CN113629380B - 天线、雷达系统和用于调节天线的极化的方法 - Google Patents

天线、雷达系统和用于调节天线的极化的方法 Download PDF

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Abstract

一种天线，包括：波导天线元件；波导输出端口；极化改变层，其中限定有通道；以及旋转部件，耦合到极化改变层，其中旋转部件是微机电系统(MEMS)设备，其中极化改变层设置在波导天线元件与波导输出端口之间，其中旋转部件被配置为调节极化改变层相对于波导天线元件和波导输出端口的取向，以将由波导天线元件辐射的后续电磁波的极化从第一极化改变为第二极化。

Description

天线、雷达系统和用于调节天线的极化的方法
本申请是国际申请日为2018年12月10日、进入中国国家阶段日为2020年6月15日且发明名称为“天线、雷达系统和用于调节天线的极化的方法”的中国发明专利申请201880080999.1的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2017年12月14日提交的美国专利申请第15/842,704号的优先权，该美国专利申请通过引用全文合并于此。
技术领域
本公开涉及天线、包括天线的雷达系统、以及用于调节天线的极化的方法。
背景技术
通过发射无线电信号以及探测反射离开环境中的表面的返回的反射信号，无线电探测和测距(RADAR)系统可以主动估计到环境中的特征的距离。结果，可以根据发送与接收之间的时间延迟来确定到无线电反射特征的距离。雷达系统可以发射频率随时间变化的信号，诸如具有时变频率斜坡的信号，然后将发射的信号与反射的信号之间的频率差异与范围估计相关联。
一些系统也可以基于接收到的反射信号中的多普勒频移来估计反射对象的相对移动。定向天线(例如阵列天线)可以用于信号的发送和/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视场上。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。
发明内容
示例实施方式涉及调节在雷达单元上操作的一个或多个天线的极化。在一些示例中，调节雷达天线的极化涉及使用极化滤波器，该极化滤波器使天线发送或接收以与天线原本所针对设计的极化不同的极化辐射的雷达信号。例如，极化滤波器可以附接到雷达单元或在雷达单元内产生，以使一个或多个天线在不同极化内工作。在其他示例中，调节雷达天线的极化涉及在雷达单元的开发期间改变雷达单元的内部配置，以便扭曲(例如，改变)雷达天线的极化。例如，雷达单元内的额外扭曲改变可以使雷达单元内传播的电磁波扭曲以输出期望的极化。
在一个方面，本申请描述了一种雷达单元。该雷达单元包括：多个发送天线，其被配置为发送具有第一极化的雷达信号；以及多个接收天线，其被配置为接收具有第一极化的雷达信号。该雷达单元还包括耦合到所述多个发送天线和所述多个接收天线的至少一部分的极化滤波器。特别地，极化滤波器使所述多个发送天线中的发送天线子集发射具有第二极化的雷达信号，以及其中极化滤波器使所述多个接收天线中的接收天线子集接收具有第二极化的雷达信号。
在另一个方面，本申请描述了一种雷达系统。该雷达系统包括：多个发送天线，其被配置为发送具有第一极化的雷达信号；以及多个接收天线，其被配置为接收具有第一极化的雷达信号。该雷达系统还包括耦合到所述多个发送天线和所述多个接收天线的至少一部分的极化滤波器。特别地，极化滤波器使所述多个发送天线中的发送天线子集发送具有第二极化的雷达信号。此外，极化滤波器还使所述多个接收天线中的接收天线子集接收具有第二极化的雷达信号。
在又一个方面，本申请描述了一种用雷达系统发信号的方法。该方法包括使用发送天线的阵列发送一个或更多个雷达信号。例如，发送天线的阵列被配置为发送具有第一极化的雷达信号。另外，极化滤波器耦合到发送天线阵列，并使发送天线的阵列发送具有第二极化的所述一个或更多个雷达信号。该方法还包括使用接收天线的阵列接收所述一个或更多个雷达信号。例如，接收天线的阵列被配置为接收具有第一极化的雷达信号。此外，极化滤波器耦合到接收天线的阵列，并使接收天线的阵列接收具有第二极化的所述一个或更多个雷达信号。
前述发明内容仅是说明性的，并且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、实施方式和特征之外，另外的方面、实施方式和特征将通过参照附图和以下详细描述变得明显。
附图说明
图1示出了根据示例实施方式的极化滤波器单位单元(unit cell)。
图2示出了根据示例实施方式的极化滤波器单位单元和波导。
图3示出了根据示例实施方式的极化滤波器单位单元和两个波导。
图4示出了根据示例实施方式的波导、极化滤波器单位单元和喇叭天线。
图5示出了根据示例实施方式的另一极化滤波器单位单元。
图6示出了根据示例实施方式的另一极化滤波器单位单元和两个波导。
图7示出了根据示例实施方式的极化滤波器层。
图8A示出了根据示例实施方式的天线的波辐射部分。
图8B示出了根据示例实施方式的另一天线。
图9示出了根据示例实施方式的端部开口波导天线元件的阵列。
图10示出了根据示例实施方式的端部开口波导天线元件的另一阵列和极化滤波器。
图11示出了根据示例实施方式的波导天线元件的阵列、极化滤波器和波导输出端口的阵列。
图12A示出了根据示例实施方式的扭曲的天线配置。
图12B示出了根据示例实施方式的另一扭曲的天线配置。
图13示出了根据示例实施方式的扭曲的天线。
图14示出了根据示例实施方式的辐射电磁波的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，参照了附图，附图形成以下详细描述的一部分。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方式并不意味着是限制性的。在不脱离在此提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行其他改变。将容易地理解，如在此一般性地描述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，所有这些在此明确地考虑。
