen der linken oberen Ecke in 4A demselben Antennenelement wie das Kästchen in der linken oberen Ecke in 4B. Wie in den 4A und 4B zu sehen ist, unterscheidet sich die Phasenverschiebung 400 bei dem Kästchen der oberen linken Ecke in 4A von der Phasenverschiebung 400 des Kästchens in der oberen linken Ecke in 4B. Somit unterscheidet sich die Phasenverschiebung für das Antennenelement, das dem Kästchen in der oberen linken Ecke in dem Sendemuster 115a entspricht, von der Phasenverschiebung für dasselbe Antennenelement in dem Empfangsmuster 115b. Ähnliche Phasenverschiebungskonflikte finden sich überall in den Mustern 115a und 115b in den 4A und 4B.
Um jedoch ein einziges Reflektorantennenarray sowohl zum Reflektieren der Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle zu dem Ziel als auch zum Reflektieren der Mikrowellenstrahlung von dem Ziel zu dem Mikrowellenempfänger zu verwenden, um ein Mikrowellenbild des Ziels aufzunehmen, kann jedes Antennenelement während des gesamten Bildaufnahmeprozesses mit lediglich einem Phasenverschiebungswert programmiert sein. Wenn die zwei Phasenverschiebungswerte für ein bestimmtes Antennenelement (z. B. das dem Kästchen in der linken oberen Ecke entsprechende Antennenelement) in dem Sende- und dem Empfangsmuster 115a und 115b einander widersprechen, kann während der Bildaufnahme lediglich einer der Phasenverschiebungswerte entweder von dem Sendemuster 115a oder dem Empfangsmuster 115b für dieses bestimmte Antennenelement verwendet werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können, um Phasenverschiebungskonflikte zwischen Sende- und Empfangsmustern zu vermeiden, Abschnitte des Sendemusters mit Abschnitten des Empfangsmusters verschachtelt sein, so dass jedes Antennenelement in dem Array dahin gehend programmiert ist, entweder Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle zu dem Ziel zu reflektieren oder Mikrowellenstrahlung von dem Ziel zu dem Mikrowellenempfänger zu reflektieren. Obwohl im Vergleich zu den ursprünglichen Sende- und Empfangsmusterentwürfen eine Verringerung der Auflösung in dem Verschachteltes-Muster-Entwurf um einen kleinen Faktor vorliegt, ist das adressierbare Sichtfeld (AFOV – addressable field-of-view) an dem Objekt zwischen dem Sende- und dem Empfangsmuster und dem verschachtelten Muster unverändert, da die Gesamtmusterarraydeckung dieselbe ist.
Man sollte verstehen, dass das verschachtelte Muster bei anderen Ausführungsbeispielen aus zwei oder mehr Sendemustern und/oder zwei oder mehr Empfangsmustern gebildet sein kann. Wenn beispielsweise mehrere Mikrowellenquellen verwendet werden, um das Reflektorarray zu beleuchten, und jede Mikrowellenquelle ein anderes Muster an dem Array benötigt, kann das Reflektorarray mit einem verschachtelten Muster mehrerer Sendemuster programmiert sein. Desgleichen kann, wenn das Reflektorarray eine Mikrowellenstrahlung zu mehreren Mikrowellenempfängern reflektiert und jeder Mikrowellenempfänger ein anderes Muster an dem Array benötigt, das Reflektorarray mit einem verschachtelten Muster mehrerer Empfangsmuster programmiert sein.
5 veranschaulicht ein Beispiel eines verschachtelten Musters 115c, das Abschnitte des Sendemusters 115a und des Empfangsmusters 115b umfasst. Bei 5 ist das Sendemuster 115a als mit diagonalen Streifen versehene Kästchen dargestellt, während das Empfangsmuster 115b als mit Punkten versehene Kästchen dargestellt ist. Jedes Kästchen in dem Muster 115c weist ein entsprechendes Kästchen in den Mustern 115a und 115b auf, in den 4A und 4B gezeigt, die alle demselben Antennenelement in dem Array zugeordnet sind. Beispielsweise entspricht das Kästchen in der oberen linken Ecke in 4A demselben Antennenelement wie das Kästchen in der oberen linken Ecke in 4B und demselben Antennenelement wie das Kästchen der oberen linken Ecke in 5.
Das in 5 gezeigte verschachtelte Muster 115c wechselt zwischen Phasenverschiebungswerten von dem Sendemuster 115a und Phasenverschiebungswerten von dem Empfangsmuster 115b ab, so dass ein Phasenverschiebungswert von einem Muster (z. B. Sendemuster 115a) zu Phasenverschiebungswerten von dem anderen Muster (z. B. Empfangsmuster 115b) orthogonal benachbart (d. h. horizontal benachbart und vertikal benachbart) und zu Phasenverschiebungswerten von demselben Muster (z. B. Sendemuster 115a) diagonal benachbart ist. Somit ist das in 5 gezeigte verschachtelte Muster 115c ein direktes verschachteltes Muster des Sendemusters 115a und des Empfangsmusters 115b. Folglich ist jedes andere Antennenelement in dem Array dahin gehend programmiert, eine Mikrowellenstrahlung zu dem Ziel zu reflektieren (Sendemuster), und die verbleibenden Antennenelemente in dem Array sind dahin gehend programmiert, eine Mikrowellenstrahlung zu dem Mikrowellenempfänger zu reflektieren (Empfangsmuster).
Da beispielsweise das Kästchen der linken oberen Ecke in 5 ein mit diagonalen Streifen versehenes Kästchen ist, ist der Phasenverschiebungswert in dem Kästchen der linken oberen Ecke in 5 der Phasenverschiebungswert in dem Kästchen der oberen linken Ecke in 4A (Sendemuster). Somit ist der Phasenverschiebungswert in dem Kästchen der linken oberen Ecke in 5 unter Verwendung der Werte der 4A „1". Desgleichen ist das direkt unter dem Kästchen der oberen linken Ecke befindliche Kästchen in 5 ein mit Punkten versehenes Kästchen, und somit ist der Phasenverschiebungswert in diesem Kästchen der Phasenverschiebungswert in dem entsprechenden Kästchen in 4B. Somit ist der Phasenverschiebungswert in dem direkt unter dem Kästchen der oberen linken Ecke befindlichen Kästchen in 5 „0". Auf ähnliche Weise kann das in 5 gezeigte verschachtelte Muster 115c vollständig mit Phasenverschiebungswerten aus den 4A und 4B besetzt sein, so dass jedes Antennenelement in dem Array in einem abwechselnden (verschachtelten) Muster mit einem Phasenverschiebungswert von entweder dem Sendemuster 115a oder dem Empfangsmuster 115b programmiert ist.
