CN108604724A - 虹膜匹配型pcb到波导转变 - Google Patents

Abstract

本申请公开了涉及一种电磁装置的实施例。在一个方面中，本装置包括被配置为传播电磁信号的电路板。该装置还包括被配置为传播电磁信号的波导。该装置还包括耦合端口，该耦合端口被配置为在电路板与波导之间耦合信号，其中耦合端口具有基于端口的期望阻抗的尺寸。

Description

虹膜匹配型PCB到波导转变

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月3日递交的美国专利申请15/014,508号的优先权，特此通过引用将该美国专利申请全部并入。

背景技术

除非本文另外指出，否则本部分中描述的材料并不是本申请中的权利要求的现有技术，并且并不因为被包括在本部分中就被承认为是现有技术。

无线电检测和测距(雷达)(Radio detection and ranging，RADAR)系统可用于通过发射无线电信号并且检测返回的反射信号来主动估计到环境特征的距离。可根据发送和接收之间的时间延迟来确定到无线电反射特征的距离。雷达系统可发射频率随着时间流逝而变化的信号，例如具有时变频率斜升的信号，然后将发射的信号和反射的信号之间的频率的差异与距离估计关联起来。一些系统也可基于接收到的反射信号中的多普勒频移来估计反射性物体的相对运动。定向天线可用于信号的发送和/或接收以将每个距离估计与方位关联起来。更一般而言，定向天线也可用于将辐射的能量聚焦在给定的感兴趣的视野上。将测量到的距离与方向信息相结合允许绘制周围环境特征的地图。雷达传感器从而例如可被自主车辆控制系统用于避开传感器信息所指示的障碍物。

一些示例汽车雷达系统可被配置为在77千兆赫(GHz)的电磁波频率下操作，这对应于毫米(mm)电磁波长(例如，对于77GHz是3.9mm)。这些雷达系统可使用能够将辐射的能量聚焦成密集波束的天线以使得雷达系统能够以高精度测量环境，例如自主车辆周围的环境。这种天线可能是小巧的(通常具有矩形形状参数；例如1.3英寸高乘2.5英寸宽)，有效的(即，应当有少量的77GHz能量损耗到天线中的热量，或者反射回到发送器电子器件中)，并且制造起来是廉价的。

发明内容

本申请公开了涉及一种电磁装置的实施例。在一个方面中，本装置包括被配置为传播电磁信号的电路板。该装置还包括被配置为传播电磁信号的波导。该装置还包括耦合端口，该耦合端口被配置为在电路板与波导之间耦合信号，其中耦合端口具有基于端口的期望阻抗的尺寸。

在另一方面中，本申请描述了一种方法。该方法涉及由电路板传导电磁能量。该方法还包括由电路板的辐射组件辐射电磁能量的至少一部分。另外，该方法还包括由耦合端口将辐射电磁能量的至少一部分耦合到波导中，其中耦合端口是波导与电路板之间的通路并且其中耦合端口具有基于端口的期望阻抗的尺寸。

在另外一方面中，本申请描述了另一种方法。该方法可包括由波导传导电磁能量。该方法还可包括由耦合端口从波导耦合辐射电磁能量的至少一部分作为接收的电磁能量，其中耦合端口是波导与电路板之间的通路并且其中耦合端口具有基于端口的期望阻抗的尺寸。该方法还可包括由电路板的耦合组件将接收的电磁能量的至少一部分从耦合端口耦合到电路板。

在另一方面中，提供了一种系统，该系统包括用于传导电磁能量的装置。该方法还包括用于由辐射装置辐射电磁能量的至少一部分的装置。另外，该系统还包括用于由耦合装置将辐射电磁能量的至少一部分耦合到导向装置中的装置，其中耦合装置是导向装置与用于传导电磁能量的装置之间的通路并且其中耦合装置具有基于耦合装置的期望阻抗的尺寸。

在另一方面中，提供了一种系统，该系统包括用于由导向装置传导电磁能量的装置。该系统还可包括用于由耦合装置将辐射电磁能量的至少一部分从导向装置耦合作为接收的电磁能量的装置，其中耦合装置是导向装置与用于传导电磁能量的装置之间的通路并且其中耦合装置具有基于耦合装置的期望阻抗的尺寸。该方法还可包括用于由耦合装置将接收的电磁能量的至少一部分从耦合装置耦合到用于传导电磁能量的装置的装置。

前述总结只是例示性的，而并不打算以任何方式进行限定。除了以上描述的说明性方面、实施例和特征以外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得清楚。

附图说明

图1A是将电磁能量耦合到导向物中的示例方法的流程图。

图1B是从导向物耦合电磁能量的示例方法的流程图。

图2A根据示例实施例图示了示例天线的第一层。

图2B根据示例实施例图示了示例天线的第二层。

图2C根据示例实施例图示了示例天线的装配视图。

图2D根据示例实施例图示了示例天线的装配视图。

图2E根据示例实施例图示了在装配的示例天线内部形成的概念性波导通道。

图3A根据示例实施例图示了示例天线的分波通道的网络。

图3B根据示例实施例图示了图3A的分波通道的网络的替换视图。

图4A图示了示例的虹膜匹配型PCB到波导转变。

图4B根据示例实施例图示了两个PCB安装耦合结构的自上而下视图。

图4C根据示例实施例图示了PCB安装耦合结构的示例布置。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考形成描述的一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有指示。详细描述、附图和权利要求中描述的例示性实施例并不欲进行限定。可以利用其他实施例，并且可以作出其他改变，而不脱离本文给出的主题的范围。容易理解，本文概括描述并且在附图中图示的本公开的各方面可按许多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些在这里都明确地设想到了。