如上所述，雷达系统可以使用一个或多个发送天线在预定方向上发射雷达信号，以测量环境。当与环境中的表面接触时，雷达信号可以在多个方向上反射或散射。一部分雷达信号可以反射回雷达系统，并被一个或多个接收天线捕获。然后，接收到的反射信号可以被处理，以确定表面相对于雷达系统的位置。
由于测量到特征的距离以及环境内移动特征的移动(例如，移动特征的移动、特征相对于雷达平台的相对移动、和/或移动的组合)的能力，雷达系统越来越多地用于辅助车辆导航和安全。特别地，车辆可以在自主或半自主操作期间依赖雷达系统，以使车辆控制系统能够探测车辆周围的环境内的其他特征，例如附近的车辆、道路边界、天气状况、交通标志和信号、以及行人。随着车辆雷达系统的数量持续增长，期望价格合理的雷达单元，其可以精确地测量雷达的周围环境(例如车辆的周围环境)并且还可以在具有拥有雷达系统的多个车辆的环境中操作。
在此提出的示例实施方式包括低成本雷达单元，其可以安装在车辆上的各种位置和方向上，以捕获对车辆环境的精确测量。特别地，在此描述的一些示例雷达单元可以包括可操纵极化的一个或多个极化滤波器，发送天线和接收天线发送或接收处于该极化的雷达信号。这样，位置、配置、以及极化滤波器对雷达单元的影响可以在示例中变化。
为了说明示例实现方式，雷达单元可以包括发送阵列和接收阵列，其中每个阵列由一个或多个天线构成，所述一个或多个天线被配置为最初以特定的极化发送或接收雷达信号。极化(诸如雷达信号的极化)表示应用于横波(例如电磁雷达信号)的特性。特别地，极化规定了横波振荡的几何取向。例如，线性极化是沿传播方向将电场矢量限制在给定平面内。
为了进一步详细阐述，如果雷达信号在行进期间具有垂直取向(即，随着信号行进，雷达信号在上下路径中交替)，则该雷达信号可以被述为垂直线性极化雷达信号。当雷达信号在行进期间具有水平取向(即，随着信号行进，雷达信号沿平行平面左右交替)时，该雷达信号可以被描述为水平线性极化雷达信号。这些极化不是雷达信号可经历的唯一可能的极化。而是，雷达信号还可以沿着其他极化行进，诸如在水平线性极化与垂直线性极化之间穿过的倾斜极化。例如，以倾斜极化行进的雷达信号可以以与水平面成正四十五(45)度或负45度行进。
这样，雷达单元常被设计成使得天线以特定的极化发送和接收。例如，雷达单元可以包括发送天线的阵列和接收天线的阵列，这两者以特定的极化(例如垂直线性极化)发送或接收雷达信号。雷达单元有时可以具有特殊的设计以实现批量生产。在这些情形下，尽管雷达单元可以以特定的极化捕获测量，但雷达单元可能无法以其他极化捕获测量。结果，在车辆或其他实体上操作的雷达系统可以受益于额外的雷达单元，该额外的雷达单元被设计为以其他极化发送和接收，以便使雷达系统能够以多种极化测量环境。
在此提出的一些示例包括使用极化滤波器，该极化滤波器使设计为以特定的极化或多种极化操作的雷达单元能够以其他极化操作。因此，尽管雷达单元的发送阵列和/或接收阵列可以包括配置为以特定的极化或多种极化发送或接收雷达信号的天线，但是雷达单元可以进一步包括可改变极化的一个或多个极化滤波器，所有天线或一些天线以该极化发送和/或接收雷达信号。
极化滤波器可以耦合到相对于辐射天线的各个位置，以便操纵天线的极性。例如，极化滤波器可以直接在辐射元件下方或在雷达单元的另一层中耦合到雷达单元。另外，极化滤波器还可以在各种程度上调节发送天线或接收天线的极化。例如，雷达单元可以配置有一个或多个极化滤波器，以从以给定的极化发送(和接收)多个信号调整到以与雷达单元设计的原始极化正交的另一极化发送(和接收)多个信号。
当一信号与另一信号正交时，这意味着由于每个信号穿过环境的方式，每个信号都能够独立于另一个信号被解析。例如，当雷达单元发送垂直线性极化信号和水平线性极化信号两者时，这些信号可以彼此正交。实际上，这两个正交可以被环境中的对象反射并被雷达单元接收。这样，垂直极化反射信号可以被垂直极化天线接收，水平极化反射信号可以被水平极化天线接收。因为垂直极化信号与水平极化信号正交，所以垂直极化天线将接收不到任何水平极化信号(或接收非常小的百分比的水平极化信号)，水平极化天线将接收不到任何垂直极化信号(或接收非常小的百分比的垂直极化信号)。另外，这可以允许雷达能够拾取由地面或表现出交叉极化转换的其他物体(诸如复杂的地形、灌木丛、树木、雪、雨和复杂的目标等)反射的雷达信号的任何交叉极化分量。这可以允许车辆控制系统或另一系统使用雷达更彻底地分析环境，包括用各种极化测量和分析驾驶场景。
如上所述，极化滤波器代表可以操纵雷达单元的一个或多个天线的操作的材料层。在一些实施方式中，尽管发送天线具有使它们在没有极化滤波器的情况下以第一极化发送雷达信号的初始设计，但是极化滤波器可以使发送天线的子集以第二极化发送雷达信号。例如，当极化滤波器定位在配置为发送垂直线性极化的雷达信号的发送天线上时，极化滤波器可以调节发送天线的输出，使得发送天线发送被不同地极化的(例如，水平线性极化的)雷达信号。另外，在另外的示例实施方式中，雷达单元可以包括一个或多个极化滤波器，所述一个或多个极化滤波器使发送天线发送以与水平面成大约正四十五度和负四十五度的倾斜极化辐射的雷达信号以及使接收天线接收该雷达信号。
一些示例实施方式可以涉及使用多个雷达极化滤波器调节雷达单元的一个或多个天线的极化。例如，雷达单元可以包括耦合到其天线的第一子集的第一极化滤波器和耦合到其天线的第二子集的第二极化滤波器。在以上实现方式中，第一极化滤波器可以使天线的第一子集发送和接收以第一极化(例如垂直线性极化)行进的雷达信号，第二极化滤波器可以使天线的第二子集发送和接收以第二极化(例如水平线性极化)行进的雷达信号。雷达单元的其他示例可以涉及额外的极化滤波器。在另外的示例中，极化滤波器可以重叠。