Obwohl das in 5 gezeigte direkte verschachtelte Muster ein einfaches und effektives Muster zum Auflösen jeglicher Phasenverschiebungskonflikte zwischen den Sende- und Empfangsmustern ist, dadurch dass jedes Antennenelement in die Lage versetzt wird, mit einem Phasenverschiebungswert von lediglich einem der Sende- und Empfangsmuster programmiert zu werden, sind auch andere verschachtelte Muster möglich. Allgemein umfassen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung jegliche verschachtelte Muster, die zu einem Programmieren eines ersten Abschnitts der Antennenelemente mit einer Sendephasenverschiebung und eines zweiten Abschnitts (Rest) der Antennenelemente mit einer Empfangsphasenverschiebung zur Bildaufnahme führen, wobei der erste und der zweite Abschnitt im Wesentlichen gleich sind (d. h. die Anzahl der Antennenelemente, die mit einer Sendephasenverschiebung programmiert sind, ist im Wesentlichen gleich der Anzahl der Antennenelemente, die mit einer Empfangsphasenverschiebung programmiert sind). Das verschachtelte Muster kann ein zufälliges Muster oder ein spezifisches Muster sein, das dahin gehend entworfen ist, einen oder mehr Parameter des Mikrowellenabbildungssystems zu optimieren.
Unter Bezugnahme auf 6 sind beispielsweise exemplarische reflektierte Mikrowellenstrahlenzüge zwischen einer Mikrowellenquelle und einem Mikrowellenempfänger, wobei ein programmierbares Antennenarray verwendet wird, veranschaulicht, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Bei 6 wird der Quellenstrahl 300 einer Mikrowellenstrahlung, der von einer Mikrowellenquelle 60 gesendet wird, durch die Antennenelemente in dem Array 50, von denen der Einfachheit halber nur vier gezeigt sind, die mit 80a, 80b, 80c und 80d bezeichnet sind, empfangen. Die Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d sind jeweils mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert, um einen Sendestrahl 310 einer reflektierten Mikrowellenstrahlung auf das Ziel 155 zu richten. Die Phasenverschiebungen sind dahin gehend ausgewählt, eine positive (konstruktive) Störung zwischen allen Mikrowellenstrahlenzügen, die mit r₁, r₂, r₃ und r₄ bezeichnet sind, von jedem der Antennenelemente 80a, 80b, 80c bzw. 80d an dem Ziel 155 zu erzeugen.
Wie in 6 gezeigt ist, kann desgleichen ein Reflexionsstrahl 320 einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel 155 reflektiert und an den Antennenelementen 80a, 80b, 80c und 80d in dem Array 50 empfangen wird, als Empfangsstrahl 330 einer reflektierten Mikrowellenstrahlung zu einem Mikrowellenempfänger 40 reflektiert werden. Wiederum sind die Phasenverschiebungen dahin gehend ausgewählt, eine positive (konstruktive) Störung zwischen allen Mikrowellenstrahlenzügen, die mit r₅, r₆, r₇ und r₈ bezeichnet sind, von jedem der Antennenelemente 80a, 80b, 80c bzw. 80d an dem Mikrowellenempfänger 40 zu erzeugen.
Um Konflikte zwischen der Phasenverschiebung, die für jedes einzelne Antennenelement 80a, 80b, 80c und 80d für den Sendestrahl 310 programmiert ist, und der Phasenverschiebung, die für jedes einzelne Antennenelement 80a, 80b, 80c und 80d für den Empfangsstrahl programmiert ist, zu vermeiden, kann bei einem verschachtelten Muster ein Abschnitt der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d dahin gehend programmiert sein, lediglich zu dem Sendestrahl 310 beizutragen, während die restlichen Antennenelemente dahin gehend programmiert sein können, lediglich zu dem Empfangsstrahl 330 beizutragen.
Wie oben definiert wurde, bildet die Kombination aller Phasenverschiebungen, die den Antennenelementen in dem Array für ein bestimmtes Ziel zugewiesen sind, ein Muster. Im Fall eines binären Arrays, bei dem jedes Antennenelement lediglich eine von zwei Phasenverschiebungen einbringen kann, kann das Muster als Array von Einsen und Nullen dargestellt werden. Beispiele von binären verschachtelten Mustern zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d der 6 sind in den 7A – 7C gezeigt. 7A veranschaulicht ein erstes Sendemuster 115a₁ von Sendephasenverschiebungen 400a zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d und ein erstes Empfangsmuster 115b₁ von Empfangsphasenverschiebungen 400b zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d.
Beispielsweise ist das Antennenelement 80a in dem ersten Sendemuster 115a₁ mit einer Phasenverschiebung 400a von 0 Grad und in dem ersten Empfangsmuster 115b₁ mit einer Phasenverschiebung 400b von 180 Grad programmiert. Ferner ist das Antennenelement 80b in dem ersten Sendemuster 115a₁ mit einer Phasenverschiebung 400a von 180 Grad und in dem ersten Empfangsmuster 115b₁ mit einer Phasenverschiebung 400b von 0 Grad programmiert. Ferner ist das Antennenelement 80d in dem ersten Sendemuster 115a₁ mit einer Phasenverschiebung 400a von 180 Grad und in dem ersten Empfangsmuster 115b₁ mit einer Phasenverschiebung 400b von 0 Grad programmiert. Das einzige Antennenelement, das keinen Phasenverschiebungskonflikt zwischen dem ersten Sendemuster 115a₁ und dem ersten Empfangsmuster 115b₁ aufweist, ist das Antennenelement 80c. Das Antennenelement 80c ist sowohl in dem ersten Sendemuster 115a₁ als auch dem ersten Empfangsmuster 115b₁ mit einer Phasenverschiebung 400a und 400b von 0 Grad programmiert.
Um die Phasenverschiebungskonflikte zwischen den Phasenverschiebungen 400a und 400b in dem ersten Sendemuster 115a₁ und dem ersten Empfangsmuster 115b₁ zu vermeiden, können in einem ersten verschachtelten Muster 115c₁ Abschnitte jedes des ersten Sendemusters 115a₁ und des ersten Empfangsmusters 115b₁ enthalten sein. Der Einfachheit halber ist das erste verschachtelte Muster 115c₁ ein direktes verschachteltes Muster zwischen dem ersten Sendemuster 115a₁ und dem ersten Empfangsmuster 115b₁ . Wie in 7A gezeigt ist, ist somit bei dem ersten verschachtelten Muster 115c₁ das Antennenelement 80a mit der Sendephasenverschiebung 400a von 0 Grad programmiert, das Antennenelement 80b ist mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 0 Grad programmiert, das Antennenelement 80c ist mit der Sendephasenver schiebung 400a von 0 Grad programmiert und das Antennenelement 80d ist mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 180 Grad programmiert.
