CN109478726A - 包括极化旋转层的天线和雷达系统 - Google Patents

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Abstract

天线包括布置在第一阵列中的多个波导天线元件，其配置为以第一极化操作。该天线还包括布置在第二阵列中的多个波导输出端口，其配置为以第二极化操作。第二极化与第一极化不同。该天线还包括极化旋转层，其中限定有通道。极化旋转层设置在波导天线元件和波导输出端口之间。通道相对于波导天线元件以第一角度并且相对于波导输出端口以第二角度取向。通道配置为接收具有第一极化的输入电磁波并且发送具有第一中间极化的输出电磁波。波导输出端口配置为接收输入电磁波并辐射具有第二极化的电磁波。

Description

包括极化旋转层的天线和雷达系统
背景技术
除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请权利要求的现有技术，并且不因包含在本部分中而被认为是现有技术。
无线电探测和测距(RADAR)系统可用于通过发射无线电信号和探测返回的反射信号来主动估计到环境特征的距离。可以根据发送和接收之间的时间延迟来确定与无线电反射特征的距离。雷达系统可以发射频率随时间变化的信号，例如具有时变频率斜坡的信号，然后将发射信号和反射信号之间的频率差异与范围估计相联系。一些系统也可以基于所接收反射信号中的多普勒频移来估计反射物体的相对运动。定向天线可以用于信号的传输和/或接收，以将每个范围估计与方位(bearing)相关联。更普遍地，定向天线也可以用于将辐射能量聚焦在感兴趣的给定场上。结合测量距离和方向信息允许识别周围的环境特征和/或对周围的环境特征绘制地图(map)。因此，例如，雷达传感器可以由自主车辆控制系统使用，以躲避由传感器信息指示的障碍物。
一些示例汽车雷达系统可以配置在77千兆赫兹(GHz)的电磁波频率下操作，其对应于毫米(mm)电磁波长(例如，对于77GHz，为3.9mm)。这些雷达系统可使用可以将辐射能量聚焦到波束中的天线，以使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。这种天线可以是紧凑的(通常具有矩形形状因素；例如，1.3英寸高、2.5英寸宽)、高效的(即，在天线中损失成热的或者反射回发射器电子设备中的77GHz能量应该是少量的)、便宜的并且易于制造的。
在一些雷达系统(例如，雷达导航系统或无线电通信系统)中，雷达系统的多功能性可以通过旋转与要发射或已经接收的电磁波相关联的极化的能力来增强。特别是如果雷达系统包括波导的使用，在相对短的距离上执行极化旋转对于最小化雷达系统所经历的电磁损耗是至关重要的。
发明内容
在一个方面，本申请描述了一种天线。该天线包括布置在第一阵列中的多个波导天线元件，其配置为以第一极化操作。该天线还包括布置在第二阵列中的多个波导输出端口，其配置为以第二极化操作。第二极化与第一极化不同。该天线还包括极化旋转层，其中限定有通道。极化旋转层设置在波导天线元件和波导输出端口之间。通道相对于波导天线元件以第一角度并且相对于波导输出端口以第二角度取向。通道配置为接收具有第一极化的输入电磁波并且发送具有第一中间极化的输出电磁波。波导输出端口配置为接收输入电磁波并辐射具有第二极化的电磁波。
在另一方面，本申请描述了一种雷达系统。该雷达系统包括发射器。发射器包括布置在第一阵列中的多个第一波导天线元件，其配置为以第一极化操作。发射器还包括第一极化旋转层，其中限定有第一通道。第一极化旋转层与第一波导天线元件相邻设置。第一通道相对于第一波导天线元件以第一角度取向。第一通道配置为接收具有第一极化的输入电磁波并且发送具有第二极化的输出电磁波。另外，该雷达系统包括接收器。接收器包括布置在第二阵列中的多个第二波导天线元件，其配置为以第一极化操作。接收器还包括第二极化旋转层，其中限定有第二通道。第二极化旋转层与第二波导天线元件相邻设置。第二通道相对于第二波导天线元件以第一角度取向。第二通道配置为接收具有第二极化的输入电磁波并将具有第一极化的输出电磁波发送到第二波导天线元件。
在又一方面，本申请描述了一种方法。该方法包括从布置在第一阵列中的多个波导天线元件发射具有第一极化的电磁波。该方法还包括通过在设置在波导天线元件和布置在第二阵列中的多个波导输出端口之间的极化旋转层内限定的通道接收具有第一极化的电磁波。通道相对于波导天线元件以第一角度取向。该方法还包括通过在极化旋转层内限定的通道发射具有中间极化的电磁波。另外，该方法包括通过波导输出端口接收具有中间极化的电磁波。波导输出端口相对于通道以第二角度取向。此外，该方法包括通过波导输出端口辐射具有第二极化的电磁波。第二极化与第一极化不同。第二极化与中间极化不同。第一极化与中间极化不同。
前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了以上描述的说明性的方面、实施例和特征之外，其他方面、实施例和特征通过参考附图和以下详细描述将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体(unit cell)。
图2示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体和波导。
图3示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体和两个波导。
图4示出了根据示例实施例的波导、极化旋转覆盖件单体和喇叭天线。
图5示出了根据示例实施例的另一极化旋转覆盖件单体。
图6示出了根据示例实施例的另一极化旋转覆盖件单体和两个波导。
图7示出了根据示例实施例的极化旋转层。
图8A示出了根据示例实施例的天线的波辐射部分。
图8B示出了根据示例实施例的另一天线。
图9示出了根据示例实施例的波导天线元件阵列。
图10示出了根据示例实施例的波导天线元件阵列和极化旋转层。
图11示出了根据示例实施例的波导天线元件阵列、极化旋转层和波导输出端口阵列。
图12示出了根据示例实施例的辐射电磁波的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考了附图，附图形成了详细描述的一部分。在附图中，除非上下文另有指示，否则类似的符号通常标识类似的部件。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。在不脱离本文提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，如本文一般描述的、并且在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都是于此明确预期的。
示例实施例可以包括具有极化旋转层的天线。在各种实施例中，天线可以位于雷达系统的发送侧或接收侧。此外，天线架构可以包括多个“双端开口波导”(DOEWG)天线。在一些示例中，术语“DOEWG”可以指水平波导通道的短部分加上分成两个部分的垂直通道，其中垂直通道的两个部分中的每一部分包括输出端口，其配置为辐射进入天线的电磁波的至少一部分。另外，多个DOEWG天线可以布置成天线阵列。
