NL9400974A - Instelbare Fresnel zoneplaat. - Google Patents

Description

Instelbare Fresnel zoneplaat

De uitvinding heeft betrekking op een Fresnel zoneplaat van het reflecterende type, voor het concentreren van electromagnet ische straling in een brandpunt, omvattende een eerste stelsel van in een eerste oppervlak gelegen reflecterende deeloppervlakken en een tweede stelsel van in een tweede oppervlak gelegen reflecterende deeloppervlakken, welke deeloppervlakken de zones vormen van de Fresnel zoneplaat.

De toepassing van een Fresnel zoneplaat voor het concentreren van electromagnetische straling in een brandpunt is bekend uit bijvoorbeeld US-A 4,905,014.

Deze bekende Fresnel zoneplaat heeft als nadeel dat ze wordt gefabriceerd voor uitsluitend loodrecht invallende straling. De onderhavige uitvinding komt hieraan tegemoet en heeft als kenmerk, dat de Fresnel zoneplaat is voorzien van middelen voor het concentreren van electromagnetische straling uit een selecteerbare richting.

Voor het selecteren van een andere richting is het nodig het stelsel van reflecterende deeloppervlakken te wijzigen. Een gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de middelen mechanisch instelbare subreflectors omvatten en dat de deeloppervlakken worden gevormd door althans in hoofdzaak aaneengesloten subreflectors.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de subreflectors in de gebruiks-toestand steeds zijn gelegen in het eerste oppervlak of in het tweede oppervlak, zodat de mechanische instelling maar twee standen kent.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat de electrische afstand tussen het eerste oppervlak en het tweede oppervlak althans in hoofdzaak een kwart van de golflengte van de te concentreren electro-magnetische straling bedraagt.

Uit US-A 5,063,389 is een van mechanisch instelbare sub-reflectors voorziene Fresnel lens van het reflecterende type bekend. Bij deze bekende lens dient een subreflector proportioneel te worden gestuurd over een afstand van de helft van de golflengte van de te concentreren electromagnet ische straling. Naast de proportionele besturing, die het systeem duur en daarmee ongeschikt voor massaproduktie maakt, is het bezwaar dat de subreflector over een afstand moet worden verplaatst die twee keer zo groot is als in de onderhavige uitvinding. Van de uitvinding kan worden gesteld dat in het algemeen meer subreflectors nodig zijn, maar dat deze zeer goedkoop en licht kunnen worden uitgevoerd, waarmee een aanzienlijk snellere sturing kan worden gerealiseerd.

Een nog verdere goedkoop te produceren uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als kenmerk, dat het eerste oppervlak en het tweede oppervlak beiden platte vlakken zijn.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij:

Fig. 1 schematisch een Fresnel zoneplaat volgens de stand der techniek weergeeft;

Fig. 2 schematisch een Fresnel zoneplaat volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 3 een mogelijke uitvoeringsvorm van een electro-magnetisch instelbare subreflector weergeeft;

Fig. 4 een verdere uitvoeringsvorm van een electro-magnetisch instelbare subreflector weergeeft.

Een Fresnel zoneplaat kan worden gebruikt voor het concentreren van microgolfstraling in een brandpunt. Fig. 1 toont in doorsnede een bekende Fresnel zoneplaat voorzien van een eerste stelsel van deeloppervlakken 1 en een tweede stelsel van deeloppervlakken 2, die worden gevormd door een stelsel van cirkelvormige groeven in een metalen plaat 3.

De groeven hebben een diepte van een kwart van de golflengte van de te concentreren electromagnetische straling. Met een Fresnel lens van dit type kan men loodrecht opvallende straling concentreren in een brandpunt. Het principe van de Fresnel zoneplaat is bijvoorbeeld uitgebreid beschreven in Fundamentals of Opties, third edition, 1957, Jenkins and White, page 360.

