CN113410640B - 具有纵向极化元件的行波阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有纵向极化元件的行波阵列。具体地，用于辐射电场偏振的正交旋转的设备和方法依赖于辐射元件，该辐射元件包括偏置脊波导和功能上与偏置脊波导相邻的单模第一脊波导。

Description

具有纵向极化元件的行波阵列
技术领域
本公开涉及高分辨率无线电检测和测距(雷达)系统。
背景技术
雷达系统越来越多地用于检测和跟踪各种应用中的物体。例如，车载雷达系统可以检测和跟踪物体以用于各种情况感知应用以及自主和半自主车辆控制。在一种类型的雷达系统中，已经提出了行波成像歧管(TIM)用于与一维(即线性)阵列波导缝隙天线一起使用，以期通过具有正交于阵列轴对齐并以等于或略大于约一半的波长间隔开以实现可接受的旁瓣电平和效率的缝隙定向的各个缝隙天线沿阵列轴实现电场极化。然而，在一维阵列波导缝隙天线中实现正交于阵列轴的电场极化基本受到这种各个缝隙天线的不兼容性能和设计参数的限制。简单地将正交于阵列内各个缝隙天线重新定向本身将极大地衰减辐射功率，除非人们将辐射缝隙也从狭窄的波导壁移动到宽阔的波导壁。然而，将各个缝隙天线间隔保持在或略大于大约一半的波长将需要将波导宽度变窄到截止点，这也显著衰减了辐射功率。因此，各个缝隙天线间隔和缝隙宽度参数实际上是不兼容的。因此，在某些应用中可能希望提供一维阵列波导缝隙天线，其具有与阵列轴正交的纵向电场极化，这将各个缝隙天线间隔保持在或略大于大约一半的波长和有效的辐射功率。
发明内容
在一示例性实施例中，波导辐射结构可包括辐射元件，其具有偏置脊波导和功能上与偏置脊波导相邻的单模第一脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，辐射元件可包括第二脊波导，其在功能上邻近与偏置脊波导相对的单模第一脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，该结构可包括馈线，其耦合到与单模第一脊波导相对的偏置脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，该结构可包括矩形波导，其在功能上邻近与馈线相邻的偏置脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，馈线可包括具有曲折式馈电引导器的多个方向交替的平行馈线之一。
在另一示例性实施例中，一种用于辐射电场极化的正交旋转的方法可包括引导行进穿过馈电引导器的RF信号，提供耦合到馈电引导器的矩形波导，提供在功能上邻近与馈电引导器相对的矩形波导的偏置脊波导，并且提供在功能上邻近与矩形波导相对的偏置脊波导的单模第一脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，该方法可包括提供第二脊波导，其在功能上邻近与偏置脊波导相对的单模第一脊波导。
在又一示例性实施例中，一种波导辐射结构可包括：曲折式馈电引导器，其包括多个方向交替的平行馈线，用于沿相应的馈线轴引导RF信号；以及与馈线轴正交的一维阵列辐射元件。每个辐射元件可包括：在功能上耦合到相应馈线的偏置脊波导；以及单模第一脊波导，其在功能上邻近与相应馈线相对的偏置脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，每个辐射元件可包括第二脊波导，其在功能上邻近与偏置脊波导相对的单模第一脊波导。
除了本文所述的一个或多个特征之外，该结构可包括矩形波导，其在功能上邻近偏置脊波导和相应馈线并且在偏置脊波导和相应馈线之间。
除了本文所述的一个或多个特征之外，至少两个矩形波导可包括不同的高度。
除了本文所述的一个或多个特征之外，至少两个馈线包括不同的长度。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式在下面的详细描述中出现，该详细描述参考附图，其中：
图1示出了根据本公开的示例性波导辐射结构；
图2示出了根据本公开的示例性波导；
图3示出了根据本公开的示例性波导辐射结构；以及
图4示出了根据本公开的在偏置脊波导中的示例性电场极化。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、其应用或用途。在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