例如，示例性天线架构可以包含多个金属层(例如，铝板)，其可以用计算机数字控制(CNC)加工、适当地对准并连接在一起。第一金属层可以包括输入波导通道的第一半，其中第一波导通道的第一半包括输入端口，其配置为将电磁波(例如，77GHz毫米波)接收到第一波导通道中。第一金属层还可包括多个分波通道的第一半。多个分波通道可包含通道网络，该通道网络从输入波导通道分支出来，并且可配置为从输入波导通道接收电磁波，将电磁波分成多个电磁波部分(即，功率分配器)，并将电磁波的相应部分分别传播到多个波辐射通道的相应波辐射通道。一个或多个中间层可包含极化旋转层。极化旋转层可具有圆角矩形的极化旋转通道，其作为嵌入其中的谐振器。
在示例实施例中，极化旋转层可以设置在天线的两个层之间。两层中的一层可包括用于辐射或接收信号的波导天线元件(例如，DOEWG天线的波导)的阵列。另一层可包括波导输出端口(即，极化旋转层和周围环境之间的端口)。极化旋转层可定位成使得圆角矩形的极化旋转通道相对于波导天线元件和/或波导输出端口旋转(例如，相对于波导天线元件旋转44度和46度之间的角度并且相对于波导输出端口旋转44到46度之间的角度)。在一些实施例中，波导天线元件和/或波导输出端口的形状可以是矩形的。在替代实施例中，波导天线元件和/或波导输出端口的形状可以是圆形的。其他形状也是可能的。在各种实施例中，可以使用CNC加工或镀金属塑料模塑来制备极化旋转层。在各种示例实施例中，极化旋转层可以由金属和/或电介质制备。
圆角矩形通道可以用作可更改入射电磁波的极化的谐振腔室。例如，在腔室内可能发生从一个极化到另一个极化(例如，从水平TE10极化到垂直TE10极化)的高能量泄漏。与利用波导中发生在许多个波长距离上的物理扭曲以在波导中改变极化的替代方法不同，极化旋转层的厚度可以小于波长(例如，在相应的输入电磁波的一半和整个波长之间)，同时仍然实现足够的极化转换。圆角矩形极化旋转通道也可设计成使得从通道传出的渐逝波导模式在它们远离通道传播时足够快地消失。由于这两个因素，在极化转换期间可以发生较少的能量损失，导致与旋转/改变极化的替代方法相比能量效率提高。
例如，基于相应的极化旋转通道和波导的形状和材料，传播能量的分布可以在天线内的不同位置处变化。极化旋转通道和波导的形状和材料限定了电磁能的边界条件。边界条件是极化旋转通道和波导边缘处的电磁能量的已知条件。例如，在金属波导中，假设极化旋转通道和波导壁几乎完全导电(即，波导壁可以近似为完美的电导体-PEC)，边界条件指定在任何壁侧没有切向(即，在波导壁的平面中)电场。一旦边界条件已知，麦克斯韦方程可用于确定电磁能量如何通过极化旋转通道和波导传播。
麦克斯韦方程可以为任何给定的极化旋转通道或波导限定几种操作模式。每种模式都有一种特定的方式，其中电磁能量可以通过极化旋转通道或波导传播。每种模式都有相关联的截止频率。如果电磁能量具有低于截止频率的频率，则在极化旋转通道或波导中不支持模式。通过适当地选择(i)尺寸和(ii)操作频率，电磁能量可通过极化旋转通道和波导以特定模式传播。可以设计极化旋转通道和/或波导，使得在设计频率下仅支持一种传播模式。
有四种主要类型的波导传播模式：横向电(TE)模式，横向磁(TM)模式，横向电磁(TEM)模式和混合模式。在TE模式中，电磁能量在电磁能量传播方向上没有电场。在TM模式中，电磁能量在电磁能量传播方向上没有磁场。在TEM模式中，电磁能量在电磁能量传播方向上没有电场或磁场。在混合模式中，电磁能量在电磁能量传播方向上具有电场和磁场两者的一些。
TE、TM和TEM模式可以使用两个后缀数字进一步指定为对应于与传播方向正交的两个方向，例如宽度方向和高度方向。非零后缀数字指示等于相应极化旋转通道或波导的宽度和高度(例如，假设矩形波导)的电磁能半波长的相应数字。但是，零的后缀数字指示相对于该方向没有场的变化。例如，TE10模式指示极化旋转通道或波导的宽度为半波长，并且高度方向上没有场变化。通常，当后缀数字等于零时，波导在相应方向上的尺寸小于波长的一半。在另一个示例中，TE21模式指示波导的宽度为一个波长(即两个半波长)，高度为一个半波长。
当以TE模式操作波导时，后缀数字还分别指示沿波导的相应方向的场最大值的数量。例如，TE10模式表示波导在宽度方向上具有一个电场最大值，在高度方向上具有零最大值。在另一示例中，TE21模式指示波导在宽度方向上具有两个电场最大值并且在高度方向上具有一个最大值。
天线可以用在雷达系统的发射侧或接收侧。此外，附加极化旋转层可以允许具有不同原生极化取向的天线使用无线电通信彼此通信。例如，具有垂直极化的天线可以将信号发送到本来将具有水平极化的接收天线。然而，通过包括极化旋转层和波导输出端口，接收天线可以接收和转换垂直极化信号，从而实现两个部件之间的通信。
在一些应用中，包括极化旋转层可以允许雷达系统内的各种雷达使用不同的极化来执行测量。这种能力可以允许单个场景的多个视点(例如，水平极化电磁能之一和垂直极化电磁能之一)。例如，某些类型的恶劣天气(例如，雪、雨、雨夹雪和冰雹)可能对雷达信号产生不利影响。使用多个极化可以减少这种不利影响。
附加地或可替代地，使用不同极化的不同雷达可以防止雷达系统中的不同雷达之间的干扰。例如，雷达系统可以配置为经由合成孔径雷达(SAR)功能在垂直于自主车辆的行进方向的方向上询问(即，发送和/或接收雷达信号)。因此，雷达系统可以能够确定关于车辆经过的路边物体的信息。在一些示例中，该信息可以是二维的(例如，各种物体距离路边的距离)。在其他示例中，该信息可以是三维的(例如，检测到的物体的各个部分的点云)。因此，例如，车辆可以能够对车辆所沿其行驶的路侧“绘制地图”。如果两个自主车辆使用类似的雷达系统来询问环境(例如，使用上述SAR技术)，那么对于那些自主车辆使用不同的极化(例如，正交极化)来进行询问也是有用的，从而防止干扰。另外，单个车辆可以操作具有正交极化的两个雷达单元，使得每个雷达单元不会干扰另一个雷达单元。
在一些实施例中，多个极化旋转层可以级联在一起。这可以增加使用相应天线可以发生有效极化转换的频率带宽。此外，级联极化旋转层的各种组合和级联极化旋转层内的圆角矩形极化旋转通道的各种尺寸可以用作频率滤波机制。因此，相关联的天线可以在执行测量的特定频带内选择特定极化，从而引入减少干扰并提供附加雷达通道的附加方法，以供雷达系统中的各种不同雷达部件使用。
现在参考附图，图1示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体100。图1中所示的极化旋转覆盖件单体100包括栓钉栓钉102、通孔104和极化旋转通道106。例如，极化旋转覆盖件单体100可以是使用CNC制备的金属板。虽然极化旋转覆盖件单体100可以是雷达天线或雷达系统的部件，但是极化旋转覆盖件单体100也可以用在各种其他应用中。可以进一步级联多个极化旋转覆盖件单体100以允许附加的极化旋转。此外，级联的极化旋转覆盖件单体100可以允许增加的频率带宽，极化转换可以在该增加的频率带宽上发生。
栓钉102可以配置成允许极化旋转覆盖件单体100连接到和/或对准于其他部件。例如，栓钉102可以使极化旋转覆盖件单体100与其他雷达部件上的对准孔对准，例如波导或天线(例如，如图4所示的喇叭天线)。在替代实施例中，可以存在多于两个栓钉102、少于两个栓钉102、或根本没有栓钉102。
通孔104可以执行与由栓钉102所执行的类似的任务(例如，将极化旋转覆盖件单体100与其他部件连接和/或对准)。例如，在一些实施例中，通孔104可以是带螺纹的，允许通孔104通过紧固件接合，以将极化旋转覆盖件单体100连接到其他雷达部件。如图1所示，有四个通孔104。在替代实施例中，可以存在多于四个的通孔104、少于四个的通孔104、或者根本没有通孔104。