Voor het concentreren van electromagnetische straling uit een vooraf bepaalde richting dient een daartoe geschikt stelsel Fresnel zones te worden berekend en in de Fresnel zoneplaat te worden gerealiseerd. De berekening van de Fresnel zones volgt direct uit de bekende Fresnel theorie, waarbij men uitgaat van een transformatie van een invallend vlak golffront in een doorgaans bolvormig golffront dat de electromagnetische energie bundelt in een vooraf gekozen brandpunt. Voor een loodrecht invallend golffront vormen de Fresnel zones het bekende stelsel bestaande uit een schijfvormige centrale spot met daaromheen een aantal concentrische cirkels waarvoor geldt dat de radius van cirkel m evenredig is met de wortel uit m. De cirkels worden dus steeds smaller en komen dichter bij elkaar te liggen. Voor een niet loodrecht binnenvallende straling is er niet langer sprake van cirkels maar van meer complexe, min of meer eivormige contouren. De contouren kunnen voor elke richting eenvoudig worden berekend door het oppervlak van de te bepalen Fresnel zoneplaat op te delen in een array van elementen en per element de weglengte van de electromagnetische straling, uitgaande van het brandpunt, via het element, naar een referentievlak loodrecht op de gewenste stralingsrichting te bepalen. De elementen waarvoor deze weglengte niet meer dan 1/4 golflengte scheelt met een te kiezen referentielengte, komen in een eerste oppervlak te liggen, de andere elementen in een tweede oppervlak, waarbij de oppervlakken samen de Fresnel zone-plaat vormen. Hierbij worden natuurlijk de weglengten modulo de golflengte van de electromagnetische straling bepaald.

Volgens de uitvinding wordt elk element gevormd door een subreflector die mechanisch instelbaar is. Fig. 2 toont, geheel analoog aan Fig. 1, schematisch een doorsnede van een Fresnel lens gevormd door een aaneengesloten stelsel van subreflectors 4, waarvan de naar de invallende straling toegewende zijde twee mogelijke standen kan innemen die een kwart van de golflengte van de te bundelen straling uiteenliggen. Het betreft dus een tweedimensionaal array van subreflectors 4, waarvan er voor de vorming van een Fresnel lens doorgaans duizenden nodig zullen zijn.

Voor het kiezen van de afmeting van een subreflector kan men als volgt te werk gaan. Afhankelijk van de toepassing kiest men een diameter en een brandpunt voor de Fresnel lens. Daarna berekent men voor een aantal richtingen van de invallende straling de Fresnel patronen. De afmetingen van een subreflector dient nu zodanig te zijn dat de fijnste structuren in de Fresnel patronen nog terug te vinden zijn in een overeenkomstig gestuurd stelsel van subreflectors.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van een electromagnetisch instelbare subreflector 4 wordt in doorsnede schematisch getoond in Fig. 3. Feitelijke subreflector 5 is uitgevoerd in metaal en is naar de opvallende straling toegewend en bevestigd op eën uit een ferromagnetisch materiaal, bij- voorbeeld weekijzer, vervaardigde pen 6 die kan schuiven in een doorboorde plaat 7, eveneens vervaardigd uit een ferro-magnetisch materiaal. In het verlengde van pen 6 is bevestigd een verlengstuk 8, vervaardigd uit een nagenoeg niet ferromagnetisch materiaal, welk verlengstuk 8 kan schuiven in doorboorde plaat 9. Tussen plaat 7 en plaat 9 is voorzien in een verder niet getoonde magnetische retourweg. Op deze wijze wordt een vrijwel gesloten magnetische weg verkregen die via pen 6 verloopt. Door de resterende niet-ferromagnetische spleet op te nemen in een spoel 10 en door vervolgens door deze spoel 10 een stroom te leiden, kan men de magnetische weg sluiten, waardoor feitelijke eubreflector 5 een kwart golflengte verschuift. Wordt de stroom onderbroken, dan verplaatst de veer 11 de feitelijke subreflector 5 naar de beginpositie, waarbij veer 11 eindigt tegen een plaat 12.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt verkregen door feitelijke subreflector 5, pen 6 en verlengstuk 8 samen uit kunststof te vervaardigen, welk kunststof vervolgens waar nodig wordt bedekt met ferromagnetisch materiaal en metaal.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van subreflector 4 wordt getoond in Fig. 4, waarbij is voorzien in twee spoelen 10 en 13 en twee met een verlengstuk 8 verbonden pennen 6 en 14, welke pen 14 kan schuiven in plaat 12 die hiertoe van een gat is voorzien en is vervaardigd uit een ferromagnetisch materiaal, bijvoorbeeld weekijzer. Er is weer voorzien in een magnetische retourweg tussen plaat 9 en plaat 12. Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat bekrachtiging van een spoel alleen nodig is bij het omschakelen van de ene naar de andere stand van subreflector 4.