Somit sind die Antennenelemente 80a und 80c in 6 dahin gehend programmiert, Mikrowellenstrahlenzüge r₁ bzw. r₃ auf das Ziel zu richten, wohingegen die Antennenelemente 80b und 80d dahin gehend programmiert sind, die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ bzw. r₈ auf den Mikrowellenempfänger zu richten. Die Antennenelemente 80b und 80d in 6 tragen keine Mikrowellenstrahlenzüge r₂ bzw. r₄ zu dem Ziel bei, wohingegen die Antennenelemente 80a und 80c keine Mikrowellenstrahlenzüge r₅ bzw. r₇ zu dem Mikrowellenempfänger beitragen. Somit umfasst der Sendestrahl 310 in 6 lediglich Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₃, und der Empfangsstrahl 330 umfasst lediglich Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₈. Jedoch sollte man verstehen, dass, da die Phasenverschiebungen 400a und 400b für das Antennenelement 80c in dem ersten Sendemuster 115a₁ und dem ersten Empfangsmuster 115b₁ dieselben sind (d. h. beide sind 0 Grad), ein Programmieren des Antennenelements 80c mit der Phasenverschiebung von 0 Grad das Antennenelement 80c befähigt, sowohl Mikrowellenstrahlenzüge r₃ als auch r₇ in dem Sendestrahl 310 bzw. dem Empfangsstrahl 330 zu erzeugen.
Das erste verschachtelte Muster 115c₁ , das in 7A gezeigt ist, wird dazu verwendet, ein Bild eines ersten Ziels 155 aufzunehmen. Beim Scannen bzw. Abtasten einer Person oder eines anderen Objekts werden jedoch mehrere Ziel an der Person oder dem Objekt abgebildet, um ein vollständiges Mikrowellenbild der Person oder des Objekts zu erhalten. Somit entwirft ein Programmierer für jedes Ziel (jeden adressierbaren Punkt im 3D-Raum) ein jeweiliges Sendemuster und ein jeweiliges Empfangsmuster. Wie in 7B gezeigt ist, sind beispielsweise ein zweites Sende- und Empfangsmuster 115a₂ bzw. 115b₂ zum Lenken von Mikrowellenstrahlen 310 und 330 auf ein und von einem unterschiedlichen Ziel gezeigt. Das zweite Sendemuster 115a₂ der Sende phasenverschiebungen 400a zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d richtet einen neuen Sendestrahl 310 auf das andere Ziel, während das zweite Empfangsmuster 115b₂ von Empfangsphasenverschiebungen 400b zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d einen neuen Empfangsstrahl 330 von dem Ziel zu dem Mikrowellenempfänger reflektiert.
Wenn das zweite Sende- bzw. Empfangsmuster 115a₂ bzw. 115b₂ in einem zweiten direkten verschachtelten Muster (ähnlich dem in 7A gezeigten) kombiniert würden, würde das Antennenelement 80a mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad (Sendephasenverschiebung 400a aus dem zweiten Sendemuster 115a₂ ) programmiert, das Antennenelement 80b würde mit einer Phasenverschiebung von 0 Grad (Empfangsphasenverschiebung 400b aus dem zweiten Sendemuster 115b₂ ) programmiert, das Antennenelement 80c würde mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad (Sendephasenverschiebung 400a aus dem zweiten Sendemuster 115a₂ ) programmiert und das Antennenelement 80d würde mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad (Empfangsphasenverschiebung 400b aus dem zweiten Sendemuster 115b₂ ) programmiert.
Wenn man die Phasenverschiebungen zwischen dem ersten direkten verschachtelten Muster 115c₁ und einem solchen zweiten direkten verschachtelten Muster (nicht spezifisch in 7B gezeigt) vergleicht, kann man sehen, dass die für beide Antennenelemente 80a und 80c programmierten Phasenverschiebungen zwischen dem ersten direkten verschachtelten Muster 115c₁ und einem solchen zweiten direkten verschachtelten Muster wechseln. Somit beträgt die Phasenverschiebung, die für das Antennenelement 80a in dem ersten direkten verschachtelten Muster programmiert ist, 0 Grad, während die Phasenverschiebung, die für das Antennenelement 80a in dem zweiten direkten verschachtelten Muster programmiert ist, 180 Grad betragen würde, und dasselbe gilt für das Antennenelement 80c.
Während die Anzahl von Phasenänderungen zwischen einem Paar von Mustern, die beim Scannen bzw. Abtasten einer Person oder eines anderen Objekts verwendet werden, zunimmt, kann auch der Nebenkeulenbereich um die Hauptkeule an dem Ziel zunehmen. Je mehr Phasenänderungen zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern vorliegen, desto mehr Leistung ist außerdem für die digitale Schaltungsanordnung, die die Antennenelemente in dem Array treibt, notwendig. Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ein Minimieren der Anzahl von Phasenänderungen zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern erzielt werden, indem für das verschachtelte Muster Abschnitte der Sende- und Empfangsmuster ausgewählt werden, die zu den wenigsten Änderungen zwischen verschachtelten Mustern (z. B. verschachtelten Mustern 115c₁ und 115c₂ ) führen.
Wie in 7B zu erkennen ist, ist bei dem zweiten verschachtelten Muster 115c₂ das Antennenelement 80a mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 0 Grad programmiert, das Antennenelement 80b ist mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 0 Grad programmiert, das Antennenelement 80c ist mit der Sendephasenverschiebung 400a von 180 Grad programmiert und das Antennenelement 80d ist mit der Sendephasenverschiebung 400a von 180 Grad programmiert. Somit sind die Antennenelemente 80a und 80b in 6 dahin gehend programmiert, Mikrowellenstrahlenzüge r₅ bzw. r₆ auf den Mikrowellenempfänger zu richten, während die Antennenelemente 80c und 80d dahin gehend programmiert sind, Mikrowellenstrahlenzüge r₃ bzw. r₄ auf das Ziel zu richten.