以下详细描述公开了一种包括例如用于自主车辆的雷达系统的天线的装置，以及用于操作这种天线的方法。在一些示例中，天线可以是“双重末端开口波导”(dual open-ended waveguide，DOEWG)天线。术语“DOEWG”可以指一短段水平波导通道加上分成两个部分的垂直通道，其中垂直通道的两个部分的每一者包括被配置为辐射进入天线的电磁波的至少一部分的输出端口。

示例DOEWG天线可包括例如两个金属层(例如，铝板)，这两个金属层可以用计算机数控(computer numerical control，CNC)来加工、被适当对齐并且被接合在一起。第一金属层可包括输入波导通道的前一半，其中第一波导通道的前一半包括可被配置为将电磁波(例如，77GHz毫米波)接收到第一波导通道中的输入端口。第一金属层也可包括多个分波通道的前一半。多个分波通道可包括如下通道的网络：这些通道从输入波导通道分支出来并且可被配置为从输入波导通道接收电磁波，将电磁波划分成多个部分的电磁波(例如，功率分配器)，并且将各个部分的电磁波传播到多个波辐射通道中的各个波辐射通道。DOEWG也可包括至少一个印刷电路板(printed circuit board，PCB)背板，其被配置为执行以下各项中的至少一者：吸收一些电磁辐射，和将电磁辐射注入到波导中。

另外，第一金属层可包括多个波辐射通道的前一半，其中各个波辐射通道可被配置为从分波通道接收电磁波的各个部分，并且其中各个波辐射通道的前一半包括被配置为将电磁波的子部分传播到另一金属层的至少一个波定向构件。

另外，第二金属层可包括输入波导通道、多个分波通道和多个波辐射通道的后一半。各个波辐射通道的后一半可包括至少一对输出端口，该至少一对输出端口与至少一个波定向构件部分对齐并且被配置为把从至少一个波定向构件传播来的电磁波的子部分辐射出第二金属层。更具体而言，给定的波定向构件与相应的一对输出端口的组合可采取DOEWG的形式(并且在本文中可被称为DOEWG)，如上所述。

虽然在这个特定示例中天线包括多个分波通道和多个波辐射通道，但在其他示例中天线可只包括被配置为把由输入端口接收的所有电磁波传播到一个或多个波辐射通道的单个通道。例如，所有电磁波可被单个DOEWG辐射出第二金属层。其他示例也是可能的。

此外，虽然在这个特定示例中，以及在本文描述的其他示例中，天线装置可由至少两个金属层构成，但应当理解在另外的示例中，以上描述的通道中的一个或多个可被形成为单个金属层，或者被形成为构成天线的多于两个金属层。此外，在这里的示例内，描述了电磁波从DOEWG天线的一层传播到另一层(或者其部分/子部分)的概念，是为了例示天线的某些组件的功能，例如波定向构件。在现实中，电磁波在其通过天线传播的某些点期间可能不会被限制于通道的任何特定“一半”。相反，在这些特定点，当给定通道的两半被组合来形成该给定通道时，电磁波可自由传播经过这两半。

在本文论述的一些实施例中，两个金属层可被直接接合，而不使用粘合剂、电介质或其他材料，并且没有可用于接合两个金属层的诸如焊接、扩散压合等等之类的方法。例如，可通过使两个层物理接触来接合两个金属层，而没有任何进一步的耦合这些层的手段。

在一些示例中，本公开包括被配置为吸收一些电磁辐射的印刷电路板(PCB)背板。先前论述的辐射波导可被配置为在辐射波导输入处接收电磁信号，将电磁信号沿着辐射波导的长度传播，并且将电磁信号的至少一部分耦合到被配置为辐射耦合的电磁信号的至少一个辐射元件。然而，电磁信号的一部分可不被辐射，而是可被反射或者被遏制在波导内。这个电磁能量可在雷达系统中产生不想要的影响。因此，为了减小来自未被辐射的电磁能量的影响，可能希望将未辐射的电磁能量吸收到负载中。波导可各自被耦合到被配置为吸收存在于波导中的未辐射电磁能量的耦合端口(或端接/衰减端口)。

在一个示例中，波束形成网络输出的每一者可具有相应的波导分路(waveguideshunt)，也就是波导的末端，其位于波导的与各个波束形成网络输出相反的一端。在这些分路之中，一个可耦合到波束形成网络输入。其余的分路可各自耦合到相应的耦合端口。在一些示例中，每个分路——包括具有馈给的分路——可耦合到耦合端口。耦合端口可与波导的主长度垂直对齐。此外，耦合端口可包括一种几何结构来将波导与衰减组件阻抗匹配。例如，耦合端口可以是波导块中的一个孔，其将电路板层耦合到波导层。

在一个示例中，耦合端口可将波束形成网络的波导经由耦合端口耦合到位于PCB上的衰减组件。在另一示例中，耦合端口可经由耦合端口将PCB上的馈给耦合到波束形成网络的波导。