Het is duidelijk dat analoge uitvoeringsvormen denkbaar zijn waarbij de spoel beweegt en het ferromagnetisch materiaal stilstaat.

Het is ook mogelijk een subreflector 4 zoals gegeven in Fig. 3 te bedrijven zonder veer 11. Hierbij wordt het inwendige van een subreflector onder druk gezet door een gas, welke druk een uitdrijvende kracht op pen 6 zal uitoefenen. Tegen deze kracht in kan men dan pen 6 naar binnen trekken door bekrachtiging van spoel 10. Door verder enige lek tussen een gat en een daaringelegen pen 6,14 of verlengstuk 8 toe te staan, kan men bovendien het ontsnappende gas benutten als luchtlager en als koelmedium voor de spoelen 10,13. Door de druk van het gas te regelen kan men tenslotte compenseren voor versnellingen die loodrecht op het oppervlak van de Fresnel zoneplaat werken en die zonder deze voorziening alle subreflectors in een stand zouden brengen.

Men kan de instelbare Fresnel zoneplaat met voordeel opnemen in een met een microgolfstraling doorlatende vloeistof gevuld reservoir, waarbij de vloeistof de golflengte van de microgolfstraling verkleint en daarmee de benodigde slag van een instelbare subreflector verkleint. Daarnaast kan een vloeistof de demping van de subreflector verbeteren en in smering voorzien. Bovendien kan men door het geschikt compartimenteren van het reservoir de vloeistof weer een overdruk in de subreflector laten bewerkstelligen voor het uitdrijven van pen 6.

De Fresnel zoneplaat kan ook worden aangestraald met een stralingsbron met een bolvormig golffront, bijvoorbeeld een microwave feedhorn. Uit het reciprociteitsbeginsel volgt dat dan een vlakke golf met selecteerbare richting kan worden gerealiseerd.

Claims (10)

1. Fresnel zoneplaat van het reflecterende type, voor het concentreren van electromagnetische straling in een brandpunt, omvattende een eerste stelsel van in een eerste oppervlak gelegen reflecterende deeloppervlakken en een tweede stelsel van in een tweede oppervlak gelegen reflecterende deeloppervlakken, welke deeloppervlakken de zones vormen van de Fresnel zoneplaat, met het kenmerk, dat de Fresnel zoneplaat is voorzien van middelen voor het concentreren van electromagnetische straling uit een selecteerbare richting.

2. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen mechanisch instelbare subreflectors omvatten en dat de deeloppervlakken worden gevormd door althans in hoofdzaak aaneengesloten subreflectors.

3. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de subreflectors in de gebruikstoestand steeds gelegen zijn in het eerste oppervlak of in het tweede oppervlak.

4. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de electrische afstand tussen het eerste oppervlak en het tweede oppervlak althans in hoofdzaak een kwart van de golflengte van de te concentreren electromagnetische straling bedraagt.

5. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het eerste oppervlak en het tweede oppervlak beiden platte vlakken zijn.

6. Fresnel zoneplaat volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de subreflectors zijn voorzien van een electromagnetische instelling met twee mogelijke standen.

7. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de electromagnetische instelling een beweegbaar, een ferromagnetisch materiaal bevattend deel, en tenminste een vast opgestelde spoel omvat.

8. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de electromagnetische instelling tenminste een beweegbare spoel en een vast opgesteld ferromagnetisch deel bevat.

9. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 6, met het kenmerk, is voorzien in middelen voor het in een gedefinieerde positie brengen van een subreflector bij een niet-bekrachtigde electromagnetische instelling.

10. Fresnel zoneplaat volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de middelen een overdruk omvatten van een medium in de subreflector.