图1示意性地示出了例如用于雷达系统的波导辐射结构100。X和Y方向标注在三维轴系统的二维上。第三维Z被理解为不在页面内。结构100包括行波成像歧管(TIM)101。在一实施例中，歧管101可采用曲折式馈电引导器的形式，以引导射频(RF)信号通过。RF信号可以是源自输入102或在输入102处接收的信号。馈电引导器可以包括沿Y轴对齐并且在端部极限折返107处基本平行且方向交替(相对于引导的RF信号)的多个馈线103。在一实施例中，沿Y轴的端部极限位置可以变化，从而改变在它们之间限定的各个馈线103的有效长度109。在一实施例中，所有馈线103可具有相同的长度。在替代实施例中，至少两个馈线103具有不同的长度。在又一实施例中，没有两个馈线103具有相同的长度。在后一实施例中，馈电引导器可以表征为馈线103的长度的伪随机分布。结构100还包括一维阵列105各个辐射元件108。各个辐射元件108的阵列105沿着正交于馈线Y轴的X轴布置。
参考图2，示出了波导辐射结构200的局部分解等距视图。结构200可包括行波成像歧管101，其包括如本文相对于图1所述的多个馈线103。每个馈线103可以与相应的辐射元件208相关。每个辐射元件208包括偏置脊波导205和单模第一脊波导203。每个辐射元件208还可以包括矩形波导207和第二脊波导201。第二脊波导201可以是单模脊波导。每个波导201-207的特征在于与馈线103正交的X轴、与馈线103对齐的Y轴以及与辐射方向对齐的Z轴。每个辐射元件208通过盖212中的相应馈电孔210信号耦合到相应的馈线103。所有波导201-207示出为单独部件。应当理解，波导201-207可以是单独的或集成的构造。如图所示，波导201-207功能上在相对位置相邻。波导在功能上被认为是相邻的，其中它们的Z轴对齐并且它们被信号耦合。本领域普通技术人员认识到，波导201-207可以与中间层直接相邻或以一定间隔相邻。例如，在一实施例中，中间层可以包括施加的粘合剂。在另一实施例中，中间层可以包括垫片、间隔件或其他过渡。在另一实施例中，中间层可以包括电介质。在另一实施例中，中间层可以包括另一波导。矩形波导207可以与盖212分开或与之成一体。集成的矩形波导207可以取代对单独馈电孔210的需求。
图3在沿Z轴的平面图中示出了各个波导201-207中的每个。矩形波导207包括具有长边211L和短边211S的孔211，其高度为(h)。在一实施例中，每个孔211的各自高度是相等的。在替代实施例中，至少两个孔具有不同的高度。在又一实施例中，没有两个孔211具有相同的高度。在后一实施例中，一维阵列105的各个辐射元件108的特征可以在于相应的矩形波导207孔高度导致基本相等的辐射功率。矩形波导207沿X轴传播具有电场极化的信号。偏置脊波导205包括具有长边213L和短边213S的孔213。偏置脊波导205包括相对于短边213S和长边213L的中心线都偏置的脊214。因此，每个脊214占据由相邻的短边213S和长边213L形成的相对角之一。应当理解，每个脊214具有两个表面，一个表面从短边213S正交地延伸，一个表面从长边213L正交地延伸。在一实施例中，偏置脊波导205在功能上邻近与馈线103相对的矩形波导207。偏置脊波导205辐射具有在图4中所示的在X轴和Y轴中间的基本电场偏振的信号。单模第一脊波导203包括具有长边215L和短边215S的孔215。单模第一脊波导203包括从短边215S突出并与长边215L平行的脊216。每个脊216在长边215L中间。应当理解，每个脊216具有三个表面，两个平行表面从短边215S正交地延伸，一个表面在两个平行表面的末端之间正交地延伸。在一实施例中，单模第一脊波导203在功能上邻近与矩形波导207相对的偏置脊波导205。第二脊波导201包括具有长边217L和短边217S的孔217。第二脊波导201包括从短边217S突出并与长边217L平行的脊218。每个脊218在长边217L中间。应当理解，每个脊218具有三个表面，两个平行表面从短边217S正交地延伸，一个表面在两个平行表面的末端之间正交地延伸。在一实施例中，单模第一脊波导201在功能上邻近与偏置脊波导205相对的单模第一脊波导203。第二脊波导201实现低阻抗单模脊波导203与高阻抗辐射场的阻抗匹配。
因此，应当理解，所公开的脊波导205、207的布置可以设计为获得足够低的截止频率，以支持所期望的极化，其尺寸宽度(X方向尺寸)为或稍大于感兴趣信号的大约一半波长。脊波导205、207由偏置脊波导203馈电，该偏置脊波导203将来自馈线103的能量耦合到期望的脊波导模式。偏置脊波导203通过矩形波导201耦合到馈线103，该矩形波导201的高度(h)控制元件辐射的能量的量。所公开的结构在两个期望的偏振中都实现了有效的辐射，同时避免了截止。