在该实施例中，极化旋转通道106是极化旋转覆盖件单体100的在其中电磁波经受极化旋转的部件。极化旋转通道106的厚度、和因此在一些实施例中整个极化旋转覆盖件单体100的主体的厚度可以基于一个或多个波长来限定，该一个或多个波长被预期为使用极化旋转覆盖件单体100经受极化旋转(例如，如果极化旋转覆盖件单体100用于利用77GHz电磁波的雷达应用中，则极化旋转覆盖件单体100的厚度可为约3.9mm，或约为一个波长)。
极化旋转通道106相对于一个或多个安装点(例如，栓钉102或通孔104)的角度可以限定当极化旋转覆盖件单体100作用于电磁波时发生多少极化旋转。在图1所示的示例实施例中，极化旋转通道106相对于两个栓钉102之间的线成45度角。因此，例如，如果波导与栓钉102对准，则穿过极化旋转通道106的电磁波将经受45度的极化旋转。其他角度也是可能的(例如，44度或46度)。
在一些实施例中，极化旋转通道106可以用除空气之外的材料填充或部分填充。例如，可以使用电介质来填充极化旋转通道106以更改极化旋转通道106内部的谐振波长，从而更改使用极化旋转覆盖件单体100可以发生极化旋转的输入波长范围。
此外，在一些替代实施例中，可以改变极化旋转通道106的形状。例如，极化旋转通道106可以是圆形或基本上圆形的，允许极化旋转覆盖件单体100与圆形波导对准。在图1所示的实施例中，极化旋转通道106具有圆角矩形的形状。在几何上，这样的形状可以限定为通过采用具有给定半径的四个相等圆的凸包，并将四个圆的中心放置在具有第一边长和第二边长的矩形的四个角而获得的形状。
图2示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体100和波导202。如图所示，图2包括图1中所示的极化旋转覆盖件单体100(包括栓钉102、通孔104和极化旋转通道106)以及圆角矩形波导202。圆角矩形波导202和极化旋转覆盖件单体100形成系统200。例如，圆角矩形波导202和极化旋转覆盖件单体100可以具有大小适应频率为77GHz的电磁波的特征。无线电频谱内外的其他频率也是可能的。
如图2所示，圆角矩形波导202上的端口的长端(例如，圆角矩形波导202的长度)可以平行于极化旋转覆盖件单体100的栓钉102之间的线。在这样的实施例中，极化旋转通道106可以因此相对于圆角矩形波导202上的端口的取向成45度角(其他角度也是可能的)。这可以允许系统200配置为辐射电磁波，该电磁波具有相对于矩形波导202基部处(例如，在圆角矩形波导202的与极化旋转覆盖件单体100相对的一侧上的端口)的输入极化旋转了一角度(例如，在44和46度之间)的极化。在其他实施例中，系统200可以配置为在极化旋转通道106处接收具有特殊极化的电磁波，并且将所接受电磁极化的极化旋转44到46度之间的角度(即，作为接收器而不是发射器)。在任一示例配置中，系统200可以允许雷达系统一端(例如，发送端)上的部件与雷达系统第二端(例如，接收端)上的部件之间的通信，即使部件具有不同的固有极化。例如，可以将极化旋转通道106调谐到适当的角度，该角度对应于两个部件之间的极化差异。
在替代实施例中，圆角矩形波导202可以替代地由圆形波导、椭圆形波导或矩形波导代替。在这样的实施例中，极化旋转通道106可以因此设计成不同的形状(例如，圆形、椭圆形或矩形)。附加地或可替代地，极化旋转覆盖件单体100可用于通过滤波来选择特定极化或频率。这种滤波考虑还可能导致极化旋转通道106内使用的形状、尺寸或填充材料的变化。在更进一步的实施例中，极化旋转通道106可以设计成发射并可能更改具有圆形或椭圆极化的电磁波。
另外，极化旋转覆盖件单体可以作为矩形波导顶部上的校正虹膜(iris)。例如，如果矩形波导是畸形的(例如，矩形波导的一侧弯曲)，则极化旋转覆盖件单体内的极化旋转通道可以成形成使得补偿矩形波导的形状。
如上所述，例如，系统200可以是雷达天线或无线电通信系统的部件。图2中所示的系统200的各种其他应用也是可能的。例如，在这样的替代应用中，可以改变圆角矩形波导202或极化旋转覆盖件单体100的尺寸以对与在相应应用中使用的电磁波对应的给定波长负责。
图3示出了根据示例实施例的极化旋转覆盖件单体100和两个波导202/302。如图所示，极化旋转覆盖件单体100可以是图1和2中所示的极化旋转覆盖件单体100，并且波导202可以是图2中所示的圆角矩形波导202。在图3的实施例中，波导202可以被称为下波导202，波导302可以被称为上波导302。极化旋转覆盖件单体100、下矩形波导202和上矩形波导302可一起包括系统300。如图所示，系统300可以类似于图2中所示的系统200，其中附加上矩形波导302，该上矩形波导302安置或者固定到极化旋转覆盖件单体100的一侧，该侧与下矩形波导202所安置或固定到的极化旋转覆盖件单体100的一侧相对。
如图所示，例如，相对于下矩形波导202基部处的输入极化，系统300可以配置为辐射具有90度极化旋转的电磁波。例如，这样的布置可以允许输入电磁波(例如，在下矩形波导202的与极化旋转覆盖件单体100相对的一侧上的端口处的)在输出处(例如，在上矩形波导302的与极化旋转覆盖件单体100相对的一侧上的端口)从水平TE10极化旋转到垂直TE10极化。输入和输出之间的其他角度旋转也是可能的。
或者，系统300可用于在上矩形波导302的端口处接收具有给定极化的电磁波，然后在从下矩形波导202基部中的端口发射具有旋转极化的电磁波之前，将电磁波的极化旋转通过一角度(例如，75和105度之间的角度)。
在一些实施例中，例如，上波导302可以代表辐射天线的波导输出端口。此外，下波导202可以代表波导天线元件，例如，连接到雷达系统内的电路的波导天线元件。
在图3所示的实施例中，上波导302和下波导202可以具有相似的形状和尺寸，但是相对于彼此在取向上旋转(例如，以88度和92度之间的角度)。另外，除了围绕垂直轴相对于彼此旋转之外或作为其替代，上波导302和下波导202中的一个或两个可以相对于平行于极化旋转覆盖件单体100表面的平面的轴旋转。在替代实施例中，上波导302和下波导202可以是不同的长度、宽度、高度或形状。类似于图2中所示的系统200，无论上波导302和下波导202是否具有彼此相同的形状或尺寸，对照于圆角矩形波导，上波导302和下波导202中的一个或两个可以是圆形的、椭圆形的、或矩形波导。如果上波导302和下波导202的相应形状不相等，则可以更改相应波导的尺寸以适应形状差异(例如，如果下波导202是圆角矩形而上波导302是矩形，下波导202可以稍微更长或更宽，以适应与上波导302所适应的模式相等的模式)。在其他实施例中，上波导302和下波导202中的一个或两个可以由其他部件(例如，光子部件或电子部件)代替。
图4示出了根据示例实施例的波导202、极化旋转覆盖件单体100和喇叭天线404。如图所示，极化旋转覆盖件单体100可以是图1、2和3中所示的极化旋转覆盖件单体，波导202可以是图2和3中所示的波导202。极化旋转覆盖件单体100、波导202和喇叭天线404可以一起包括系统400。还包括在图4中所示的系统400中的是两个紧固板402，其用于将系统400的其他部件(即，波导202、极化旋转覆盖件单体100和喇叭天线404)彼此连接。如图所示，系统400可以类似于图2中所示的系统200，其中附加喇叭天线404，该喇叭天线404固定到极化旋转覆盖件单体100的与波导202固定到的一侧相对的一侧。