一些示例雷达单元可以具有各种配置，包括具有设计为具有以多种极化发送和/或接收雷达信号的天线的一些雷达单元。例如，雷达单元可以具有天线的阵列，该天线的阵列被设计为使得每个阵列以特定的极化(诸如水平线性极化、垂直线性极化和倾斜线性极化(例如，与水平面成大约正四十五度或负四十五度))发送或接收雷达信号。这样，能够以多种极化使用雷达信号的这些雷达单元可以仍旧包括一个或多个极化滤波器，以改变其天线的全部或子集的性能。
极化滤波器的参数可以在示例中变化。例如，极化滤波器的大小、厚度和设计可以取决于雷达单元的设计和期望的性能而有所不同。在一些示例中，雷达单元可以使用单个极化滤波器，其覆盖雷达单元上的所有天线或一组天线。在其他示例中，雷达单元可以包括可重叠或可不重叠的多个极化滤波器。包括多个极化滤波器的雷达单元可以在极化滤波器之间具有间隙，或者极化滤波器也可以在其间的任何空间内对准。
另外，在一些实施方式中，极化滤波器可以内置到雷达单元中。例如，极化滤波器可以生成为雷达单元的一部分(例如，层)。极化滤波器可以是位于天线上方的顶层，或可以作为另一层。在其他实施方式中，极化滤波器可以可配置为附接到雷达单元。例如，极化滤波器可以经由紧固件或粘合剂耦合到(couple to)雷达单元。这样，一些示例实施方式可以涉及极化滤波器，该极化滤波器是可调节的并且可以耦合到同一雷达单元的不同部分并在所述不同部分之间切换。
在另外的示例中，一个或多个极化滤波器可以根据一个或多个旋转部件而操作。例如，雷达单元可以包括旋转部件，该旋转部件可以调节一个或多个极化滤波器的位置或多个位置。调节极化滤波器的位置可以使极化滤波器以取决于极化滤波器的当前位置的方式来改变在雷达单元上的天线的极化。旋转部件可以使用各种技术或动力源来调节极化滤波器的位置，以执行调节。
在一些示例中，旋转部件是微机电系统(MEMS)。MEMS和其他潜在的旋转部件可以使用微制造技术制造。通过使用MEMS设备，雷达单元可以能够原位调节一个或更多个雷达单元的极化。举例来说，原位调节允许雷达单元(或车辆)调节雷达单元的极化而不用实体地替换车辆上的雷达硬件。
发送天线或接收天线以及下面的波导通道的配置、位置和取向可以影响天线以其发送或接收雷达信号的极化、发射或接收的宽度和距离、以及天线的操作方向。这样，在此提出了雷达单元的不同布局，其描绘了能够进行各种类型的操作(包括距车辆或其他设备的近距离、中距离和远距离)的雷达单元。雷达单元的这些不同布局可以包括一个或多个极化滤波器，所述一个或多个极化滤波器调节借助于给定天线的发送以及接收的极化。
在一些示例实施方式中，雷达单元的配置可以进一步影响雷达单元的天线的性能。特别地，雷达单元可以在内部被配置为在天线根据需要发送改变的电磁波之前在期望的程度上另外地改变(例如，扭曲)电磁波的极化。同样，雷达单元可以被配置为接收雷达信号的反射，并在内部将接收到的信号改变(例如，扭曲)为所期望的极化。作为示例，雷达单元可以接收电磁波并将电磁波扭曲到期望的极化(例如倾斜极化)。
能够以多种极化操作的雷达单元可以帮助减少当多个车辆或设备在同一区域中使用雷达时可能发生的干涉和干扰。干涉或干扰会导致雷达单元接收到不能从雷达单元的角度准确呈现环境的雷达信号。例如，位于车辆上的雷达单元可能不需要地接收由不同车辆的雷达系统在相同范围中且以相同的极化发射的雷达信号。此外，雷达信号的所有不同发送和反射会产生影响雷达单元性能的噪声。
举例来说，如果两个车辆正在朝着彼此行驶，并且两者都正在发送具有垂直极化(或水平极化)的雷达信号，则每个车辆可以接收到由另一车辆发送的一些雷达信号。来自所述另一辆车的这些雷达信号会干扰(或干涉)该车辆的雷达单元。然而，如果来自这两辆车的雷达信号彼此正交，则信号将不太可能干扰或干涉另一辆车的雷达。
可以以多于一种的极化发送和接收的示例雷达单元可以通过以与附近雷达系统所使用的极化不同的极化发送和接收雷达信号而潜在地避开干扰和干涉。同样，雷达单元可以以多种极化(例如全部四种)中的一种或更多种选择性地发送和接收雷达信号。雷达系统可以使用来自多种极化的测量的累积来测量环境。因此，一个或更多个雷达单元可以能够以一种或更多种极化使雷达单元的视场成像。
此外，以多种极化操作的雷达单元可以实现环境的进一步分析。例如，雷达系统可以基于多种极化下的雷达测量来检测位于道路上或道路附近的水(例如，水坑和/或天气状况)。因为水具有极化特定的反射特性，所以改变极化可以增强检测道路上的水的能力。车辆控制系统可以使用来自不同极化的增强的检测来躲避被淹的道路或以其他方式在不适合导航的环境周围导航。同样，处于多种极化的雷达信号的测量可以帮助检测金属交通标志，诸如停车标志和路标。
在一些示例中，极化测量可以帮助将环境中的复杂RF反射对象(例如汽车、道路标志)分解为规范的散射成分，诸如板、边缘、圆柱和三面体等。例如，以多种极化反射离开金属交通标志的边缘的雷达信号可以帮助雷达系统检测位置和估计标志的边界。结果，测量可以帮助形成丰富而有区别的特征空间，该特征空间可潜在地用于目标分类和对象识别。此外，除了极化测量的多视属性之外，系统还可以使用测量来表征目标的极化光谱并潜在地提供分类能力。例如，系统可以使用雷达测量和分析基于环境中检测到的形状、道路障碍、其他车辆、行人和其他特征来识别交通标志。
以下详细描述可以与具有一个或多个天线阵列的装置一起使用，所述一个或多个天线阵列可以采取单输入单输出、单输入多输出(SIMO)、多输入单输出(MISO)、多输入多输出(MIMO)和/或合成孔径雷达(SAR)雷达天线架构的形式。
在一些实施方式中，雷达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”可以指的是水平波导通道的较短区段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个包括输出端口，其被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。然而，该技术不限于DOEWG天线，在本公开的上下文内也可以使用其他天线。