衰减组件可包括PCB上的金属迹线。金属迹线可起到将未辐射电磁能量从波导耦合出来进入到PCB中的作用。一旦未辐射电磁能量已被耦合到迹线，各种不同的手段就可用于吸收未辐射电磁能量。在一个示例中，迹线可耦合到可耗散未辐射电磁能量的其他组件。在一个示例中，迹线可被涂覆以电有损材料，该材料将在其耦合到未辐射电磁能量时吸收存在于迹线的表面上的电流。在另一示例中，PCB可具有被配置为吸收未辐射电磁能量的微带线。微带线可基于这些线由诸如镍铬合金之类的电磁有损材料制成而吸收未辐射电磁能量。在另一示例中，PCB可由电磁有损材料构造而成。

在一个示例中，耦合端口的至少一部分可起到将电磁能量耦合到被配置为吸收未辐射电磁能量的组件的作用。在一个不同的示例中，每个耦合端口可起到将未辐射电磁能量路由到被配置为吸收来自多于一个耦合端口的能量的衰减组件的作用。

天线装置可包括被配置为充当波导馈给的耦合端口。波导馈给可以是使得电磁波能够进入天线装置的金属结构的耦合端口。当电磁波进入天线装置时，其可如前所述被划分和辐射。

在另外的示例中，耦合端口可充当双向端口。其既可向波导提供馈送信号也可从波导移除未辐射电磁能量。

天线装置的每个耦合端口可具有关联的端口阻抗。端口阻抗可影响该端口能够耦合到天线装置中或从天线装置耦合出的电磁能量的百分比。因此，可能希望优化端口阻抗以便能量能够有效地进入或离开天线装置。可能有若干种方法可用来优化端口阻抗。在一些示例中，可更改端口几何结构以调整端口阻抗。例如，耦合端口可位于先前描述的分裂块构造装置的底块中。耦合端口可位于波导与电路板之间的底块中。为了实现期望的端口阻抗，可从底块的顶侧和底侧两者加工端口。更窄的波导部分可增大波导电感，而更宽的波导部分可增大波导电容。

现在参考附图，图1A是将电磁能量耦合到导向物中的示例方法100的流程图。并且，图1B是从导向物耦合电磁能量的示例方法110的流程图。应当理解，本文没有描述的其他操作方法也是可能的。

还应当理解，这种天线的给定应用可确定以上描述的两个金属层的各种加工部分的适当尺寸和大小(例如，通道大小、金属层厚度等等)和/或本文描述的天线的其他加工(或非加工)部分/组件的适当尺寸和大小。例如，如上所述，一些示例雷达系统可被配置为在77GHz的电磁波频率下操作，这对应于毫米电磁波长度。在此频率下，通过方法100和方法110制造的装置的通道、端口等等可具有适合于77GHz频率的给定尺寸。其他示例天线和天线应用也是可能的。

虽然这些方框是按先后顺序示出的，但这些方框也可被并行执行，和/或按与本文描述的那些不同的顺序执行。另外，基于期望的实现方式，各种方框可被组合成更少的方框，划分成额外的方框，和/或被去除。

另外，图1A的方法100和图1B的方法110可由结合图2A-2F、图3A、图3B和图4A-图4C描述的设备来实现。

在方框102，方法100包括由电路板传导电磁能量(例如，77GHz毫米电磁波)。在各种示例中，取决于各种实施例，电磁能量可按若干个不同模式中的至少一种传播。在一个示例中，电磁能量可沿着电路板上的差分线对传播。在另一示例中，电磁能量可沿着电路板上的单条线传播。电磁能量可以是由天线和/或雷达单元发送的信号。在各种示例中，不同类型的信令可用于形成电磁能量。在实践中，方法100可以是在雷达信号的发送期间执行的方法。

在方框104，方法100包括由电路板的辐射组件辐射电磁能量的至少一部分。电路板可具有辐射电磁能量的至少一个组件。在一些示例中，这个辐射组件在功能上可类似于电路板安装贴片天线。各种其他类型的组件也可用于从电路板辐射电磁能量。在本公开的上下文内也可使用各种天线、贴片、沟槽或其他辐射组件。辐射组件也可充当可从耦合端口接收电磁能量的组件(即，可以双向方式工作的组件)。

辐射组件被配置为把在电路板上传播的电磁能量的至少一部分转换成辐射电磁能量(即，未被遏制在电路板的迹线上或者电路板内的电磁能量)。

在方框106，方法100包括通过耦合端口将辐射电磁能量的至少一部分耦合到波导中。耦合端口可以是波导和电路板之间的通路。该通路允许来自电路板的电磁能量进入波导。耦合端口可具有基于端口的期望阻抗的尺寸。端口的阻抗可对于来自电路板的电磁能量耦合到波导中的百分比有部分贡献。因为端口阻抗可影响端口可耦合到天线装置中或从天线装置耦合出的电磁能量的百分比，所以可能希望优化端口阻抗以便能量可有效地进入或离开天线装置。端口阻抗的优化可通过调整端口尺寸来控制。

在一些示例中，电路板可耦合到形成本系统的天线(即，雷达)单元的块。例如，如参考以下附图所述，系统可被构造成块。波导和关联的波束形成网络可被创建在该块的平面上。在各种示例中，电路板可被安装在底块的底部，并且耦合端口可穿过底块的底部。在另一示例中，电路板可被安装到块的一侧。在这个示例中，耦合端口可穿过顶块和底块的一者或两者的一侧。