Wenn man die Phasenverschiebungen zwischen dem ersten verschachtelten Muster 115c₁ , in 7A gezeigt, und dem in 7B gezeigten zweiten verschachtelten Muster 115c₂ vergleicht, kann man sehen, dass sich die Phasenverschiebung, die lediglich für das Antennenelement 80c programmiert ist, zwischen dem ersten verschachtelten Muster 115c₁ und dem zweiten verschachtelten Muster 115c₂ ändert. Folglich beträgt die Gesamtanzahl von Phasenverschiebungsände rungen unter Verwendung der verschachtelten Muster 115c₁ und 115c₂ lediglich eins, wohingegen die Gesamtanzahl von Phasenverschiebungsänderungen unter Verwendung von zwei direkten verschachtelten Mustern zwei betragen würde. Wenn jedes verschachtelte Muster dahin gehend entworfen wird, die Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern zu minimieren, so kann dies den Bereich von Nebenkeulen um die Hauptkeule an dem Ziel verringern, und es verringert die Leistung, die nötig ist, um die digitale Schaltungsanordnung zu treiben, die die Antennenelemente steuert, während die Person oder das andere Objekt gescannt bzw. abgetastet wird.
Desgleichen ist das verschachtelte Muster 115c₃ in 7C dazu entworfen, die Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen zwischen den verschachtelten Mustern 115c₂ und 115c₃ zu minimieren. Somit ist bei dem zweiten verschachtelten Muster 115c₃ das Antennenelement 80a mit der Sendephasenverschiebung 400a von 0 Grad (in dem dritten Sendemuster 115a₃ gezeigt) programmiert, das Antennenelement 80b ist mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 0 Grad (in dem dritten Empfangsmuster 115b₃ gezeigt) programmiert, das Antennenelement 80c ist mit der Empfangsphasenverschiebung 400b von 180 Grad (in dem dritten Empfangsmuster 115b₃ gezeigt) programmiert, und das Antennenelement 80d ist mit der Sendephasenverschiebung 400a von 0 Grad (in dem dritten Sendemuster 115a₃ gezeigt) programmiert. Somit sind die Antennenelemente 80a und 80d in 6 dahin gehend programmiert, Mikrowellenstrahlenzüge r₁ bzw. r₄ auf das Ziel zu richten, wohingegen die Antennenelemente 80b und 80c dahin gehend programmiert sind, die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ bzw. r₇ auf den Mikrowellenempfänger zu richten. Die Gesamtanzahl von Phasenverschiebungsänderungen unter Verwendung verschachtelter Muster 115c₂ und 115c₃ beträgt wiederum lediglich eins (d. h. die Phasenverschiebung des Antennenelements 80d ändert sich), was die Mindestanzahl von Phasenverschiebungsänderungen ist, die unter Verwendung des dritten Sende- und Empfangsmusters 115a₃ bzw. 115b₃ möglich sind.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der zu optimierende Parameter die Amplituden des Sendestrahls 310 und des Empfangsstrahls 330. Unter Bezugnahme auf 8A kann jeder Mikrowellenstrahlenzug (r₁, r₂, r₃ und r₄) in dem in 6 gezeigten Sendestrahl 310 als Phasor dargestellt und mit einer bestimmten Größe und Phase beschrieben sein. Beispielsweise kann der Mikrowellenstrahlenzug r₁ als r₁·e^(j·phase1) beschrieben und als Phasor in einer zweidimensionalen komplexen Ebene, die Real(Re-) und Imaginär(Im-) Komponenten umfasst, dargestellt sein. In 8A sind die Mikrowellenstrahlenzüge r₁, r₂, r₃ und r₄ als Phasoren r₁phase₁, r₂phase₂, r₃phase₃ und r₄phase₄ dargestellt . Diese Summe aller Phasoren r₁phase₁, r₂phase₂, r₃phase₃ und r₄phase₄ bestimmt die Amplitude des Strahls einer Mikrowellenstrahlung an dem Ziel. Um die Amplitude an dem Ziel zu maximieren, weisen die Mikrowellenstrahlenzüge r₁, r₂, r₃ und r₄ von jedem der Antennenelemente dieselbe Phase auf. Für ein kontinuierlich phasengesteuertes Array kann jedes Antennenelement mit einer kontinuierlich variablen Phasenverschiebung programmiert werden, um alle Mikrowellenstrahlenzüge mit derselben Phase auszurichten.
In einem quantisierten Array, bei dem jedes Antennenelement mit lediglich einer einer bestimmten Anzahl von quantisierten Phasenverschiebungen programmiert sein kann, können die Phasen der Mikrowellenstrahlenzüge jedoch eventuell nur teilweise ausgerichtet werden. Beispielsweise kann bei einem binären Array jedes Antennenelement lediglich mit einem von zwei unterschiedlichen Binärzuständen (z. B. einer Phasenverschiebung von 0 Grad oder einer Phasenverschiebung von 180 Grad) programmiert werden. Somit sind die Phasenverschiebungen jedes Antennenelements lediglich dahin gehend programmiert, eine konstruktive Störung an dem Ziel zu maximieren und eine destruktive Störung zu minimieren (oder zu verhindern). Um eine destruktive Störung an dem Ziel zu verhindern, wird eine ideale Phase (in 8A entlang der Linie 800 gezeigt) ausgewählt, und alle Antennenelemente werden mit einer bestimmten quantisierten Phasenverschiebung programmiert, um jeweilige Mikrowellenstrahlenzüge zu erzeugen, die kollektiv einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung an der idealen Phase 800 bilden (z. B. die Summe aller Mikrowellenstrahlenzüge an dem Ziel ist ein Phasor an der idealen Phase 800).
Wie man in 8A sehen kann, kann, nachdem die ideale Phase 800 ausgewählt wurde, eine zu der idealen Phase 800 orthogonale Quantisierungslinie 810 dazu verwendet werden, die an jeden einzelnen Mikrowellenstrahlenzug angelegte Phasenverschiebung zu bestimmen, um zu ermöglichen, dass alle Mikrowellenstrahlenzüge zu der idealen Phase 800 summiert werden. Bei 8A befinden sich die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ auf derselben Seite der Quantisierungslinie 810 wie die ideale Phase 800. Somit wird an die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ eine Binärphasenverschiebung von 0 Grad angelegt, um die aktuelle Phase jedes dieser Strahlenzüge aufrechtzuerhalten. Jedoch befinden sich die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ auf der der idealen Phase 800 gegenüberliegenden Seite der Quantisierungslinie 810. Folglich wird an die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ eine Binärphasenverschiebung von 180 Grad angelegt, um die Phase dieser Mikrowellenstrahlenzüge auf dieselbe Seite der Quantisierungslinie wechseln zu lassen wie die ideale Phase 800. Die Summe der Mikrowellenstrahlenzüge r₁, r₂, r₃ und r₄ ist ein Sendestrahl 310 einer Mikrowellenstrahlung an der idealen Phase 800. Da jedoch die Phasen jedes der Mikrowellenstrahlenzüge nicht perfekt ausgerichtet sind, kann die Amplitude des Strahls einer Mikrowellenstrahlung an dem Ziel geringer sein als diejenige, die mit einem kontinuierlich variablen phasengesteuerten Array erzielbar ist.