例如，示例天线架构可以包括多个金属层(例如铝板)，其可以用计算机数字控制(CNC)被加工、适当地对准、并接合在一起。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，其可以被配置为将电磁波(例如77GHz毫米波)接收到第一波导通道中。第一金属层还可以包括多个分波通道的第一半。所述多个分波通道可以包括通道的网络，所述通道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、将电磁波分成电磁波的多个部分(即，功率分配器)、以及将电磁波的相应部分传播到多个波辐射通道中的相应波辐射通道。
一些示例汽车雷达系统可以被配置为以IEEE W频带(75-110吉赫兹(GHz))和/或NATO M频带(60-100GHz)中的频率操作。在一个示例中，本系统可以以77GHz的电磁波频率操作，该电磁波频率对应于具有电磁波长(例如，对于77GHz为3.9mm)的毫米(mm)波。这些雷达系统可以使用可将辐射的能量聚焦为波束的天线，以便使雷达系统能够以高精度测量环境，诸如自主车辆周围的环境。这样的天线可以是紧凑的、有效率的(即，应几乎没有77GHz能量在天线中损失给热、或反射回到发射器电子设备中)并且便宜且易于制造。
在一些示例实施方式中，极化滤波器可以设置在天线的两个层之间。所述两个层中的一个可以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。另一层可以包括波导输出端口(即，极化滤波器与周围环境之间的端口)。
极化滤波器可以被定位使得圆角矩形极化改变通道相对于波导天线元件和/或波导输出端口被定位(例如，相对于波导天线元件以44度与46度之间的角度旋转并且相对于波导输出端口以44度与46度之间的角度旋转)。
在一些实施方式中，波导天线元件和/或波导输出端口可以是矩形的形状。在备选实施方式中，波导天线元件和/或波导输出端口可以是圆形的形状。其他形状也是可能的。
在各种实施方式中，可以使用CNC加工或镀金属塑料模塑来制造极化滤波器。在各种示例实施方式中，极化滤波器可以由金属和/或电介质制造。
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，从一种极化到另一种极化(例如，从水平TE10极化到垂直TE10极化)的高能量泄漏可能在腔室内发生。与利用波导中的发生在许多个波长距离上的物理扭曲在波导中改变极化的备选方法不同，极化滤波器的厚度可以小于波长(例如，在对应的输入电磁波的一半波长和整个波长之间)，同时仍然实现足够的极化转换。圆角矩形极化改变通道也可以被设计为使得从通道传出的倏逝波导模式随着它们远离通道传播而足够快地消失。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，从而导致与旋转/改变极化的备选方法相比能量效率提高。
在一些示例中，雷达系统可以包括配置为调节雷达信号的极化的一个或更多个雷达单元。特别地，系统内的雷达单元可以被配置为作为DOEWG操作，该DOEWG接收从馈送引导件输入的电磁波并将电磁波划分到多个通道中。雷达单元可以进一步包括这样的配置，该配置可以从馈送波导的颈部接收划分的且预扭曲的电磁波，并在通道内将划分后的电磁波的额外扭曲(或其他方式的改变)提供给一个或多个所期望的极化。例如，额外扭曲可以使电磁波从水平线性极化调节为倾斜极化。
这样，雷达单元可以包括这样的配置，该配置允许足够的传播路径使扭曲的电磁波稳定，使得所有(或一部分)寄生倏逝波不再存在，并且所需的传播电磁波以期望的扭曲角度(即，以期望的极化)幸存。在一些示例中，雷达单元可以进一步包括与引导件端部处的自由空间的阻抗匹配，以便帮助将电磁波作为雷达信号辐射到环境中。另外，因为在能够附接到车辆的雷达单元的尺寸下可发生扭曲电磁波，所以可以使用CNC加工工艺来构造允许电磁波的扭曲的配置。此外，扭曲配置可以被包括在各种类型的雷达单元中，诸如配置有不同天线阵列的雷达单元。例如，在内部将电磁波扭曲成所期望的极化的雷达单元可以包括一乘十(1×10)的辐射元件阵列。
例如，基于对应的极化改变通道及波导的形状和材料，传播能量的分布可以在天线内的不同位置处变化。极化改变通道及波导的形状和材料限定电磁能的边界条件。边界条件是极化改变通道和波导的边缘处的电磁能的已知条件。例如，在金属波导中，假设极化改变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)，边界条件规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，可以使用麦克斯韦方程来确定电磁能如何通过极化改变通道和波导传播。
麦克斯韦方程可以为任何给定的极化改变通道或波导限定若干操作模式。每种模式具有一种特定的方式，电磁能可以以该特定的方式通过极化改变通道或波导传播。每种模式具有相关联的截止频率。如果电磁能具有低于截止频率的频率，则在极化改变通道或波导中不支持模式。通过适当地选择(i)尺寸和(ii)操作频率两者，电磁能可以通过极化改变通道和波导以特定的模式传播。可以设计极化改变通道和/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，以及混合模式。在TE模式中，电磁能在电磁能传播的方向上没有电场。在TM模式中，电磁能在电磁能传播的方向上没有磁场。在TEM模式中，电磁能在电磁能传播的方向上没有电场或磁场。在混合模式中，电磁能在电磁能传播的方向上具有电场和磁场两者中的一些。
TE、TM和TEM模式可以使用两个后缀数字进一步指定，这两个后缀数字对应于与传播方向正交的两个方向，诸如宽度方向和高度方向。非零后缀数字指示等于相应极化改变通道或波导(例如，假设矩形波导)的宽度和高度的电磁能半波长的相应数量。然而，零的后缀数字指示相对于该方向没有场的变化。例如，TE10模式指示极化改变通道或波导的宽度为半波长，并且在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。在另一示例中，TE21模式指示波导的宽度为一个波长(即两个半波长)，并且高度为一个半波长。