转到图1B，在方框112，方法110包括由波导来传导电磁能量。波导中的电磁能量可能是由波导的至少一个天线从系统的外部接收的。在实践中，方法110可以是在雷达信号的接收期间执行的方法。耦合到波导的(一个或多个)天线可接收反射的电磁能量并且沿着波导传播电磁能量。

在方框114，方法110包括通过耦合端口从波导耦合辐射电磁能量的至少一部分作为接收的电磁能量。如前所述，耦合端口可以是波导与电路板之间的通路。作为方法110的一部分，该通路允许来自波导的电磁能量离开波导并且耦合到电路板的组件。

方法110的耦合端口可以与方法100的耦合端口类似的方式工作，但以相反方向操作(例如，方法100使得电磁能量从电路板进入导向物，而方法110使得电磁能量离开导向物去到电路板)。类似于方法100，方法110的耦合端口可具有基于端口的期望阻抗的尺寸。端口的阻抗可部分对于来自电路板的电磁能量的耦合到波导中的百分比有贡献。因为端口阻抗可影响端口可耦合到天线装置中或从天线装置耦合出的电磁能量的百分比，所以可能希望优化端口阻抗以便能量可有效地进入或离开天线装置。端口阻抗的优化可通过调整端口尺寸来控制。

在方框116，方法110包括通过电路板的耦合组件把接收的电磁能量的至少一部分从耦合端口耦合到电路板。电路板可具有至少一个接收电磁能量的组件。在一些示例中，这个接收组件在功能上可类似于电路板安装贴片天线。各种其他类型的组件也可用于从电路板辐射电磁能量。在本公开的上下文内也可使用各种天线、贴片、沟槽或其他辐射组件。接收组件也可充当可将电磁能量耦合到耦合端口中的组件(即，可以双向方式工作的组件)。

接收组件被配置为把来自耦合端口的电磁能量的至少一部分转换到电路板中(即，使得电磁能量沿着迹线或在电路板内传播)。

图2A-2F的组件的布置被示为其中可使用本公开的示例系统和布置。波导和天线的其他形状、对齐、位置、样式和其他布置可与本文公开的PCB转变耦合端口结合使用。

图2A图示了包括多个波导通道202的前一半的示例第一金属层200。这些波导通道202可包括多个细长片段204。在每个细长片段204的第一端206可以是多个共线的波定向构件208，其中每一者具有与其他波定向构件相似或不同的大小。根据以上的描述，细长片段204的第一端206在这里可被称为波辐射通道的前一半。

在通道202的与第一端206相反的第二端210，细长片段204之一可包括通孔212(即，耦合端口)。给定量的功率可用于将相应量的电磁波(即，能量)馈送到装置中，并且通孔212可以是这些波被馈送到装置中的位置。根据以上描述，波导通道202的包括输入端口的单个通道/片段在这里可被称为输入波导通道。另外，如本公开各处所论述的，通道202的第二端210可耦合到衰减组件(这里未示出)。

在进入装置后，电磁波一般可如图所示在+x方向上朝着功率分配器的阵列214(即，“波束形成网络”)行进。阵列214可起到分割电磁波并且将波的各个部分传播到每个细长片段204的各个第一端206的作用。更具体而言，波在离开阵列214之后可继续在+x方向上朝着波定向构件208传播。根据以上描述，波导通道的阵列214部分在这里可被称为分波通道。

当电磁波的一些部分在波导通道202的每个细长片段204的第一端206处到达波定向构件208时，波定向构件208可通过电磁能量的各个子部分传播到波导通道的后一半(即，在+z方向上，如图所示)。例如，电磁能量可首先到达凹陷入或被进一步加工到第一金属层200中的波定向构件(即，口袋)。该凹陷构件可被配置为传播电磁能量的比沿着第一端206再向前的后续构件的每一者更小的比例，这些后续构件可以是突出构件而不是凹陷构件。

另外，每个后续构件可被配置为传播在第一端206沿着该特定细长片段204行进的电磁能量的比它之前的构件更大的比例。这样，在第一端206的远端的构件可被配置为传播电磁能量的最高比例。每个波定向构件208可采取具有各种尺寸的各种形状。在其他示例中，多于一个构件可以是凹陷的(或者没有构件是凹陷)的。还有其他示例也是可能的。此外，不同数量的细长片段是可能的。

第二金属层可包含一个或多个波导通道的后一半，其中一个或多个波导通道的后一半的各个部分包括与一个或多个波导通道的前一半的细长片段基本对齐的细长片段，并且在该细长片段的一端包括至少一对通孔，该至少一对通孔与至少一个波定向构件部分对齐并且被配置为把从该至少一个波定向构件传播来的电磁波辐射出第二金属层。

在示例内，后一半的细长片段在以下情况下可被认为与前一半的细长片段基本对齐：当两个片段在阈值距离内时，或者当片段的中心在阈值距离内时。例如，如果两个片段的中心在彼此的大约±0.051mm内，则片段可被认为是基本对齐的。

在另一示例中，当两半被组合时(即，当两个金属层被接合在一起时)，如果片段的前一半的边缘和片段的后一半的相应边缘在彼此的大约±0.051mm内，则片段的边缘可被认为是基本对齐的。

在另外的示例中，当接合两个金属层时，一层可相对于另一层成角度，以使得它们的侧面不与彼此齐平。在这种其他示例中，当这个角度偏移小于大约0.5度时，两个金属层——从而片段的两半——可被认为是基本对齐的。