Desgleichen kann, wie in 8B zu sehen ist, jeder Mikrowellenstrahlenzug (r₅, r₆, r₇ und r₈) in dem Empfangsstrahl 330, der in 6 gezeigt ist, als Phasor dargestellt und mit einer bestimmten Größe und Phase beschrieben sein. Bei 8B befinden sich die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₆ auf derselben Seite der Quantisierungslinie 810 wie die ideale Phase 800. Somit wird an die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₆ eine Binärphasenverschiebung von 0 Grad angelegt, um die aktuelle Phase jedes dieser Strahlenzüge aufrechtzuerhalten. Jedoch befinden sich die Mikrowellenstrahlenzüge r, und r₈ auf der der idealen Phase 800 gegenüberliegenden Seite der Quantisierungslinie 810. Folglich wird an die. Mikrowellenstrahlenzüge r₇ und r₈ eine Binärphasenverschiebung von 180 Grad angelegt, um die Phase dieser Mikrowellenstrahlenzüge auf dieselbe Seite der Quantisierungslinie wie die ideale Phase 800 wechseln zu lassen. Die Summe der Mikrowellenstrahlenzüge r₅, r₆, r₇ und r₈ ist ein Empfangsstrahl 330 einer Mikrowellenstrahlung an der idealen Phase 800.
Unter erneuter Bezugnahme auf 8A weisen die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ einen höheren Phasenversatz von der idealen Phase 800 auf als die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄. Somit tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen), und die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ tragen am wenigsten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der Quantisierungslinie 810 liegen).
Desgleichen weisen die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₈ in 8B einen höheren Phasenversatz von der idealen Phase 800 auf als die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇. Somit tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Mikrowellenempfänger bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quanti sierungslinie 810 entfernt liegen), und die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₈ tragen am wenigsten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Mikrowellenempfänger bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der Quantisierungslinie 810 liegen).
Um ein verschachteltes Muster von Sende- und Empfangsmustern für ein Array zu entwerfen, das zur maximalen Amplitude des Sendestrahls und des Empfangsstrahls führt, können die aus dem Sendemuster und dem Empfangsmuster ausgewählten Phasenverschiebungen diejenigen Phasenverschiebungen sein, die Mikrowellenstrahlenzüge erzeugen, die am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen.
Exemplarische Binärphasenverschiebungsmuster 115a und 115b für den Abschnitt des Arrays, der die Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d enthält, die die Mikrowellenstrahlenzüge r₁, r₂, r₃ und r₄ erzeugen, die in 6, 8A und 8B gezeigt sind, sind in 9 gezeigt. Das Sendemuster 115a umfasst Sendephasenverschiebungen 400a zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d dahin gehend, Mikrowellenstrahlenzüge r₁, r₂, r₃ und r₄ zu erzeugen, die den Sendestrahl 310 bilden, und das Empfangsmuster 115b umfasst Empfangsphasenverschiebungen 400b zum Programmieren der Antennenelemente 80a, 80b, 80c und 80d dahin gehend, Mikrowellenstrahlenzüge r₅, r₆, r₇ und r₈ zu erzeugen, die den Empfangsstrahl 330 bilden.
Das Sendemuster 115a und das Empfangsmuster 115b entsprechen den in 8A und 8B gezeigten Phasenverschiebungen. Somit ist das Antennenelement 80a mit einer Phasenverschiebung 400a von 0 Grad in dem Sendemuster 115a und mit einer Phasenverschiebung 400b von 0 Grad in dem Empfangsmuster 115b programmiert, das Antennenelement 80b ist mit einer Phasenverschiebung 400a von 180 Grad in dem Sendemuster 115a und mit einer Phasenverschiebung 400b von 0 Grad in dem Empfangsmuster 115b programmiert, das Antennenelement 80c ist mit einer Phasenverschiebung 400a von 180 Grad in dem Sendemuster 115a und mit einer Phasenverschiebung 400b von 180 Grad in dem Empfangsmuster 115b programmiert, und das Antennenelement 80d ist mit einer Phasenverschiebung 400a von 0 Grad in dem Sendemuster 115a und mit einer Phasenverschiebung 400b von 180 Grad in dem Empfangsmuster 115b programmiert.
Um die Amplitude des Sendestrahls 310 und des Empfangsstrahls 330 in 6 zu maximieren, ist das verschachtelte Muster 115c dazu entworfen, die Sendephasenverschiebungen 400a für die Antennenelemente 80a und 80d zu umfassen, die die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ erzeugen. Wie oben erörtert wurde, tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen). Somit maximiert ein Entwerfen des verschachtelten Musters 115c dahin gehend, die Sendephasenverschiebungen für die Antennenelemente 80a und 80d zu umfassen, um die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ zu erzeugen, die Amplitude des Sendestrahls 310.
Ferner wird die Amplitude des Empfangsstrahls 330 auch dadurch maximiert, dass in dem verschachtelten Muster 115c die Empfangsphasenverschiebungen 400b für die Antennenelemente 80b und 80c, die die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇ erzeugen, enthalten sind. Wie oben erörtert wurde, tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Mikrowellenempfänger bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen). Somit maximiert ein Entwerfen des verschachtelten Musters 115c dahin gehend, die Empfangsphasenverschiebungen für die Antennenelemente 80b und 80c zu umfassen, um die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇ zu erzeugen, die Amplitude des Empfangsstrahls 330. Man sollte verstehen, dass die Auswahl von Sende- oder Empfangsphasenverschiebungen in dem verschachtelten Muster bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt, um die Amplituden der Sende- und Empfangsstrahlen zu maximieren, und nicht unbedingt, um die maximalen Amplituden zu erzeugen. Je nach den Phasenverschiebungen in den Sende- und Empfangsmustern ist es eventuell nicht möglich, die absolute maximale Amplitude sowohl für den Sendestrahl als auch den Empfangsstrahl zu erzeugen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der zu optimierende Parameter ein Verhältnis einer konstruktiven Störung der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel und einer destruktiven Störung der Mikrowellenstrahlung an einem Mikrowellenempfänger sein. Hintergrundrauschen, das sich aus einer Streustrahlung von der Mikrowellenquelle zu dem Mikrowellenempfänger ergibt, verringert das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR – Signal-to-noise ratio) des Mikrowellenabbildungssystems. Ein Erhöhen der destruktiven Störung der Streustrahlung an dem Empfänger erhöht das SNR. Somit können die für jedes Antennenelement in dem verschachtelten Muster programmierten Phasenverschiebungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung dazu entworfen sein, die destruktive Störung an dem Empfänger zu maximieren und gleichzeitig eine ausreichende konstruktive Störung an dem Ziel aufrechtzuerhalten.