当以TE模式操作波导时，后缀数字还指示沿波导的相应方向的场最大值的数量。例如，TE10模式指示波导在宽度方向上具有一个电场最大值并且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送侧、接收侧、或发送侧和接收侧两侧。此外，极化滤波器的添加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原本将具有水平极化的接收天线。然而，通过包括极化改变层和波导输出端口，接收天线可以接收和转换垂直极化信号，从而实现这两个部件之间的通信。
在一些应用中，包括一个或多个极化滤波器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。这样的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)可能对雷达发信号产生不利影响。使用多种极化可以减少这样的不利影响。
另外地或备选地，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对象的信息。在一些示例中，该信息可以是二维的(例如，各种对象距路边的距离)。在其他示例中，该信息可以是三维的(例如，检测到的对象的各个部分的点云)。因此，例如，车辆可以能够随着其一路行驶而对路边“绘制地图”。
如果两个自主车辆使用类似的雷达系统询问环境(例如，使用上述SAR技术)，则那些自主车辆使用不同的极化(例如正交极化)来进行询问也可以是有用的，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干扰另一个雷达单元。因此，无需重新设计雷达单元，极化滤波器可以使雷达单元以不同的极化操作。
在一些实施方式中，多个极化滤波器可以级联在一起。这可以增加使用对应天线可以发生有效极化转换的频率带宽。此外，级联的极化滤波器的各种组合以及级联的极化改变层内的圆角矩形极化通道的各种尺寸可以用作频率过滤机制。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的极化，从而引入减少干扰并提供雷达系统中的各种不同雷达部件使用的额外雷达通道的额外方法。
现在参照附图，图1示出了极化滤波器100，其包括栓钉102、通孔104和极化改变通道106。极化滤波器100可以具有其他配置，并且可以用各种类型的材料(诸如使用CNC制造的金属)产生。此外，极化滤波器100可以是雷达单元的部件，但是也可以具有其他应用。另外，极化滤波器100可以是单个极化单元的示例，该单个极化单元可以在多个天线上被复制多次以便旋转由所述天线发送的极化。
多个极化滤波器100可以被进一步级联以允许极化的额外旋转。此外，级联的极化滤波器可以允许增加的可发生极化转换的频率带宽。
栓钉102可以使极化滤波器100能够连接到其他部件和/或与其他部件对准。例如，栓钉102可以使极化滤波器100与诸如波导或天线(例如，如图4所示的喇叭天线)的其他雷达部件上的对准孔对准。在备选实施方式中，可以存在多于两个的栓钉102、少于两个的栓钉102、或根本没有栓钉102。
通孔104可以执行与由栓钉102执行的任务类似的任务(例如，将极化滤波器100与其他部件连接和/或对准)。例如，在一些实施方式中，通孔104可以是带螺纹的，从而允许通孔104通过紧固件接合，以将极化滤波器100连接到其他雷达部件。如图1所示，存在四个通孔104。在备选实施方式中，可以存在多于四个的通孔104、少于四个的通孔104、或根本没有通孔104。
极化改变通道106表示极化滤波器100的在其中电磁波经历极化改变的部分。极化改变通道106的厚度以及有可能地其他参数可以基于一个或更多个波长来限定，因此在一些实施方式中，整个极化滤波器100的主体的厚度可以基于所述一个或更多个波长来限定，所述一个或更多个波长被预期为使用极化滤波器100经历极化改变(例如，如果极化滤波器100用于利用77GHz电磁波的雷达应用中，则极化滤波器100的厚度可为约3.9mm，或约为一个波长)。
极化改变通道106相对于一个或更多个安装点(例如栓钉102或通孔104)的角度可以限定当极化滤波器100作用于电磁波时发生多少极化旋转。在图1所示的示例实施方式中，极化改变通道106相对于栓钉102之间的线成45度角。因此，例如，如果波导与栓钉102对准，则穿过极化改变通道106的电磁波将经历45度的极化改变。这导致天线发送或接收以与天线原本所配置的不同的极化辐射的雷达信号。其他角度也是可能的(例如44度或46度)。
在一些实施方式中，极化改变通道106可以用除空气以外的材料填充或部分地填充。例如，可以使用电介质来填充极化改变通道106以更改极化改变通道106内部的谐振波长，从而更改使用极化滤波器100可发生极化改变的输入波长范围。
在一些实施方式中，可以改变极化改变通道106的形状。例如，极化改变通道106可以是圆形的或基本上圆形的，从而允许极化滤波器100与圆形波导对准。在图1所示的实施方式中，极化改变通道106具有圆角矩形的形状。在几何上，这样的形状可以被限定为通过采用具有给定半径的四个相等圆的凸壳(convex hull)并将这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拐角而获得的形状。
图2示出了极化滤波器100和波导202。如图所示，图2包括图1所示的极化滤波器100(包括栓钉102、通孔104和极化改变通道106)以及圆角矩形波导202，极化滤波器100和圆角矩形波导202形成系统200。这样，例如，矩形波导202和极化滤波器100可以具有大小适应具有77GHz频率的电磁波的特征。无线电谱内外的其他频率也是可能的。
如图2所示，波导202上的端口的长端(例如，波导202的长度)可以平行于极化滤波器100的栓钉102之间的线。结果，极化改变通道106可以相对于矩形波导202上的端口的取向成45度角(其他角度也是可能的)耦合。这可以允许系统200被配置为辐射电磁波，该电磁波具有相对于波导202的基部处(例如，在波导202的与极化滤波器100相反的一侧上的端口)的输入极化旋转了(例如，在44度与46度之间的)一角度的极化。