在一些实施例中，该至少一对通孔可与一个或多个波导通道的后一半的细长片段垂直。另外，至少一对通孔的各对可包括第一部分和第二部分。这样，给定的一对通孔可在第一部分处汇合以形成单个通道。该单个通道可被配置为接收由相应的波定向构件传播的电磁波的至少一部分并且将电磁波的至少一部分传播到第二部分。此外，第二部分可包括被配置为双合透镜的两个输出端口并且可被配置为接收来自该对通孔的第一部分的电磁波的至少一部分并且将电磁波的至少该部分传播出两个输出端口。

图2B图示了以上描述的第二金属层220。第二金属层220可包括图2A中所示的第一金属层200的多个波导通道202的后一半(即，输入波导通道的后一半、分波通道和波辐射通道)。如图所示，波导通道202的后一半可采取通道的前一半的大体形式，以便促进通道的两半的恰当对齐。后一半222的细长片段可包括功率分配器的阵列224的后一半。如上所述，电磁波可行经阵列224，在这里它们被划分成部分，并且这些部分随后行进(即，在+x方向上，如图所示)到细长片段222的后一半的各端226。

另外，给定的细长片段的末端226可包括多对通孔228，这些通孔228可与第一金属层200的波定向构件208至少部分对齐。更具体而言，每对通孔可与相应的波定向构件——也称为反射元件——至少部分对齐，以使得当电磁波的给定子部分被从第一金属层200传播到第二金属层220时，如上所述，这些子部分随后在-z方向上被辐射出该对通孔(即，一对输出端口)，如图所示。再一次，给定的波定向构件和相应的一对输出端口的组合可形成DOEWG，如上所述。

另外，所有DOEWG的组合在这里可被称为DOEWG阵列。在天线理论中，当天线具有更大的辐射孔径时(即，天线的多少表面区域辐射，其中表面区域包括DOEWG阵列)，该天线可具有更高的增益(dB)和更窄的波束宽度。这样，在一些实施例中，更高增益的天线可包括更多的通道(即，细长片段)，每个通道有更多的DOEWG。虽然图2A和图2B中所示的示例天线可适用于自主车辆用途(例如，六个细长片段，每个片段五个DOEWG)，但其他实施例也是可能的，并且这种其他实施例可被设计/加工用于各种应用，包括——但不限于——汽车雷达。

例如，在这种其他实施例中，天线可包括最少单个DOEWG。利用这种布置，输出端口可在所有方向上辐射能量(即，低增益，宽波束宽度)。一般而言，片段/DOEWG的上限可由用于第一和第二金属层的金属的类型来确定。例如，具有高电阻的金属可在电磁波沿着波导通道传播时衰减该电磁波。这样，当设计更大的高电阻天线时(例如，更多通道、更多片段、更多DOEWG等等)，经由输入端口注入到天线中的能量可被衰减到没有太多能量被辐射出天线的程度。因此，为了设计更大的天线，更小电阻(并且更大导电性)的金属可用于第一和第二金属层。例如，在本文描述的实施例中，第一和第二金属层中的至少一者可以是铝。另外，在其他实施例中，第一和第二金属层的至少一者可以是铜、银或另外的导电材料。此外，铝金属层可被电镀以铜、银或其他低电阻/高导电材料以提高天线性能。其他示例也是可能的。

天线可包括至少一个紧固件，该紧固件被配置为将第一金属层接合到第二金属层以使得一个或多个波导通道的前一半与一个或多个波导通道的后一半对齐以形成一个或多个波导通道(即，使多个分波通道的前一半与多个分波通道的后一半对齐，并且使多个波辐射通道的前一半与多个波辐射通道的第二半对齐)。在一些实施例中为了促进这一点，在第一金属层中，第一多个通孔(在图2A中未示出)可被配置为容纳该至少一个紧固件。此外，在第二金属层中，第二多个通孔(在图2B中未示出)可与第一多个通孔基本对齐并且被配置为容纳用于将第二金属层接合到第一金属层的至少一个紧固件。在这种实施例中，至少一个紧固件可被设置到对齐的第一和第二多个通孔中并且以使得两个金属层被接合在一起的方式被固定。

在一些示例中，至少一个紧固件可以是多个紧固件。诸如螺钉和定位销之类的机械紧固件(以及用于促进紧固的技术)可用于将两个金属层接合到一起。另外，在一些示例中，两个金属层可被直接接合到一起，其间没有粘合层。此外，可利用不同于粘合、扩散压合、焊接、钎焊之类的方法来将两个金属层接合在一起。然而，有可能在其他示例中，这种方法可作为已知的或尚未知的用于接合金属层的任何方法的附加或替换被使用。

在一些实施例中，作为第一和/或第二金属层的多个通孔的附加或替换，一个或多个盲孔可被形成到第一金属层中和/或第二金属层中。在这种实施例中，一个或多个盲孔可用于紧固(例如，容纳螺钉或定位销)或者可用于其他用途。

图2C图示了示例天线240的装配视图。示例天线240可包括第一金属层200和第二金属层220。第二金属层220可包括被配置为容纳定位销、螺钉等等的多个孔242(通孔和/或盲孔)。第一金属层200也可包括与第二金属层220的孔242对齐的多个孔(未示出)。