包括波导201-207的所公开的辐射元件208的复杂性可能需要部件的制造和组装。在一实施例中，包括波导201-207的所公开的辐射元件208可以由一种或多种金属坯料加工而成，例如铜、青铜、黄铜、铝、铁-镍和其他合金。在其他实施例中，可以通过金属铸造或烧结工艺来完成包括波导201-207的所公开的辐射元件208的制造。在其他实施例中，可以将塑料注射成型与有源波导表面的金属涂覆或镀覆结合使用。在其他实施例中，包括塑料和金属沉积的增材制造技术可以用于制造包括波导201-207的所公开的辐射元件208。
除非明确地描述为“直接的”，否则在以上公开中描述了第一和第二元件之间的关系时，该关系可以是其中在第一和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，而且也可以是其中在第一和第二元件之间存在一个或多个中间元件(在空间上或功能上)的间接关系。
应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，可以以不同的顺序(或同时)执行方法或过程中的一个或多个步骤。此外，尽管以上将实施例中的每个描述为具有某些特征，但相对于本公开的任何实施例描述的那些特征中的任何一个或多个特征可以在任何其他实施例中实现和/或与其特征组合，即使该组合没有明确描述。换句话说，所描述的实施例不是互相排斥的，并且一个或多个实施例彼此的置换仍在本公开的范围内。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其要素。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种波导辐射结构，包括：
辐射元件，包括：
偏置脊波导，该偏置脊波导具有正交于馈线的相应X轴、与馈线对齐的相应Y轴以及与辐射方向对齐的相应Z轴，该偏置脊波导包括具有长边和短边的孔以及相对于短边和长边的中心线偏置的一对脊，使得脊占据由相邻的短边和长边形成的相对角；以及
功能上与偏置脊波导相邻的单模第一脊波导，其中单模第一脊波导具有正交于馈线的相应X轴、与馈线对齐的相应Y轴以及与辐射方向对齐的相应Z轴，第一脊波导包括具有长边和短边的孔以及一对脊，每个脊从短边突出，平行于长边并位于长边中间，其中相应Z轴对齐，并且偏置脊波导和第一脊波导信号耦合。
2.根据权利要求1所述的结构，所述辐射元件包括第二脊波导，其在功能上邻近与所述偏置脊波导相对的所述单模第一脊波导。
3.根据权利要求1所述的结构，包括馈线，其耦合到与所述单模第一脊波导相对的所述偏置脊波导。
4.根据权利要求2所述的结构，包括馈线，其耦合到与所述单模第一脊波导相对的所述偏置脊波导。
5.根据权利要求1所述的结构，包括矩形波导，其在功能上邻近与馈线相邻的所述偏置脊波导。
6.根据权利要求5所述的结构，其中，所述馈线包括具有曲折式馈电引导器的多个方向交替的平行馈线之一。
7.一种波导辐射结构，包括：
曲折式馈电引导器，包括多个方向交替的平行馈线，用于沿相应的馈线轴引导RF信号；
与馈线轴正交的一维阵列辐射元件；
每个辐射元件包括：
偏置脊波导，该偏置脊波导具有正交于馈线的相应X轴、与馈线对齐的相应Y轴以及与辐射方向对齐的相应Z轴，该偏置脊波导包括具有长边和短边的孔以及相对于短边和长边的中心线偏置的一对脊，使得脊占据由相邻的短边和长边形成的相对角，偏置脊波导在功能上耦合到相应馈线；以及
单模第一脊波导，其在功能上邻近与相应馈线相对的偏置脊波导，单模第一脊波导具有正交于相应馈线的相应X轴、与相应馈线对齐的相应Y轴以及与辐射方向对齐的相应Z轴，第一脊波导包括具有长边和短边的孔以及一对脊，每个脊从短边突出，平行于长边并位于长边中间，其中相应Z轴对齐，并且偏置脊波导和第一脊波导信号耦合。
8.根据权利要求7所述的结构，每个辐射元件包括第二脊波导，其在功能上邻近与所述偏置脊波导相对的所述单模第一脊波导。
9.根据权利要求7所述的结构，包括矩形波导，其在功能上邻近所述偏置脊波导和相应馈线并且在所述偏置脊波导和相应馈线之间。
10.根据权利要求8所述的结构，包括矩形波导，其在功能上邻近所述偏置脊波导和相应馈线并且在所述偏置脊波导和相应馈线之间。
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