如图4所示，极化旋转覆盖件单体100可以使用紧固板402可拆卸地连接到喇叭天线404和波导202。例如，紧固板402可以以半永久方式(例如，焊接到喇叭天线404和波导202)分别直接连接到喇叭天线404和波导202。如图所示，例如，紧固板402然后可以使用螺栓附接到极化旋转覆盖件单体100，彼此附接，或二者都有。螺栓可以代替图1中所示的栓钉102。或者，螺栓可以旋入通过栓钉102内限定的螺纹端口或通孔，或通过一个或多个其他通孔，例如图1中所示的通孔104。另外，系统400可以采用螺母、垫圈或两者来将紧固板402彼此固定或固定到极化旋转覆盖件单体100。
在替代实施例中，在系统400内使用紧固板402可能是多余的。例如，喇叭天线404、波导202或两者可以直接连接(例如，焊接或紧固)到极化旋转覆盖件单体100的一部分，从而消除使用紧固板402的需要。在其他实施例中，紧固板402可以是不同形状(例如，矩形而不是圆形)。
喇叭天线404代表图4中所示的系统400的辐射元件。喇叭天线404可以是替代辐射元件，用于代替图3中所示的上波导302。与诸如图3中所示的上波导302的替代天线辐射元件相比，使用喇叭天线404的潜在优点可包括改进的方向性、带宽和驻波比(SWR)。在替代实施例中，喇叭天线404可具有替代形状(例如，扇形喇叭、锥形喇叭、指数喇叭、波纹喇叭、双模锥形喇叭、对角喇叭、脊状喇叭、隔垫喇叭、或者是孔径限制的喇叭，对照于金字塔形喇叭)或者以不同的方式确定大小(例如，喇叭天线404的输出端口的宽度尺寸大于喇叭天线404的输出端口的长度尺寸)。例如，可以对喇叭天线404进行这样的改变，使得喇叭天线404更有效地辐射不同频率或者对应于不同极化的电磁波。在替代实施例中，除了图3和4中所示的那些之外，其他辐射元件也是可能的(例如，蝴蝶结天线或角反射器天线)。
类似于图3中所示的上波导302，喇叭天线404可以辐射电磁波，该电磁波具有从输入到波导202的基部处的端口的极化的旋转极化。例如，极化可以在88和92度之间旋转(例如，从大致水平TE10极化到大致垂直TE10极化，或反之亦然)。
图5示出了根据示例实施例的另一极化旋转覆盖件单体500。类似于图1中所示的实施例，图5中所示的极化旋转覆盖件单体500包括栓钉502、通孔504和极化旋转通道506。例如，极化旋转覆盖件单体500可以是使用CNC制备的金属板，其他部件限定在其中(例如，极化旋转通道506)和/或其上(例如，两个栓钉502)。虽然极化旋转覆盖件单体500可以是天线或雷达系统的部件，但是极化旋转覆盖件单体500可以用在各种其他应用中。
可以进一步级联多个极化旋转覆盖件单体500以允许附加的极化旋转。例如，可以一个接一个地级联九个级联极化旋转覆盖件单体，每个都类似于极化旋转覆盖件单体500。九个级联的极化旋转覆盖件单体中的每一个可以具有连续的极化旋转通道506，其与相邻的极化旋转覆盖件单体的极化旋转通道506偏移10度。这样，九个级联的极化旋转覆盖件单体可以将输入电磁波的极化旋转90度到输出电磁波的极化。此外，级联的极化旋转覆盖件单体可以允许增加的频率带宽，在该增加的频率带宽上可以发生极化转换。例如，一组级联的极化旋转覆盖件单体可以作为宽带(就可接受的电磁频率而言)极化旋转设备。例如，在一些实施例中，这种设备可以能够旋转具有“E波段”(即，60-90GHz)内的频率的任何电磁波。
类似于图1中所示的实施例，栓钉502可以配置成允许极化旋转覆盖件单体500连接到和/或对准于其他部件。例如，栓钉502可以使极化旋转覆盖件单体500与其他雷达部件上的对准孔对准，其他雷达部件例如波导或天线(例如，图4中所示的喇叭天线404)。在替代实施例中，可以存在多于两个栓钉502、少于两个栓钉502、或根本没有栓钉502。
同样类似于图1中所示的实施例，通孔504可以执行与由栓钉502执行的任务类似的任务(例如，将极化旋转覆盖件单体500与其他部件连接和/或对准)。例如，在一些实施例中，通孔504可以是带螺纹的，允许通孔504通过紧固件接合，以将极化旋转覆盖件单体500连接到其他雷达部件。如图5所示，有四个通孔504。在替代实施例中，可以存在多于四个的通孔504、少于四个的通孔504、或者根本没有通孔504。
在该实施例中，极化旋转通道506是极化旋转覆盖件单体500的部件，其中电磁波经受极化旋转。极化旋转通道506的厚度，并且因此在一些实施例中的极化旋转覆盖件单体500的主体的厚度，可以基于一个或多个波长(或波长的分数)来限定，该一个或多个波长被预期为使用极化旋转覆盖件单体500经受极化旋转(例如，如果极化旋转覆盖件单体500用于利用77GHz电磁波的雷达应用中，则极化旋转覆盖件单体500的厚度可以是约3.9毫米，或约一个波长)。
极化旋转通道506相对于一个或多个安装点(例如，栓钉502或通孔504)的角度可以限定当极化旋转覆盖件单体500作用于电磁波时发生多少极化旋转。然而，与图1中所示的实施例不同，图5中所示的极化旋转通道506相对于垂直于两个栓钉502之间的线的线旋转10到15度。在替代实施例中，其他角度也是可能的。如上所述，较小的角度可以增加入射电磁波的频率带宽，极化旋转通道506可以在该频率带宽上有效地旋转极化，特别是当多个极化旋转覆盖件单体500级联时。
在一些实施例中，极化旋转通道506可以用除空气之外的材料填充或部分填充。例如，可以使用电介质来填充极化旋转通道506以更改极化旋转通道506内部的谐振波长，从而更改使用极化旋转覆盖件单体500可以发生极化旋转的输入波长范围。
此外，在一些替代实施例中，可以改变极化旋转通道506的形状。例如，极化旋转通道506可以是圆形或基本上圆形的，允许极化旋转覆盖件单体500与圆形波导对准。在图5所示的实施例中，极化旋转通道506具有圆角矩形的形状(即，形状基本上为矩形)。在几何上，这样的形状可以限定为通过采用具有给定半径的四个相等圆的凸包并将四个圆的中心放置在具有第一边长和第二边长的矩形的四个角而获得的形状。
附加地或可替代地，一些实施例可以影响两个或多个简并模式(degeneratemode)以形成单个圆极化波。在这样的实施例中，覆盖件单体可能在仅接收线性极化波作为输入时发射或辐射圆极化波。例如，这可以在极化旋转通道的形状是具有低偏心率的椭圆、梯形或具有几乎相等边长的矩形的实施例中发生。
图6示出了根据示例实施例的另一个极化旋转覆盖件单体500和两个波导602/604。如图所示，极化旋转覆盖件单体500可以是图5中所示的极化旋转覆盖件单体500。在图6的实施例中，波导602/604可以分别称为上波导604和下波导602。极化旋转覆盖件单体500、下矩形波导602和上矩形波导604可一起包括系统600。如图所示，系统600可以类似于图3中所示的系统300。然而，主要区别在于上波导604相对于极化旋转覆盖件单体500和下波导602的取向。如图6所示，上波导604围绕垂直轴线从下部波导602角度偏移大约30度(对照于如图3所示的大致90度)。如上面关于其他系统和波导所描述的，图6中示出的系统600可以级联多次以实现各种其他极化旋转角度(例如，系统600的三个实例可以级联以使极化旋转大约90度)。
如图所示，系统600可以配置为辐射具有30度的极化旋转的电磁波，例如，相对于下矩形波导602的基部处的输入极化。例如，这样的布置可以允许输入电磁波(例如，在下矩形波导602的与极化旋转覆盖件单体100相对的一侧上的端口处)在从一个TE10极化旋转到输出处(例如，在上波导604的与极化旋转覆盖件单体100相对的一侧上的端口)的另一TE10极化。输入和输出之间的其他角度旋转也是可能的。
或者，系统600可用于在上波导604的端口处接收具有给定极化的电磁波，然后在从下矩形波导602的基部中的端口发射具有旋转极化的电磁波之前，使电磁波的极化旋转通过一角度(例如，25和35度之间的角度)。