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine Leck(Streu-)Mikrowellenstrahlung zwischen einer Mikrowellenquelle 60 und einem Mikrowellenempfänger 40 veranschaulicht. Wie bei 6 wird in 10 ein von der Mikrowellenquelle (Antenne) 60 gesendeter Strahl einer Mikrowellenstrahlung 300 durch verschiedene Antennenelemente 80 in dem Array 50 empfangen. Die Antennenelemente 80 sind jeweils mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert, um einen Strahl reflektierter Mikrowellenstrahlung 310 auf ein Ziel 155 zu richten. Die Phasenverschiebungen sind dahin gehend ausgewählt, eine positive (konstruktive) Störung zwischen allen Mikrowellenstrahlenzügen, die mit r₁, r₂, r₃ und r₄ bezeichnet sind, in dem Strahl reflektierter Mikrowellenstrahlung 310 an dem Ziel 155 zu erzeugen. Jedoch wird ein Teil der Mikrowellenstrahlung von der Quelle 60 in einem Strahl einer Streumikrowellenstrahlung 1000 von dem Array 50 ab- und zu dem Mikrowellenempfänger 40 reflektiert. Um den Effekt der Streumikrowellenstrahlung 1000 an dem Empfänger 40 zu minimieren (d. h. das SNR zu erhöhen), kann die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger ohne eine proportionale Verringerung der konstruktiven Störung an dem Ziel erhöht werden.
Unter Bezugnahme auf 8A weisen die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃, wie oben erörtert wurde, einen höheren Phasenversatz von der idealen Phase 800 auf als die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄. Somit tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₁ und r₄ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen), und die Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ tragen am wenigsten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der Quantisierungslinie 810 liegen).
Desgleichen weisen die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₈ in 8B einen höheren Phasenversatz von der idealen Phase 800 auf als die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇. Somit tragen die Mikrowellenstrahlenzüge r₆ und r₇ am meisten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Mikrowellenempfänger bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der idealen Phase 800 und am weitesten von der Quantisierungslinie 810 entfernt liegen), und die Mikrowellenstrahlenzüge r₅ und r₈ tragen am wenigsten zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Mikrowellenempfänger bei (da diese Mikrowellenstrahlenzüge am nächsten bei der Quantisierungslinie 810 liegen).
Somit kann ein Auswählen der Empfangsphasenverschiebungen der Antennenelemente, deren Sendephasenverschiebungen Mikrowellenstrahlenzüge mit dem höchsten Phasenversatz von der idealen Phase 800 (d. h. Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃) erzeugen, zur Aufnahme in das verschachtelte Muster die destruktive Störung an dem Empfänger erhöhen, ohne eine bedeutende Veränderung der konstruktiven Störung an dem Ziel zu bewirken. Unter erneuter Bezugnahme auf 9 kann beispielsweise das verschachtelte Muster 115c dahin gehend entworfen sein, die jeweiligen Phasenverschiebungen 400b der Antennenelemente 80b und 80c zu umfassen, was Mikrowellenstrahlenzüge r₂ und r₃ mit dem höchsten Phasenversatz von der idealen Phase 800 erzeugen würde. Somit kann das verschachtelte Muster 115c dahin gehend entworfen sein, die Sendephasenverschiebungen 400a der Antennenelemente 80a und 80d und die Empfangsphasenverschiebungen 400b der Antennenelemente 80b und 80c zu umfassen, um die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger zu erhöhen, ohne die konstruktive Störung an dem Ziel proportional zu verringern. Man sollte verstehen, dass bei anderen Ausführungsbeispielen dieselben Prinzipien angewendet werden können, um den Bereich der Nebenkeulen zu minimieren, indem die destruktive Störung in den Nebenkeulen an dem Ziel erhöht wird, wobei gleichzeitig eine ausreichende konstruktive Störung in der Hauptkeule an dem Ziel aufrechterhalten wird.
Im Betrieb kann der Prozess des Auswählens dessen, welche Antennenelemente welchem Muster (Sende- oder Empfangsmuster) zuzuordnen sind, iterativ dadurch durchgeführt werden, dass ein direkt verschachteltes Muster erzeugt wird und anschließend die Phase jedes Antennenelements, das nicht bedeutend zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel beiträgt, zeitlich gesehen einzeln geändert wird. Mit jeder Änderung wird das resultierende Strahlungsmuster an dem Mikrowellenempfänger berechnet. Wenn die Änderung der Phasenverschiebung für ein Antennenelement die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger verringert, wird das verschachtelte Muster dahin gehend angepasst, diese Phasenverschiebungsänderung zu umfassen. Wenn jedoch die Phasenverschiebung die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger nicht verringert, bleibt das verschachtelte Muster dasselbe (d. h. die Phasenverschiebung dieses Antennenelements wird nicht verändert).
Ein weiterer Parameter, der gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung optimiert werden kann, ist eine Metrik, die einer Komprimierung des Musters zugeordnet ist. Wenn das Muster in Nachbarschaften von Elementen unterteilt werden kann, wobei jede eine Entropie aufweist, die geringer ist als die der Gesamtanzahl von Elementen in der Nachbarschaft, kann das Muster dahin gehend komprimiert werden, die zum Speichern des Musters benötigte Quantität an Speicherraum zu verringern und die Handhabungsgeschwindigkeit der Musterdaten zu erhöhen.