在其他实施方式中，系统200可以在极化改变通道106处接收具有特定极化的电磁波，并将所接受电磁极化的极化旋转或以其他方式调节44度与46度之间的角度(即，用作接收器而不是发送器)。系统200可以使雷达系统的一端(例如发送端)上的部件能够与雷达系统的第二端(例如接收端)上的部件通信，即使部件具有不同的固有极化。例如，可以将极化改变通道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。
在备选实施方式中，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替换。在这样的实施方式中，极化改变通道106可以因此被设计成不同的形状(例如，圆形、椭圆形或矩形)。
另外地或备选地，极化滤波器100可以用于通过滤波来选择特定的极化或频率。这样的滤波考虑还可以导致极化改变通道106内使用的形状、大小或填充材料的变化。在一些实施方式中，极化改变通道106可以被设计为发送并可能更改具有圆极化或椭圆极化的电磁波。
另外，极化滤波器100可以用作矩形波导顶部的校正虹膜(iris)。例如，如果矩形波导是畸形的(例如，矩形波导的一侧弯曲)，则极化改变通道106可以具有补偿矩形波导的形状的形状。
如上所述，例如，系统200可以形成雷达天线或无线电通信系统的部件。系统200的各种其他应用也是可能的。例如，在这样的备选应用中，波导202或极化滤波器100的尺寸可以具有对与在相应应用中使用的电磁波对应的给定波长负责的其他配置。
图3示出了极化滤波器100和波导202、302。如图所示，极化滤波器100可以是图1和图2所示的极化滤波器100，波导202可以是图2所示的圆角矩形波导202。
在图3中绘出的实施方式中，波导202可以被称为下波导202，波导302可以被称为上波导302。极化滤波器100、下矩形波导202和上矩形波导302可以一起组成系统300。如图所示，系统300可以类似于图2所示的系统200，其中添加上矩形波导302，该上矩形波导302座置于或固定到极化滤波器100的一侧，该侧与下矩形波导202座置或固定到的极化滤波器100的一侧相反。
如图所示，例如，相对于下矩形波导202的基部处的输入极化，系统300可以被配置为辐射具有90度极化旋转的电磁波。例如，这样的布置可以允许(例如，在下矩形波导202的与极化滤波器100相反的一侧上的端口处的)输入电磁波从水平TE10极化旋转为输出部(例如，在上矩形波导302的与极化滤波器100相反的一侧上的端口)处的垂直TE10极化。输入与输出之间的其他角度旋转也是可能的。
备选地，系统300可以用于在上矩形波导302的端口处接收给定极化的电磁波，然后在将具有旋转后的极化的电磁波发射出下矩形波导202的基部中的端口之前，使电磁波的极化旋转一角度(例如，75度与105度之间的角度)。
在一些实施方式中，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所示的实施方式中，上波导302和下波导202可以具有类似的形状和大小，但是相对于彼此(例如，以88度与92度之间的角度)在取向上旋转。此外，除了绕垂直轴线相对于彼此旋转之外或作为其备选，上波导302和下波导202中的一个或两个可以相对于与极化滤波器100的表面的平面平行的轴线旋转。在备选实施方式中，上波导302和下波导202可以有不同的长度、宽度、高度或形状。类似于图2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大小，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波导、椭圆形波导或矩形波导。如果上波导302和下波导202的各自的形状不等同，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，则下波导202可以稍微更长或更宽，以容纳与上波导302所容纳的模式相等的模式)。在另外的实施方式中，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)替换。
图4示出了根据示例实施方式的波导202、极化滤波器单位单元100和喇叭天线404。如图所示，极化滤波器100可以是图1、图2和图3所示的极化改变单位单元，波导202可以是图2和图3所示的波导202。极化滤波器100、波导202和喇叭天线404可以一起组成系统400。还包括在图4所示的系统400中的是两个紧固板402，这两个紧固板402用于将系统400的其他部件(即，波导202、极化滤波器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所示的系统200，其中添加喇叭天线404，该喇叭天线404紧固到极化滤波器100的一侧，该侧与波导202紧固到的一侧相反。
如图4所示，极化滤波器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然后可以使用螺栓彼此附接、附接到极化滤波器100、或既彼此附接又附接到极化滤波器100。螺栓可以替换图1所示的栓钉102。备选地，螺栓可以旋入通过栓钉102内限定的螺纹端口或通孔，或者旋入通过一个或更多个其他通孔，诸如图1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滤波器100。
在备选实施方式中，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)到极化滤波器100的一部分，从而消除使用紧固板402的需要。在另外的实施方式中，紧固板402可以被不同地成形(例如，矩形而不是圆形)。