在一些实施例中，例如，上波导604可以代表辐射天线的波导输出端口。此外，下波导602可以代表波导天线元件，例如，连接到雷达系统内的电路或馈送波导的波导天线元件。
在图6所示的实施例中，上波导604和下波导602可以具有相似的形状和尺寸，但是相对于彼此在取向上旋转(例如，以25度和35度之间的角度)。另外，除了围绕垂直轴线相对于彼此旋转之外或作为其替代，上波导604和下波导602中的一个或两个可以相对于平行于极化旋转覆盖件单体500的表面的平面的轴线旋转。在替代实施例中，上波导604和下波导602可以是不同的长度、宽度、高度或形状。此外，无论上波导604和下波导602是否具有彼此相同的形状或尺寸，上波导604和下波导602中的一个或两个可以是圆形的、椭圆形的、或矩形波导，对照于圆角矩形波导。如果上波导604和下波导602的相应形状不相等，则可以更改相应波导的尺寸以适应形状差异(例如，如果下波导602是圆角矩形而上波导604是矩形，则下波导602可以稍微更长或更宽，以适应与由上波导604适应的模式相等的模式)。
图7示出了根据示例实施例的极化旋转层700。图7中所示的极化旋转层700具有限定在其中的多个极化旋转通道702。极化旋转通道702可以形成极化旋转通道的阵列。每个极化旋转通道702可以类似于图1中所示的极化旋转通道106。此外，极化旋转层700可以设计用于天线(例如，雷达天线)，例如图9中所示的天线900。
如图所示，极化旋转通道702可以在极化旋转层700内以阵列状方式限定。例如，极化旋转通道702还可以相对于极化旋转层700的取向成44到46度(例如，45度)之间的角度。其他角度也是可能的。此外，虽然图7中所示的实施例将每个极化旋转通道702描绘为相对于极化旋转层700具有相似的取向，但不一定是这种情况。在替代实施例中，极化旋转通道702可以不规则地布置或者具有彼此不同的角度。在一些设备或系统中，使用极化旋转层700可以发生的极化旋转对于设备/系统内的所有区域可以不是各向同性的。
如图7所示，极化旋转通道702具有体育场(stadium)的形状。在几何上，体育场(即，迪斯科矩形(discorectangle)或长圆形)限定为在一对相对侧具有半圆形的矩形。然而，极化旋转通道702可以具有各种可替代形状(例如，椭圆形、圆形、圆角矩形或矩形)或大小(例如，不同的半径、长度、宽度等)。此外，极化旋转通道702可以不具有彼此相同的大小或形状。与相对于极化旋转层700的旋转角度一样，极化旋转通道702可以具有不同的形状和大小，可能围绕极化旋转层700不规则地间隔开。此外，极化旋转层700的厚度可以在实施例之间变化。例如，极化旋转层700的厚度可以在极化旋转层700所设计的相关电磁波的半波长和整个波长之间(例如，对于被设计成旋转具有相关频率77GHz的入射电磁波的极化的极化旋转层700，在1.45和3.9mm之间)。
附加地或可替代地，极化旋转层700可用于通过滤波来选择特定极化或频率。这种滤波考虑还可能导致形状、大小或极化旋转通道702内使用的填充材料的变化。在其他的实施例中，极化旋转通道702可以设计成发射并可能更改具有圆形或椭圆极化的电磁波。
图8A示出了根据示例实施例的示例天线的示例波辐射偶极子(doublet)。在示例实施例中，示例天线可以用于辐射或接收无线电波。更具体地，图8A示出了示例DOEWG 800的横截面。DOEWG 800可包括水平馈送(即，通道)、垂直馈送(即，偶极子颈)和波导构件804。垂直馈送可以配置为将来自水平馈送的能量耦合到两个输出端口802，每个输出端口802配置为从DOEWG 800辐射出至少一部分电磁波。在一些实施例中，距输入端口最远的DOEWG可包括位置806处的止回器(backstop)。在最后一个DOEWG之前的DOEWG可以简单地在位置806处打开，并且电磁波可以通过该位置806传播到随后的DOEWG。例如，多个DOEWG可以串联连接，其中水平馈送在多个DOEWG上是公共的(如图8B所示)。图8A示出了可以调节以调谐耦合到辐射元件中的电磁信号的幅度和/或相位的各种参数。
为了调谐诸如DOEWG 800的DOEWG，可以调谐垂直馈送宽度vfeed_a和阶梯804的各种尺寸(例如，dw、dx和dz1)以实现从DOEWG 800的不同分数的辐射能量。阶梯804还可以被称为反射部件，因为它反射沿水平馈送传播到垂直馈送中的电磁波的一部分。此外，在一些示例中，反射部件的高度dz1可以是负的。也就是说，阶梯804可以在水平馈送的底部下方延伸。类似的调谐机制也可用于调谐偏移馈送。例如，偏移馈送可以包括垂直馈送宽度vfeed_a和阶梯的各种尺寸(例如，dw、dx和dz1)中的任何，如关于辐射元件所讨论的。
在一些示例中，DOEWG 800的每个输出端口802可以具有相关联的相位和幅度。为了实现每个输出端口802的期望相位和幅度，可以调整各种几何部件。如前所述，阶梯(反射部件)704可以引导一部分电磁波通过垂直馈送。为了调整与相应DOEWG 800的每个输出端口802相关联的幅度，可以调整与每个输出端口802相关联的高度。此外，与每个输出端口802相关联的高度可以是输出端口802的该馈送部分的高度或深度。
如图8A所示，可调整高度dz2和高度dz3以控制相对于两个输出端口802的幅度。在一些实施例中，例如图9的实施例，两个输出端口802(图9中给定的附图标记902)可以替代地称为波导天线元件(例如，图9中示出的波导天线元件902)，因为它们形状类似于波导并且可以用作波导，并且还可以用于辐射或接收电磁波。对高度dz2和高度dz3的调整可以更改偶极子颈的物理尺寸(例如，图8A的垂直馈送)。偶极子颈可具有基于高度dz2和高度dz3的尺寸。因此，当高度dz2和高度dz3针对各种偶极子更改时，偶极子颈的尺寸(即，偶极子颈的至少一侧的高度)可以改变。在一个示例中，因为高度dz2大于高度dz3，与高度dz2相关联(即，位于高度dz2附近)的输出端口802可以以比由高度dz3相关联的输出端口802辐射的信号的幅度更大的幅度辐射。
此外，为了调整与每个输出端口802相关联的相位，可以为每个输出端口802引入阶梯。高度中的阶梯可以使与相应阶梯相关联的输出端口802辐射的信号的相位改变。因此，通过控制与每个输出端口802相关联的高度和相应阶梯，可以控制由输出端口802发送的信号的幅度和相位。在各种实施例中，这些阶梯可以采用各种形式，例如向上阶梯和向下阶梯的组合。另外，可以增加或减少阶梯的数量以控制相位。
上述对几何形状的调整也可用于调整偏移馈送的几何形状，于其中它连接到波导。例如，可以调整高度、宽度和阶梯或将其添加到偏移馈送，以便调整系统的辐射特性。可以通过调整偏移馈送的几何形状来实现阻抗匹配、相位控制和/或幅度控制。
图8B示出了根据示例实施例的示例天线850的示例偏移馈送波导部分856。如图8B所示，波导854可包括多个辐射元件(显示为852A-852E)和偏移馈送856。尽管在图8B中将多个辐射元件示为偶极子，但是也可以使用其他辐射结构。例如，也可以使用单极子(singlet)和可以耦合到波导的任何其他辐射结构。
波导854可以包括各种形状和结构，其配置为将电磁功率引导到波导854的各种辐射元件852A-E。通过波导854传播的电磁波的一部分可以被各种凹入的波导构件和凸起的波导构件分开和引导。图8B中所示的波导构件的图案是波导构件的一个示例。基于具体实施方式，波导构件可具有不同的大小、形状和位置。另外，波导可以设计成使波导端860A和860B具有调谐短路(tuned short)。例如，可以调整波导端部的几何形状，使得波导端860A和860B作为调谐短路。