另外，图2C图示了给定宽度246和给定长度248的DOEWG阵列244，其中宽度246和长度248可基于天线240的DOEWG和通道的数目而变化。例如，在示例实施例中，DOEWG阵列可具有大约11.43mm的宽度和大约28.24mm的长度。另外，在这种示例实施例中，作为示例天线240的其他尺寸的附加或替换，这些尺寸可被加工为具有不小于大约0.51mm误差，虽然在其他实施例中，可能要求更大或更小的误差。DOEWG阵列的其他尺寸也是可能的。另外，在一些示例中，其他形状的输出可用于辐射元件。虽然在图2C中被示为椭圆，但辐射元件可采取任何形状并且该形状对于本公开不是关键的。在一些示例中，辐射元件可以是方形的、圆形的、线状的、z形的，等等。

在一些实施例中，第一和第二金属层200、220可从铝板(例如，约6.35mm坯料)加工而来。在这种实施例中，第一金属层200可至少3mm厚(例如，约5.84mm至6.86mm)。另外，第二金属层220可被从6.35mm坯料加工到约3.886mm的厚度。其他厚度也是可能的。

在一些实施例中，两个金属层200、220的接合可导致两个层的配合面之间的空气隙或其他不连续。在这种实施例中，这个空隙或不连续可接近(或者可能尽可能靠近)天线装置的长度的中心并且可具有大约0.05mm或更小的大小。

图2D图示了示例天线240的另一装配视图。如图所示，第一金属层200可包括被配置为容纳定位销、螺钉等等的多个孔250(通孔和/或盲孔)。多个孔250中的一个或多个可与第二金属层220的孔242对齐。另外，图2D示出了输入耦合端口212，其中天线240可将电磁波接收到一个或多个波导通道202中。此外，图2D的特征在于多个耦合端口252。耦合端口252可从第一金属层200内的波导耦合到PCB(图2D中未示出)上的从各个耦合端口耦合电磁能量的组件。耦合端口212、252可采取图4A的耦合端口404的形式。

图2E图示了在装配的示例天线内部形成的概念性波导通道260。更具体而言，波导通道260采取图2A和图2B的波导通道202的形式。例如，通道260包括到输入波导通道264的输入端口262。通道260还包括分波通道266和多个辐射双合透镜268(即，DOEWG阵列)。如上所述，当电磁波在输入耦合端口262处进入通道260时，它们可在+x方向上行经输入波导通道264并且被分波通道266(例如，被功率分配器)划分成多个部分。电磁波的这些部分随后可在+x方向上行进到各个辐射双合透镜268，其中这些部分的子部分被辐射出输出端口的每个DOEWG通孔对，例如对270。

在特定的波辐射通道中，电磁波的一部分可首先被用凹陷的波定向构件272(即，逆向阶梯，或“阱”)传播经过第一DOEWG，如上所述。这个凹陷的波定向构件272可被配置为在特定波辐射通道的DOEWG的所有构件之中辐射最小比例的能量。在一些示例中，后续的波定向构件274可被形成(例如突出，而不是凹陷)以使得每个后续的DOEWG可辐射比它之前的DOEWG更高比例的剩余能量。换句话说，每个波定向构件272、274一般可被形成为“阶梯切割”到水平(+x方向)通道中(即，波辐射通道，或者如上所述的“细长片段”的“第一端”)，并且被天线用于调节被辐射的能量的量与沿着天线进一步发送的能量的量。

在一些实施例中，给定的DOEWG可能不能够辐射多于阈值水平的能量并且可能不能够辐射少于阈值水平的能量。这些阈值可基于DOEWG组件(例如，波定向构件、水平通道、垂直通道、两个输出端口之间的桥等等)的尺寸而变化，或者可基于与天线相关联的其他因素而变化。

在一些实施例中，第一和第二金属层可被加工成使得波导通道260的各种侧面具有圆形边缘，例如边缘276、278和280。

图2E中还示出了耦合端口282和基于PCB的耦合组件284。基于PCB的耦合组件284可耦合到耦合端口282。并且耦合端口282可耦合到分波通道266的细长片段222。参考图4A和图4B来进一步论述基于PCB的耦合组件284和耦合端口282的设计。

图3A根据示例实施例图示了示例天线的分波通道300的网络。图3B根据示例实施例图示了分波通道300的网络的替换视图。

在一些实施例中，分波通道300的网络(例如，波束形成网络，如上所述)可采取功率分配器的树的形式，如图3A中所示。能量可通过输入波导通道进入天线并且在每个功率分配器(例如功率分配器302)处被划分(即，分割)成更小的部分，并且可经由后续的功率分配器被划分多次，以使得相应量的能量被馈送到每个波辐射通道中(能量A-F，如图所示)。在给定的功率分配器处划分的能量的量可由功率分配比来控制(即，在划分之后多少能量进入一个通道304与多少能量进入另一通道306)。给定的功率分配比可基于相应功率分配器的尺寸来调整。

在示例内，用于在两个通道304、306之间划分能量的技术可以是使用例如图3A的底部所示的通道的结构(例如，“四端口支线耦合器”)。这种技术和结构设计可包括通道的末端处的衰减组件310和耦合端口308，如图3A和3B中所示，其中每个耦合端口308被配置为将通过通道向后返回的能量耦合到衰减组件310之一。衰减组件310可被配置为吸收返回的能量。参考图4B来进一步论述衰减组件310和耦合端口308的设计。