Wie in 11A gezeigt ist, sind beispielsweise verschiedene Nachbarschaften 1100 von quadratischen 2 × 2-Elementen 400 gezeigt. Jede Nachbarschaft 1100 weist eine Entropie 3 auf, was bedeutet, dass drei Bits benötigt werden, um die vier Elemente 400 zu beschreiben. Als weiteres Beispiel, das in 11B gezeigt ist, sind verschiedene Nachbarschaften 1110 von quadratischen 4 × 4-Elementen 100 gezeigt. Jede Nachbarschaft 1110 weist eine Entropie 10 auf, was bedeutet, dass zehn Bits benötigt werden, um die sechzehn Elemente 400 zu beschreiben. Um die Entropie einer Nachbarschaft 1100 oder 1110 zu verringern und somit die Komprimierung zu erhöhen, muss die Anzahl möglicher Nachbarschaften 1100 oder 1110 oder ein bestimmter Größenblock von Elementen 400 verringert werden. Sowohl bei 11A als auch bei 11B sind die Nachbarschaften von den am häufigsten verwendeten oben links bis zu den am seltensten verwendeten unten rechts gezeigt. Wenn die am seltensten verwendeten Nachbarschaften als Möglichkeiten beseitigt werden können, verringert sich die Anzahl von Bits, die nötig sind, um die Elemente 400 in einer Nachbarschaft 1100 oder 1110 zu beschreiben (Entropie nimmt ab). Dies führt zu einer „verlustbehafteten Komprimierung" mit einem höheren Komprimierungsverhältnis, jedoch auch mit einer höheren Verzerrung, als eine „verlustfreie Komprimierung".
Wenn beispielsweise alle Nachbarschaften 1100 in der unteren Reihe in 11A als Möglichkeiten beseitigt werden, muss die Phasenverschiebung eines oder mehrerer Elemente 400 in einem verschachtelten Muster, das eine oder mehr der beseitigten Nachbarschaften enthält, geändert werden. Wenn – unter erneuter Bezugnahme auf 4A und 4B – das Sendemuster 115a direkt mit dem Empfangsmuster 115b verschachtelt ist, wie in 5 gezeigt ist, ähnelt der links unten befindliche quadratische 2 × 2-Block von Elementen 400 einer der unteren Nachbarschaften 1100 in 11A, speziell der zweiten von rechts unten. Um also die Entropie zu verringern und die Komprimierung des Musters 115 zu erhöhen, muss die Phasenverschiebung zumindest eines der Elemente 400 bei dem linken unteren quadratischen 2 × 2-Block von Elementen 400 in 5 so geändert werden, dass der Block von Elementen 400 einer der verbleibenden möglichen Nachbarschaften 1100 in 11A ähnelt.
Man sollte verstehen, dass statt der oder zusätzlich zu den oben beschriebenen Metriken auch andere Komprimierungsmetriken verwendet werden können. Um beispielsweise zu bestimmen, welche einzelnen Antennenelemente oder Blöcke von Antennenelementen geändert werden sollten, kann der Beitrag, den jedes Antennenelement oder jeder Block von Antennenelementen zur Amplitude der Mikrowellenstrahlung an dem Ziel liefert, als Wichtungsmetrik für eine verlustbehaftete Komprimierung verwendet werden.
12 ist ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Prozess 1200 zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels unter Verwendung eines verschachtelten Sende-/Empfangsphasenverschiebungsmusters, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, veranschaulicht. An fänglich ist bei Block 1210 ein Array von programmierbaren Mikrowellenantennenelementen vorgesehen. Bei Block 1220 wird ein Sendemuster von Phasenverschiebungen für das Array entworfen, so dass jedem der Antennenelemente in dem Array eine jeweilige Phasenverschiebung zugewiesen wird, um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein Ziel zu richten. Bei Block 1230 wird ein Empfangsmuster von Phasenverschiebungen für das Array entworfen, so dass jedem der Antennenelemente in dem Array eine jeweilige Phasenverschiebung zugewiesen wird, um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel reflektiert wird, auf einen Mikrowellenempfänger zu richten. Bei Block 1240 werden die Antennenelemente mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem verschachtelten Muster programmiert, das einen Abschnitt des entworfenen Sendemusters und einen Abschnitt des entworfenen Empfangsmusters umfasst. Das verschachtelte Muster kann ein direktes verschachteltes Muster des Sende- und des Empfangsmusters, ein zufälliges verschachteltes Muster oder ein spezifisches verschachteltes Muster sein, das dazu entworfen ist, einen oder mehr Parameter des Mikrowellenabbildungssystems zu optimieren.
Wie Fachleute erkennen werden, können die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen innovativen Konzepte über eine große Bandbreite von Anwendungen hinweg modifiziert und variiert werden. Demgemäß sollte der Schutzumfang des Gegenstandes der Patentschrift nicht auf eine der erörterten spezifischen beispielhaften Lehren beschränkt sein, sondern wird stattdessen durch die folgenden Patentansprüche definiert.

Claims

Reflektorarray (50) zur Verwendung bei einem Mikrowellenabbildungssystem (10), um ein Mikrowellenbild eines Objekts (150) aufzunehmen, wobei das Reflektorarray folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von reflektierenden Antennenelementen (80), von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen (400) in einem ersten Muster (115a) programmiert zu werden, um einen ersten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein erstes Ziel zu richten, und von denen jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen (400) in einem zweiten Muster (115b) programmiert zu werden, um einen zweiten Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein zweites Ziel zu richten; wobei die Mehrzahl von Antennenelementen (80) mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem verschachtelten Muster (115c) programmiert ist, das einen Abschnitt des ersten Musters (115a) und einen Abschnitt des zweiten Musters (115b) umfasst, um das Mikrowellenbild des Objekts (150) aufzunehmen.
Array (50) gemäß Anspruch 1, bei dem das verschachtelte Muster (115c) ein direktes verschachteltes Muster des ersten Musters (115a) und des zweiten Musters (115b) ist.
Array (50) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste Ziel dem gerade abgebildeten Objekt (150) zugeordnet ist und das zweite Ziel dem Objekt zugeordnet ist.
Array (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das erste Ziel ein Ziel (155) ist, das dem gerade abgebildeten Objekt (150) zugeordnet ist, und das zweite Ziel ein Mikrowellenempfänger (40) ist, und bei dem das erste Muster (115a) ein Sendemuster zum Richten des ersten Strahls einer Mikrowellenstrahlung als Sendestrahl (70) auf das Ziel (155) ist, und das zweite Muster (115b) ein Empfangsmuster zum Reflektieren des zweiten Strahls einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Zielobjekt (155) reflektiert wird, als Empfangsstrahl (20) zu dem Mikrowellenempfänger (40) ist, wobei das Mikrowellenbild ein Mikrowellenbild des Ziels (155) ist.