在波导854的相应辐射元件852A-E中的一个的每个结点，结点可以被认为是双向功率分配器。一定百分比的电磁功率可以耦合到相应辐射元件852A-E的颈部中，并且剩余的电磁功率可以继续沿波导传播。通过调整每个相应辐射元件852A-E的各种参数(例如，颈部宽度、高度和阶梯)，可以控制电磁功率的相应百分比。因此，可以控制每个相应辐射元件852A-E的几何形状，以便实现所需的功率圆锥。因此，通过调整每个偏移馈送和每个相应辐射元件852A-E的几何形状，可以实现相应波导及其相关辐射元件的所需功率圆锥。
可以经由波导馈送856将电磁能量注入波导854中。在一些实施例中，波导馈送856可以是底部金属层中的端口(例如，通孔)。电磁信号可以通过波导馈送856从天线单元外部耦合到波导854中。电磁信号可以来自位于天线单元外部的部件，例如印制电路板、另一个波导或其他信号源。在一些示例中，波导馈送856可以耦合到另一个波导划分网络(例如图9和10中所示)。
在一些示例中，本系统可以以两种模式之一操作。在第一模式中，系统可以从源接收电磁能量用于传输(即，系统可以作为传输天线操作)。在第二模式中，系统可以从系统外部接收电磁能量以进行处理(即，系统可以作为接收天线操作)。在第一模式中，系统可以在波导馈送处接收电磁能量，将电磁能量分开以由多个辐射元件传输，并且通过辐射元件辐射分开的电磁能量。在第二模式中，系统可以在多个辐射元件处接收电磁能量，结合所接收的电磁能量，并将结合的电磁能量耦合出系统以进行进一步处理。
应当理解，波导通道的其他形状和尺寸、波导通道的部分、波导通道的侧面、波导构件等也是可能的。在一些实施例中，波导通道的矩形形状可以非常便于制造，尽管可以实施已知或尚未知道的其他方法以制造具有相同或甚至更大便利性的波导通道。
图9示出了根据示例实施例的波导天线元件902的阵列。波导天线元件902的大小和形状以及图9中所示的相应馈送波导可以对应于波导天线元件阵列902设计用于操作的给定的电磁频率(例如，77GHz)和/或极化(例如，水平TE10极化)。与图示的其他部件一起，波导天线元件902可以是天线系统900的一部分。波导天线元件902可以布置成阵列，如图9所示。此外，波导天线元件902的阵列可以以如图8所示的成组的单独的天线850布置。具体地，图9中所示的实施例包括图8中所示的天线850的六个实例，从而产生6×10阵列的波导天线元件902。其他数量的波导天线元件902和/或天线850也是可能的。例如，天线系统900可以位于雷达或无线电通信系统的发送端和/或接收端。此外，天线系统900的两个实例可以彼此接合使用以形成发射/接收系统(例如，无线电通信系统)。此外，天线系统900可以设计成以TE10波导模式辐射和/或接收电磁波。
除了在图9中所示的以成组的天线850布置的波导天线元件902之外，天线系统900还可以包括相位调整部分910和波导输入912。在一些实施例中，波导输入912可以连接到电磁源(例如，雷达源)。例如，相位调整部分910可以调整与输入到波导输入912的电磁波相关联的相位。这可以允许在传输信号时将适当的相位分配给每个波导天线元件902。此外，相位调整部分910可以配置为在与天线850的多个实例相关联的多个馈送波导之间划分入射电磁波的功率。
在一些实施例中，如上所述，天线系统900可以包括一系列独立天线850，其连接到公共波导输入912。天线850可以用作单个天线单元，而不是独立的天线850，如图9所示。无论天线系统900是描述独立天线还是单个天线单元，波导天线元件902都可以用于辐射电磁波和/或接收电磁波。如关于图8所描述的，辐射和/或接收的电磁波可以沿相应波导的水平和垂直馈送传输。
图10示出了根据示例实施例的波导天线元件902和极化旋转层700的阵列。在一些实施例中，可以根据工业标准(例如，汽车工业标准)设计波导天线元件902的阵列，并且可以以适应该工业标准的方式设计极化旋转层700。可替代地，波导天线元件阵列902和相应的极化旋转层700可以设计用于一个或多个特定应用。共同地，波导天线元件902的阵列和极化旋转层700包括天线1000。在一些实施例中，如在图10中所示的实施例中，天线1000可以另外包括图9中所示的相位调整部分910和/或波导输入912。在图10的示例实施例中，极化旋转层700的厚度可以小于天线1000设计发送或接收的电磁波的波长厚度(例如，在四分之一波长和整个波长之间)。其他厚度也是可能的。此外，天线1000可以设计为以TE10波导模式辐射或接收电磁波。
在图10所示的实施例中，在极化旋转层700内限定的极化旋转通道702可用于旋转由波导天线元件902发射的极化。因此，由天线1000辐射的电磁波可以具有相对于由波导天线元件902输出的极化旋转的极化。附加地或可替代地(例如，如果天线1000作为雷达系统或无线电通信系统内的接收器)，在极化旋转层700内限定的极化旋转通道702可用于在将电磁波传输到波导天线元件902之前，旋转与接收的电磁波相关联的极化。例如，在一些雷达系统中，发射器可以配置为类似于图10中所示的天线1000。这样的发射器可以与接收器通信，接收器也配置为类似于图10中所示的天线1000。
如图10所示，在上述任一情况下(即，天线1000作为发射器或接收器)，由极化旋转通道702辐射或接受的极化相对于波导天线元件902呈一角度。例如，该对应角度可以在44度和46度之间(例如，45度)。在各种实施例中还可以使用各种替代角度。在其他实施例中，极化旋转通道702不必全部以相对于波导天线元件902相同的角度设置。例如，这可以允许相应的天线辐射和接收具有各种极化的电磁波。在其他实施例中，极化旋转通道702不需要具有彼此相同的大小和形状。例如，这可以允许相应的天线辐射和接收具有各种极化(例如，如果极化旋转通道702是圆形而不是体育场形状)和/或各种频率(例如，如果极化旋转通道702被定尺寸使得它们以不同的频率谐振)的电磁波。更进一步地，一个或多个极化旋转通道702可以填充有材料(例如，介电材料)，从而进一步改变可以通过相应的极化旋转通道702传播的相关电磁波的一个或多个属性(例如，谐振频率)。
在替代实施例中，两个或多个极化旋转层700可以级联在波导天线元件902的顶部上。如果在波导天线元件902的顶部上存在多个级联的极化旋转层700，则相应的极化旋转通道702可以提供增加的频率带宽，电磁波可以在该增加的频率带宽上由相应的天线辐射或接收。此外，级联多个极化旋转层700可以许可辐射或接收的极化角度大于或小于图10中所示的角度。例如，替代天线可以具有两个级联的极化旋转层。第一层相对于波导天线元件902阵列的角度可以在20和25度之间，并且第二层相对于第一层可以在20和25度之间。以这种方式，由电磁波(即，45度)经受的极化旋转角度将与图11实施例中的相同，但是带宽可以增加。
图10中所示的天线1000的设计还可以用于减少两个单独天线之间的干扰。例如，雷达系统可以采用具有类似设计的两个天线，但是一个天线的极化旋转层内的极化旋转通道以与另一个天线的极化旋转层内的极化旋转通道正交的角度旋转。在一个替代示例中，两个单独的天线可以具有极化旋转层，所述极化旋转层具有彼此以平行角度取向但是面向彼此的极化旋转通道(例如，如果天线以相同的取向安装在以相对方向行进的车辆上)。上述方法中的任何一种都可以减少干扰，因为两个天线采用正交极化。因此，在两个天线之间可能发生交叉极隔离。例如，当由一个天线输出的信号通过另一个天线的极化旋转层传输时，可以衰减多达40dB(分贝)。