图4A图示了包括耦合端口404、衰减组件410和耦合组件408的示例波导402端接。衰减组件410可被安装在PCB 406上(例如，衰减组件410可以是PCB上的金属迹线)。PCB可被安装到天线的底表面，就像图2D中示出的那种一样。此外，图4A图示了耦合端口404的一种示例使用。耦合端口404也可用于除当前公开的天线装置以外的实例中。例如，耦合端口404可用于电磁信号被耦合到波导中和/或耦合出波导的任何实例中。另外，本文公开的耦合端口404也可用于有效地将信号从PCB耦合到像天线那样的辐射结构，而不使用波导波束形成网络。

虽然图4A是以耦合组件408作为连接到衰减组件410的差分对的形式示出的，但在其他示例中，耦合组件408可具有不同的形状，例如单个贴片(如参考图4B所述)。此外，耦合组件408可以是双向组件，该双向组件既可能够馈送电磁信号来供天线单元发送，也可能够将电磁信号从波导耦合到衰减组件。

图4A的波导402可以是波导细长片段的一部分，例如图2A的细长片段204。更具体而言，图4A的波导402可以是细长片段之中的不包括馈给的一个细长片段。如前所述，在天线的操作期间，未被辐射组件辐射的一些电磁能量可被反射回到波导中。为了去除反射的电磁能量，波导402可被耦合到耦合端口404。耦合端口404可从波导402的平面向外垂直对齐。耦合端口404可被配置为通过耦合组件408将反射的电磁能量耦合到位于PCB 406上的衰减组件(在这里示为线410)。

在一些示例中，例如图4A中所示，每个耦合端口404的形状可以按匹配(或近似匹配)波导的阻抗的方式来设定。通过阻抗匹配，可最大化从波导402耦合到耦合端口404的反射电磁能量的量。例如，耦合端口404可具有尺寸不同以实现正确阻抗匹配的部分。另外，在天线单元具有多个耦合端口的实例中，每个耦合端口可基于对于每个相应耦合端口希望的阻抗匹配而具有其自己的尺寸。

耦合端口404被示为具有颈部418，该颈部418具有比耦合端口404的其余部分更窄的尺寸。在这个示例中，通过使颈部418变窄，增大了耦合端口404的电感。电感的增大可用于使耦合组件408的阻抗与波导402的阻抗匹配(或者更近似地匹配)。当匹配了阻抗时，可最大化波导402与耦合组件408之间的电磁能量的功率传送。耦合端口404的宽度的加宽可增大耦合端口404的电感。取决于具体实施例，可针对波导402与耦合组件408之间的阻抗匹配设计耦合端口404的尺寸。

此外，耦合端口404和耦合组件408被示为耦合到波导的底部。在其他示例中，耦合端口404、PCB 406和耦合组件408的对齐可具有不同的对齐。例如，耦合也可以是耦合到波导的一侧或末端(即，与波导层的平面的方向正交地耦合)。

为了创建耦合端口404，可既从耦合端口404的顶侧也从耦合端口404的底侧加工耦合端口404。通过设计具有可从两侧加工的尺寸的耦合端口404，可创建执行阻抗匹配功能并且同时制造起来也相对简单的耦合端口404。也可设计耦合端口的更复杂版本，但具有可从耦合端口的顶侧和底侧加工的端口可减小加工复杂度。

如前所述，耦合组件408被配置为通过耦合端口404把反射的电磁能量的至少一部分从波导耦合到衰减组件410。这样，当耦合组件408耦合反射的电磁能量的至少一部分时，耦合组件408可实质上充当接收天线。耦合组件408从波导接收反射的电磁能量的至少一部分并且将其耦合通过耦合端口。

在其他示例中，耦合端口404可起到将电磁能量注入到波导中的作用。在这个示例中，组件408被配置为通过耦合端口404将电磁能量的至少一部分从PCB 406上的馈送迹线(未示出)耦合到波导402。这样，当耦合组件408耦合电磁能量的至少一部分时，耦合组件408可实质上充当发送天线。耦合组件408发送来自馈送迹线的电磁能量的至少一部分并且将其耦合通过耦合端口。

在各种不同的示例中，耦合组件408可采取不同的形式。例如，耦合组件408可以是金属环状结构，如图4A中所示。耦合组件408的功能可类似于天线，也就是说耦合组件408可能够发送或接收电磁能量(即，波)。从功能上来说，在一个示例中，耦合组件408可以是被配置为把来自波导的导波转换成波导外的导波(例如，将波耦合到衰减组件)的组件。在另一示例中，耦合组件408可以是被配置为把来自波导外部的导波转换成波导中的导波的组件。

在各种示例中，可以各种方式利用各种材料来制作耦合组件408。如图4B中所示，耦合组件可以是电路板406上的金属迹线(或贴片)。然而，在其他示例中，耦合组件可以是附着到PCB的分立组件。例如，耦合组件可由被用金属涂覆、电镀或以其他方式覆盖的陶瓷形成。耦合组件408也可由冲压金属、弯曲金属或其他另外的金属结构形成。在一些额外的示例中，耦合组件408本身可以是第二电路板上的金属条带或组件，该第二电路板可被表面安装到PCB 406。

因此，有许多结构可起到使得来自波导中的波到不在波导中的波的波转换的作用并且可替代耦合组件408(或耦合组件412)。

在一些示例中，耦合组件408可以是起到以下两个作用的双向耦合器：(i)将信号从波导的外部耦合到波导中，以及(ii)将信号从波导的内部耦合出波导。

在一些另外的示例中，耦合组件408可被配置为将差分模式信号从波导外部耦合到波导中。在一些额外的示例中，耦合组件408可被配置为将信号从波导的内部耦合出波导作为差分模式信号。