喇叭天线404代表图4所示的系统400的辐射元件。喇叭天线404可以是代替图3所示的上波导302使用的备选的辐射元件。与诸如图3所示的上波导302的备选天线辐射元件相比，使用喇叭天线404的潜在优点可以包括改善的方向性、带宽和驻波比(SWR)。在备选实施方式中，喇叭天线404可以具有备选形状(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更有效率地辐射不同频率的电磁波或者辐射对应于不同极化的电磁波。在备选实施方式中，除了图3和4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，该电磁波具有来自输入到波导202的基部处的端口的极化的旋转极化。例如，所述极化可以在88度与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方式的另一极化改变单位单元500。类似于图1所示的实施方式，图5所示的极化改变单位单元500包括栓钉502、通孔504和极化改变通道506。极化改变单位单元500可以是使用例如CNC制造的金属板，其他部件限定在该金属板中(例如极化改变通道506)和/或在该金属板上(例如两个栓钉502)。虽然极化改变单位单元500可以是天线或雷达系统的部件，但是极化改变单位单元500可以用在各种其他应用中。
可以进一步级联多个极化改变单位单元500以允许额外的极化旋转。例如，九个级联的极化改变单位单元(每个都类似于极化改变单位单元500)可以每个被一个接一个地级联。九个级联的极化改变单位单元中的每个可以具有连续的极化改变通道506，所述连续的极化改变通道506从相邻的极化改变单位单元的极化改变通道506偏移10度。以这种方式，九个级联的极化改变单位单元可以将输入电磁波的极化旋转90度为输出电磁波的极化。此外，级联的极化改变单位单元可以允许可发生极化转换的增加的频率带宽。例如，一组级联的极化改变单位单元可以用作宽带(就所接受的电磁频率而言)极化旋转设备。例如，在一些实施方式中，这样的设备可以能够旋转具有“E频带”(即60-90GHz)内的频率的任何电磁波。
类似于图1所示的实施方式，栓钉502可以被配置为允许极化改变单位单元500连接到其他部件和/或与其他部件对准。例如，栓钉502可以使极化改变单位单元500与诸如波导或天线(例如图4所示的喇叭天线404)的其他雷达部件上的对准孔对准。在备选实施方式中，可以存在多于两个的栓钉502、少于两个的栓钉502、或根本没有栓钉502。
同样类似于图1所示的实施方式，通孔504可以执行与由栓钉502执行的任务类似的任务(例如，将极化改变单位单元500与其他部件连接和/或对准)。例如，在一些实施方式中，通孔504可以是带螺纹的，从而允许通孔504通过紧固件接合，以将极化改变单位单元500连接到其他雷达部件。如图5所示，存在四个通孔504。在备选实施方式中，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。
在该实施方式中，极化改变通道506是极化改变单位单元500的在其中电磁波经历极化的旋转的部件。极化改变通道506的厚度可以基于一个或更多个波长(或波长的部分)来限定，因此在一些实施方式中，极化改变单位单元500的主体的厚度可以基于所述一个或更多个波长(或波长的部分)来限定，所述一个或更多个波长被预期为使用极化改变单位单元500经历极化改变(例如，如果极化改变单位单元500用于利用77GHz电磁波的雷达应用，则极化改变单位单元500的厚度可以为约3.9mm，或约一个波长)。
极化改变通道506相对于一个或更多个安装点(例如栓钉502或通孔504)的角度可以限定当极化改变单位单元500作用于电磁波时发生多少极化改变。然而，与图1所示的实施方式不同，图5所示的极化改变通道506相对于与两个栓钉502之间的线垂直的线在10度与15度之间旋转。在备选实施方式中，其他角度也是可能的。如上所述，特别是当级联多个极化改变单位单元500时，较小的角度可以增加入射电磁波的频率带宽，极化改变通道506可以在该频率带宽上有效地旋转极化。
在一些实施方式中，极化改变通道506可以用除空气以外的材料填充或部分地填充。例如，可以使用电介质来填充极化改变通道506以更改极化改变通道506内部的谐振波长，从而更改使用极化改变单位单元500可发生极化旋转的输入波长范围。
此外，在一些备选实施方式中，可以改变极化改变通道506的形状。例如，极化改变通道506可以是圆形的或基本上圆形的，从而允许极化改变单位单元500与圆形波导对准。在图5所示的实施方式中，极化改变通道506具有圆角矩形的形状(即，形状基本上是矩形的)。在几何上，这样的形状可以被限定为通过采用具有给定半径的四个相等圆的凸壳并将这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拐角处而获得的形状。
另外地或备选地，一些实施方式可以影响两个或更多个简并模式(degeneratemode)以形成单个圆极化波。在这样的实施方式中，单位单元有可能在仅接收到线性极化波作为输入时发射或辐射圆极化波。例如，这可以在其中极化改变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方式中发生。
图6示出了根据示例实施方式的另一极化改变单位单元500和两个波导602/604。如图所示，极化改变单位单元500可以是图5所示的极化改变单位单元500。在图6的实施方式中，波导602、604可以分别被称为上波导604和下波导602。极化改变单位单元500、下波导602和上波导604可以一起组成系统600。如图所示，系统600可以类似于图3所示的系统300。然而，主要区别在于上波导604相对于极化改变单位单元500和下波导602的取向。如图6所示，上波导604绕垂直轴线从下波导602角度偏移大致30度(对照于如图3所示的大致90度)。如以上关于其他系统和波导所述，图6所示的系统600可以被级联多次，以实现极化旋转的各种其他角度(例如，系统600的三个实例可以被级联以使极化旋转大致90度)。