图11示出了根据示例实施例的波导天线元件902、极化旋转层700和波导输出端口阵列1102的阵列。如图所示，图11中所示的实施例可以类似于图10中所示的实施例，其中增加了波导输出端口1102的阵列。除了相位调整部分910和波导输入912之外，波导天线元件902的阵列、极化旋转层700和波导输出端口1102的阵列可以形成天线1100。此外，天线1100可以设计为以TE10波导模式辐射或接收电磁波。
天线1100可出于各种目的(例如，使用雷达或无线电通信在自主车辆内导航)而用于发送和/或接收电磁波(例如，无线电波)。在替代实施例中，天线1100可以具有多个或更少数量的波导天线元件902、波导输出端口1102和/或极化旋转通道702。附加地或可替代地，天线1100可以不具有相位调整部分910或波导输入912。例如，各个波导天线元件902中的一个或多个可以由光子或电子源馈送，而不是由连接到相位调节部分910和波导输入912的馈送波导。
例如，在图11的实施例中，波导天线元件902可以输出电磁波。然后，这些电磁波可以传播到极化旋转通道702。然后，极化旋转通道702可以用于将相关联的电磁波的极化旋转限定的角度(例如，45度)。现在具有中间极化的电磁波可以被传输到波导输出端口1102。波导输出端口1102可以设计成具有足够的长度，以便确保从极化旋转通道702传输到波导输出端口1102的任何渐逝波在到达位于波导输出端口1102的端部的辐射端口之前充分衰减。在进入波导输出端口1102时，电磁波可以经受另一个极化旋转(例如，再增加45度)。现在具有相对于波导天线元件902旋转给定角度的极化的相关电磁波(例如，旋转45度或90度的极化；输入极化因此与输出极化正交)可以接着在离开波导输出端口1102时辐射到环境。该过程也可以以伪逆(pseudo-inverse)发生以使用相同的天线1100接收电磁波(即，电磁波由波导输出端口1102接收、在进入极化旋转通道702时旋转极化、在进入波导天线元件902时再次旋转极化、然后将电磁波传输到附接到已经极化旋转两次的天线的一个或多个设备)。
在一些实施例中，如图11所示，阵列内的波导天线元件902的数量、极化旋转层700内限定的极化旋转通道702的数量以及阵列内的波导输出端口1102的数量都是一样。在替代实施例中，可以存在比极化旋转通道702多个或更少的波导输出端口1102，其可以进而大于或小于波导天线元件902的数量。此外，如图11所示，波导输出端口阵列1102的布置可以不对应于极化旋转通道702的布置。例如，在一些实施例中，波导输出端口1102的阵列可以与极化旋转通道702的间隔不规则地或不同地间隔开。
如图11所示，每个波导输出端口1102相对于下面的极化旋转通道702旋转相同的量(例如，在44和46度之间)。此外，每个极化旋转通道702相对于下面的波导天线元件902旋转相同的量(例如，在44和46度之间)。这样，在图11的天线1100中，每个波导输出端口1102相对于下面的波导天线元件902旋转相等的量(例如，在88和92度之间)。除了图11中所示的角度之外的其他角度也是可能的。例如，极化旋转通道702和波导天线元件902之间的角度可以是15度，极化旋转通道702和波导输出端口1102之间的角度可以是15度，导致波导输出端口1102和波导天线元件902之前的角度是30度。
在替代实施例中，波导输出端口1102相对于极化旋转通道702和/或波导天线元件902的旋转可以在波导输出端口之间变化(例如，一个波导输出端口相对于下面的波导天线元件旋转75度，另一个相对于下面的波导天线元件旋转90度)。例如，这种变化可能导致由天线1100发射的多个极化角度。此外，这种角度变化可能导致阵列内波导输出端口的相应布置或各种波导输出端口的相应大小/形状改变以适应这种差异。
附加地，如上所述，波导引导输出端口1102中的一个或多个可以附加地或可替代地围绕平行于极化旋转层700的平面表面的轴线旋转(对照于围绕垂直于极化旋转层700的平面表面的垂直轴线旋转)。例如，这可以允许天线1100的定向性。
如图11所示，波导输出端口1102成形为圆角矩形。此外，与图11中所示的输出端口1102相关联的尺寸可以对应于将由天线1100发送和/或接收的电磁波的特定波长(例如，与频率为77GHz的电磁波相关联的波长)。然而，一个或多个波导输出端口1102可以由交替成形和/或定尺寸的输出端口(例如，喇叭天线或基本圆形波导)代替。此外，波导输出端口1102可以附加地或可替代地全部或部分地填充有除空气之外的材料(例如，介电材料)。这些因素中的任何一个(例如，波导输出端口1102的形状、大小或填充)以及其他因素可以增强或减少与天线1100相关联的滤波特性。例如，如果一个或多个波导输出端口1102填充有电介质，可以更改与相应的波导输出端口1102相关联的谐振波长，从而增强或减少通过相应的波导输出端口1102的特定波长的传输。
类似如上所述，可以级联多层波导输出端口1102阵列。例如，这可以增加可以与天线1102一起有效使用的频率带宽。此外，这种级联可以增加或减小波导输出端口1102和波导天线元件902之间的角度。附加地或可替代地，可以级联由波导输出端口1102阵列层跟着的极化旋转层700的替代层以实现类似的效果。例如，替代天线设计成可以包括波导天线元件的阵列，接着是两个极化旋转层，接着是波导输出端口阵列。在这种设计中，进行附加的极化旋转的每个连续层之间可能存在一角度(例如，第一极化旋转层中的极化旋转通道相对于波导天线元件阵列成一角度，例如25至35度，第二极化旋转层内的极化旋转通道相对于第一极化旋转层中的极化旋转通道成另一角度，例如，25至35度，波导输出端口阵列相对于第二极化旋转层中的极化旋转通道成又一角度，例如，25至35度)。此外，这种级联层内的波导输出端口1102和/或极化旋转通道702的角度、大小、形状、分布或数量可以层与层地变化。
图12示出了根据示例实施例的辐射电磁波的方法1200。在一些示例实施例中，可以使用图11中示出的天线1100来执行方法1200。此外，在一些实施例中，可以伪逆地执行方法1200以接收电磁波(对照于辐射)。例如，可以执行方法1200以使用安装在自主车辆上的雷达系统来帮助导航自主车辆。可替代地，可以执行方法1200以使用无线电通信技术来通信。
在方框1202处，方法1200包括从第一阵列中的多个波导天线元件发射具有第一极化的电磁波。例如，第一阵列中的波导天线元件可以类似于图9中所示的波导天线元件902的阵列。
在方框1204处，方法1200包括通过在设置在波导天线元件和布置在第二阵列中的多个波导输出端口之间的极化旋转层内限定的通道接收具有第一极化的电磁波。该通道可以相对于波导天线元件以第一角度取向。例如，第一角度可以是44到46度之间(例如，45度)。此外，极化旋转层和通道可以分别是图7所示的极化旋转层700和极化旋转通道702。此外，例如，波导输出端口可以是图11中所示的波导输出端口1102。
在方框1206处，方法1200包括通过在极化旋转层内限定的通道发射具有中间极化的电磁波。
在方框1208处，方法1200包括通过波导输出端口接收具有中间极化的电磁波。波导输出端口可以相对于通道以第二角度取向。例如，第二角度可以是44和46度之间(例如，45度)。
在方框1210处，方法1200包括通过波导输出端口辐射具有第二极化的电磁波。第二极化可以与第一极化不同。第二极化也可以与中间极化不同。此外，第一极化可以与中间极化不同。第一极化、中间极化和第二极化可以分别如下：水平TE10极化、水平和垂直之间45度角的TE10极化、垂直TE10极化。