在一些额外的示例中，耦合组件408可被配置为将单模式信号从波导外部耦合到波导中。在一些额外的示例中，耦合组件408可被配置为将信号从波导的内部耦合出波导作为单模式信号。

在各种实施例中，耦合组件408可被设计为具有优化耦合组件408在其输入和输出之间耦合的电磁能量的百分比的阻抗。

图4B示出了电路板406上的两种不同类型的耦合组件408和412的自上而下视图。如前所述，耦合组件408是差分对。耦合组件412是PCB 406上的贴片。如图4B中所示，耦合组件408耦合到差分对线416A。差分对线416A可被配置为耗散来自耦合组件408的反射的电磁能量，将电磁能量馈送到耦合组件408，或者当耦合组件408在双向模式中操作时既馈送也耗散电磁能量。类似地，单线416B可被配置为从耦合组件412耗散反射的电磁能量，将电磁能量馈送到耦合组件412，或者当耦合组件412在双向模式中操作时既馈送也耗散电磁能量。

图4B中还示出了接地点414。接地点414是可用于向PCB 406引入电气接地的点。接地点414可与波导块形成电接触，例如与图2D中所示的波导块的底部形成电接触。

衰减组件410被布置在PCB 406上，位于波导块结构的外部或者在波导块结构的外表面上。衰减组件410可从耦合组件408接收反射的电磁能量的至少一部分。在一些示例中，衰减组件410的表面可被配置为包括吸收反射的电磁能量的该部分。在一些另外的示例中，衰减组件可包括电路板上的至少一个微带线。此外，衰减组件可包括印刷在电路板上的导电墨水。

应当理解，波导通道、波导通道的各部分、波导通道的一侧、波定向构件等等的其他形状和尺寸也是可能的。在一些实施例中，波导通道的矩形形状可能制造起来是非常方便的，虽然已知的或尚未知的其他方法可被实现来以同等或者甚至更高的便利制造波导通道。

应当理解，本文描述的布置只是用于作为示例。因此，本领域技术人员将会明白，可以改为使用其他布置和其他元素(例如，机器、装置、接口、功能、顺序以及功能的分组，等等)，并且根据期望的结果可以完全省略一些元素。另外，所描述的元素中许多是可按任何适当的组合和位置实现为分立或分布的组件或者与其他组件结合实现的功能实体。

虽然本文已公开了各种方面和实施例，但本领域技术人员将会清楚其他方面和实施例。本文公开的各种方面和实施例是为了例示，而并不意图进行限定，范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种装置，包括：

电路板，被配置为传播电磁信号；

波导，被配置为传播电磁信号；以及

耦合端口，被配置为在所述电路板与所述波导之间耦合信号，其中所述耦合端口具有基于所述端口的期望阻抗的尺寸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耦合端口被配置为双向端口。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包括被配置为执行以下各项中的至少一者的辐射元件：(i)从所述波导辐射电磁能量；以及(ii)将电磁能量耦合到所述波导中。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包括分裂块构造，并且其中，所述电路板耦合到所述分裂块的底块。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述耦合端口位于所述分裂块的底块中。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述耦合端口具有既从所述底块的顶侧也从所述底块的底侧加工的尺寸。

7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述耦合端口位于所述分裂块的一侧中。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电路板包括被配置为将电磁信号辐射到所述耦合端口中的元件。

9.根据权利要求1所述的装置，还包括多个耦合端口。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括所述电路板的多个元件，所述多个元件的每一者被配置为将相应的电磁信号辐射到所述多个耦合端口之中的相应耦合端口中。

11.一种方法，包括：

由电路板传导电磁能量；

由所述电路板的辐射组件将所述电磁能量的至少一部分辐射为辐射电磁能量；并且

由耦合端口将所述辐射电磁能量的至少一部分耦合到波导中，其中所述耦合端口是所述波导与所述电路板之间的通路并且其中所述耦合端口具有基于所述端口的期望阻抗的尺寸。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括多个耦合端口和所述电路板的多个辐射组件，所述方法还包括每个耦合端口耦合由相应辐射组件辐射的所述辐射电磁能量的至少一部分。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述耦合由位于分裂块天线单元中的耦合组件执行，并且其中，所述电路板耦合到所述分裂块的底块。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述耦合端口位于所述分裂块的底块中。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述耦合端口具有既从所述底块的顶侧也从所述底块的底侧加工的尺寸。

16.一种方法，包括：

由波导传导电磁能量；

由耦合端口从所述波导耦合辐射电磁能量的至少一部分作为接收的电磁能量，其中所述耦合端口是所述波导与电路板之间的通路并且其中所述耦合端口具有基于所述端口的期望阻抗的尺寸；

由电路板的耦合组件将接收的电磁能量的至少一部分从所述耦合端口耦合到所述电路板。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括多个耦合端口和所述电路板的多个辐射组件，所述方法还包括每个耦合端口耦合由相应辐射组件辐射的辐射电磁能量的至少一部分。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述耦合由位于分裂块天线单元中的耦合组件执行，并且其中，所述电路板耦合到所述分裂块的底块。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述耦合端口位于所述分裂块的底块中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述耦合端口具有既从所述底块的顶侧也从所述底块的底侧加工的尺寸。