Array (50) gemäß Anspruch 4, bei dem der Abschnitt des Sendemusters (115a) und der Abschnitt des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dahin gehend ausgewählt sind, die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger (40) ohne eine entsprechende Verringerung der konstruktiven Störung an dem Ziel (155) des Objekts (150) zu erhöhen.
Array (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) ein quantisiertes phasenverschobenes Antennenelement ist.
Array (50) gemäß Anspruch 6, bei dem die Phasenverschiebungen (400) jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) für das erste Muster (115a) und das zweite Muster (115b) auf der Basis einer idealen Phase (800) ausgewählt sind, und bei dem der Abschnitt des ersten Musters (115a) und der Abschnitt des zweiten Musters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dahin gehend ausgewählt sind, einen Quantisierungsfehler auf der Basis eines Phasenversatzes von der idealen Phase (800) für jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) zu minimieren.
Array (50) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der Abschnitt des ersten Musters (115a) und der Abschnitt des zweiten Musters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dazu ausgewählt sind, eine Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen in dem Array (50) zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern zu minimieren.
Array (50) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die quantisierten phasenverschobenen Antennenelemente binärphasenverschobene Antennenelemente sind.
Array (50) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Abschnitt des ersten Musters (115a) und der Abschnitt des zweiten Musters (115b), die in dem verschachtelten Muster (115c) enthalten sind, jeweils dahin gehend ausgewählt sind, eine Metrik, die der digitalen Komprimierung des verschachtelten Musters (115c) zugeordnet ist, zu optimieren.
Mikrowellenabbildungssystem (10) zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels (155), das folgende Merkmale aufweist: eine Mikrowellenquelle (60) zum Bereitstellen einer Mikrowellenstrahlung; einen Mikrowellenempfänger (40) zum Empfangen einer Mikrowellenstrahlung; und ein Reflektorantennenarray, das eine Mehrzahl von Antennenelementen (80) aufweist, wobei jedes der Antennenelemente in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem Sendemuster (115a) programmiert zu werden, um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung von der Mikrowellenquelle auf das Ziel zu richten, und wobei jedes in der Lage ist, mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem Empfangsmuster (115b) programmiert zu werden, um einen reflektierten Strahl einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel (155) reflektiert wird, zu dem Mikrowellenempfänger zu reflektieren; wobei die Mehrzahl von Antennenelementen (80) mit jeweiligen Phasenverschiebungen in einem verschachtelten Muster (115c) programmiert ist, das einen Abschnitt des Sendemusters (115a) und einen Abschnitt des Empfangsmusters (115b) umfasst, um das Mikrowellenbild des Ziels (155) aufzunehmen.
System (10) gemäß Anspruch 11, bei dem das verschachtelte Muster (115c) ein direktes verschachteltes Muster des Sendemusters (115a) und des Empfangsmusters (115b) ist.
System (10) gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem der Abschnitt des Sendemusters (115a) und der Abschnitt des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dahin gehend ausgewählt sind, die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger ohne eine entsprechende Verringerung der konstruktiven Störung an dem Ziel (155) zu erhöhen.
System (10) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) ein quantisiertes phasenverschobenes Antennenelement ist.
System (10) gemäß Anspruch 14, bei dem die Phasenverschiebungen (400) jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) für das Sendemuster (115a) und das Empfangsmuster (115b) auf der Basis einer idealen Phase (800) ausgewählt sind, und bei dem der Abschnitt des Sendemusters (115a) und der Abschnitt des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dahin gehend ausgewählt sind, einen Quantisierungsfehler auf der Basis eines Phasenversatzes von der idealen Phase (800) für jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) zu minimieren.
System (10) gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem der Abschnitt des Sendemusters (115a) und der Abschnitt des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) jeweils dazu ausgewählt sind, eine Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen in dem Array (50) zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern zu minimieren.
Verfahren zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels (155), das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (1210) eines Arrays (50), das eine Mehrzahl von reflektierenden Antennenelementen (80) umfasst; Entwerfen (1220) eines Sendemusters (115a) von jeweiligen Phasenverschiebungen (400) für jedes der reflektierenden Antennenelemente (80), um einen Strahl (70) einer Mikrowellenstrahlung von einer Mikrowellenquelle auf das Ziel (155) zu richten; Entwerfen (1230) eines Empfangsmusters (115b) von jeweiligen Phasenverschiebungen (400) für jedes der reflektierenden Antennenelemente (80), um einen reflektierten Strahl (20) einer Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel (155) reflektiert ist, zu einem Mikrowellenempfänger (40) zu reflektieren; und Programmieren (1240) jedes der Mikrowellenantennenelemente (80) mit einer jeweiligen Phasenverschiebung (400) in einem verschachtelten Muster (115c), das einen Abschnitt des Sendemusters (115a) und einen Abschnitt des Empfangsmusters (115b) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 17, bei dem das verschachtelte Muster (115c) ein direktes verschachteltes Muster des Sendemusters (115a) und des Empfangsmusters (115b) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem das Programmieren (1240) ein Auswählen des Abschnitts des Sendemusters (115a) und des Abschnitts des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) dahin gehend umfasst, die destruktive Störung an dem Mikrowellenempfänger (40) ohne eine entsprechende Verringerung der konstruktiven Störung an dem Ziel (155) zu erhöhen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem das Entwerfen (1220) des Sendemusters (115a) und das Entwerfen (1230) des Empfangsmusters (115b) ein Auswählen der Phasenverschiebungen jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) für das Sendemuster und das Empfangsmuster auf der Basis einer idealen Phase (800) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem jedes der reflektierenden Antennenelemente (80) ein quantisiertes phasenverschobenes Antennenelement ist und bei dem das Programmieren (1240) ferner ein Auswählen des Abschnitts des Sendemusters (115a) und des Abschnitts des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) dahin gehend umfasst, einen Quantisierungsfehler auf der Basis eines Phasenversatzes von der idealen Phase (800) für jedes der Mehrzahl von Antennenelementen (80) zu minimieren.
Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 21, bei dem das Programmieren (1240) ferner ein Auswählen des Abschnitts des Sendemusters (115a) und des Abschnitts des Empfangsmusters (115b) in dem verschachtelten Muster (115c) dahin gehend umfasst, eine Anzahl von Phasenverschiebungsänderungen in dem Array (50) zwischen aufeinander folgenden Mikrowellenbildern zu minimieren.