应当理解，其他波导通道的形状和尺寸、波导通道的部分、波导通道的侧面、波导构件等也是可能的。在一些实施例中，波导通道的矩形形状或圆角矩形形状可以非常便于制造，虽然可以实施已知或尚未知道的其他方法以制造具有相同或甚至更大便利性的波导通道。
此外，应当理解，图中所示的各种元件的其他布局、布置、数量或大小也是可能的。例如，应当理解天线或天线系统的给定应用可以确定图中所示极化旋转覆盖件单体的各种机加工部分的适当尺寸和大小(例如，沟道大小、金属层厚度等)和/或此处所述天线和天线系统的其他机加工(或非机加工)部分/部件。例如，如上所述，一些示例雷达系统可以配置为在77GHz的电磁波频率下操作，其对应于毫米电磁波长度。在此频率，装置的信道、端口等可以具有适用于77GHz频率的给定尺寸。其他示例天线和天线应用也是可能的。
此外，“天线”一词不应限于单独在电磁波谱的无线电频率内的电磁波的应用。术语“天线”在本文中广泛用于描述能够发射和/或接收任何电磁波的设备。例如，本文描述的任何天线或天线部件能够发射和/或接收可见光。此外，本文描述的任何天线或天线的部件能够通过光源馈送(例如，光纤或激光器)。例如，这种示例天线可以用作计算设备内的光学互连。此外，这种天线内的部件的相应形状和尺寸可以根据波长而变化(例如，对照于无线电实施例中的毫米特征尺寸，光学实施例中使用的部件可以具有数百纳米量级的特征尺寸)。
应该理解的是，这里描述的布置仅用于举例的目的。因此，本领域技术人员将领会其他布置和其他元件(例如，机器、装置、接口、功能、顺序和功能分组等)可以替代地使用，并且可以根据期望的结果完全省略一些元件。此外，在任何合适的组合和位置，所描述的许多元件是可以实施为离散或分布式部件或与其他部件一起接合的功能实体。
虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这里公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不是限制性的，范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种天线，其包括:
布置在第一阵列中的多个波导天线元件，其配置成以第一极化操作；
布置在第二阵列中的多个波导输出端口，其配置为以第二极化操作，其中第二极化与第一极化不同；以及
极化旋转层，其中限定有通道，
其中，极化旋转层设置在波导天线元件和波导输出端口之间，
其中，通道相对于波导天线元件以第一角度取向并且相对于波导输出端口以第二角度取向，
其中，通道配置为接收具有第一极化的输入电磁波并且发送具有第一中间极化的输出电磁波，并且
其中，波导输出端口配置成接收输入电磁波并辐射具有第二极化的电磁波。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述波导天线元件和所述波导输出端口的形状基本为矩形。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述波导天线元件和所述波导输出端口的形状基本为圆形。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述通道成形为圆角矩形。
5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第一极化与所述第二极化正交。
6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第一角度在44度与46度之间，并且其中，所述第二角度在44度与46度之间。
7.根据权利要求1所述的天线，其中，所述极化旋转层的厚度在具有所述第一极化的输入电磁波的半波长和整个波长之间。
8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述通道填充有电介质材料。
9.根据权利要求1所述的天线，还包括第二极化旋转层，其中限定有第二通道，
其中，第二极化旋转层设置在极化旋转层和波导输出端口之间，
其中，第二通道相对于波导天线元件以第三角度取向并且相对于波导输出端口以第四角度取向，
其中，第二通道配置为接收具有第一中间极化的输入电磁波并且发送具有第二中间极化的输出电磁波，并且
其中，第一中间极化与第二中间极化不同。
10.根据权利要求9所述的天线，其中，与雷达天线相关的可用频率的带宽位于77GHz频带内。
11.根据权利要求9所述的天线，其中，第一角度在25到35度之间，其中，第二角度在50到70度之间，其中，第三角度在50到70度之间，其中，第四角度在25到35度之间。
12.一种雷达系统，其包括：
发射器，其包括：
布置在第一阵列中的多个第一波导天线元件，其配置成以第一极化操作；
第一极化旋转层，其中限定有第一通道，
其中，第一极化旋转层与第一波导天线元件相邻设置，
其中，第一通道相对于第一波导天线元件以第一角度取向，并且
其中，第一通道配置为接收具有第一极化的输入电磁波并且发送具有第二极化的输出电磁波；以及
接收器，其包括：
布置在第二阵列中的多个第二波导天线元件，其配置为以第一极化操作；
第二极化旋转层，其中限定有第二通道，
其中，第二极化旋转层与第二波导天线元件相邻设置，
其中，第二通道相对于第二波导天线元件以第一角度取向，并且
其中，第二通道配置为接收具有第二极化的输入电磁波，并将具有第一极化的输出电磁波发送到第二波导天线元件。
13.根据权利要求12所述的雷达系统，
其中，发射器还包括：
第三极化旋转层，其中限定有第三通道，
其中，第三极化旋转层与第一极化旋转层相邻设置，
其中，第三通道相对于第一通道以第二角度取向，
其中，第三通道配置为接收具有第二极化的输入电磁波并且发送具有第三极化的输出电磁波；
其中，接收器还包括：
第四极化旋转层，其中限定有第四通道，
其中，第四极化旋转层与第二极化旋转层相邻设置，
其中，第四通道相对于第二通道以第二角度取向，
其中，第四通道配置为接收具有第三极化的输入电磁波，并将具有第二极化的输出电磁波发送到第二通道。
14.根据权利要求13所述的雷达系统，其中，所述第一角度在20度与25度之间，并且其中，所述第二角度在20度与25度之间。
15.根据权利要求12所述的雷达系统，其中，所述雷达系统配置为由自主车辆用于导航。
16.根据权利要求12所述的雷达系统，其中，所述第一通道和所述第二通道成形为圆角矩形。
17.根据权利要求12所述的雷达系统，其中，所述第一角度在44度与46度之间。
18.根据权利要求12所述的雷达系统，其中，所述第一极化旋转层的厚度小于具有第一极化的输入电磁波的波长。
19.根据权利要求12所述的雷达系统，其中，所述第一通道和所述第二通道填充有电介质材料。
20.一种方法，其包括：
从布置在第一阵列中的多个波导天线元件发射具有第一极化的电磁波；
通过在设置在波导天线元件和布置在第二阵列中的多个波导输出端口之间的极化旋转层内限定的通道接收具有第一极化的电磁波，其中，所述通道相对于波导天线元件以第一角度取向；
通过在极化旋转层内限定的通道发送具有中间极化的电磁波；
通过波导输出端口接收具有中间极化的电磁波，其中，波导输出端口相对于通道以第二角度取向；
通过波导输出端口辐射具有第二极化的电磁波，其中，第二极化与第一极化不同，其中，第二极化与中间极化不同，并且其中，第一极化与中间极化不同。
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