如上所述，系统600可以被配置为辐射例如相对于下矩形波导602的基部处的输入极化具有30度的极化旋转的电磁波。例如，这样的布置可以允许(例如，在下波导602的与极化滤波器100相反的一侧上的端口处的)输入电磁波从一个TE10极化旋转为输出部(例如，在上波导604的与极化滤波器100相反的一侧上的端口)处的另一TE10极化。输入与输出之间的其他角度旋转也是可能的。
备选地，系统600可以用于在上波导604的端口处接收给定极化的电磁波，然后在将具有旋转后的极化的电磁波发射出下波导602的基部中的端口之前，使电磁波的极化旋转一角度(例如，25度与35度之间的角度)。
在一些实施方式中，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所示的实施方式中，上波导604和下波导602可以具有类似的形状和大小，但是相对于彼此(例如，以25度与35度之间的角度)在取向上旋转。此外，除了绕垂直轴线相对于彼此旋转之外或作为其备选，上波导604和下波导602中的一个或两个可以相对于与极化改变单位单元500的表面的平面平行的轴线旋转。在备选实施方式中，上波导604和下波导602可以有不同的长度、宽度、高度或形状。另外，无论上波导604和下波导602是否具彼此相同的形状或大小，对照于圆角矩形波导，上波导604和下波导602中的一个或两个可以是圆形波导、椭圆形波导或矩形波导。如果上波导604和下波导602的各自的形状不相等，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是圆角矩形的而上波导604是矩形的，则下波导602可以稍微更长或更宽，以容纳与由上波导604容纳的模式相等的模式)。
图7示出了根据示例实施方式的极化滤波器700。图7所示的极化滤波器700具有限定在其中的多个极化改变通道702。极化改变通道702可以形成极化改变通道的阵列。每个极化改变通道702可以类似于图1所示的极化改变通道106。此外，极化滤波器700可以被设计用于与诸如图9所示的天线900的天线(例如雷达天线)一起使用。
如图所示，极化改变通道702可以在极化滤波器700内以阵列状样式限定。例如，极化改变通道702可以相对于极化滤波器700的取向进一步成44度与46度之间的角度(例如45度)。其他角度也是可能的。此外，虽然图7所示的实施方式将极化改变通道702中的每个绘出为相对于极化滤波器700具有相似的取向，但是不一定是这种情况。在另外的实施方式中，极化改变通道702可以不规则地布置或具有彼此不同的角度。在一些设备或系统中，使用极化改变层700可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，极化改变通道702具有体育场(stadium)的形状。在几何上，体育场(即，迪斯科矩形(disco-rectangle)或另一部分圆角的形状)被限定为在一对相反侧具有半圆的矩形。然而，极化改变通道702可以具有各种备选形状(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，极化改变通道702可以不具有彼此相同的大小或形状。与相对于极化改变层700的旋转角度一样，极化改变通道702可以具有相异的形状和大小，可能围绕极化改变层700不规则地间隔开。此外，极化改变层700的厚度可以在实施方式之间变化。例如，极化改变层700的厚度可以在针对其设计了极化改变层700的相关电磁波的一半波长和整个波长之间(例如，对于被设计为使具有77GHz相关频率的入射电磁波的极化旋转的极化改变层700，在1.45mm与3.9mm之间)。
在一些示例中，极化改变层700还可以包括一个或多个谐振腔。例如，谐振腔可以位于极化改变层700的底侧上，并且可以起到将极化改变层700的阻抗与极化改变层700所耦合到的天线的阻抗匹配的作用。
另外地或备选地，极化改变层700可以用于通过滤波来选择特定的极化或频率。这样的滤波考虑还可以导致极化改变通道702内使用的形状、大小或填充材料的变化。在其他实施方式中，极化改变通道702可以被设计为发送并有可能更改具有圆极化或椭圆极化的电磁波。
图8A示出了根据示例实施方式的示例天线的示例波辐射偶极子(doublet)。在示例实施方式中，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DOEWG800的剖面。DOEWG 800可以包括水平馈送部(即通道)、垂直馈送部(即偶极子颈)和波引导构件804。垂直馈送部可以被配置为将来自水平馈送部的能量耦合到两个输出端口802，每个输出端口802被配置为将电磁波的至少一部分辐射出DOEWG 800。在一些实施方式中，距输入端口最远的DOEWG可以包括在位置806处的止回器(backstop)。在最后一个DOEWG之前的DOEWG可以仅在位置806处开口，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，其中水平馈送部在所述多个DOEWG上是公共的(如图8B所示)。图8A示出了可被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，可以调谐垂直馈送部宽度vfeed_a和台阶804的各种尺寸(例如，dw、dx和dz1)，以实现从DOEWG800出来的辐射能量的不同部分。台阶804也可以被称为反射部件，因为它反射沿水平馈送部传播到垂直馈送部中的一部分电磁波。此外，在一些示例中，反射部件的高度dz1可以是负的。即，台阶804可以在水平馈送部的底部之下延伸。类似的调谐机制也可以用于调谐偏移馈送部。例如，如关于辐射元件所讨论地，偏移馈送部可以包括垂直馈送部宽度vfeed_a和台阶的各种尺寸(例如，dw、dx和dz1)中的任何一个。
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的所期望的相位和幅度，可以调节各种几何部件。如前所述，台阶(反射部件)704可以引导一部分电磁波通过垂直馈送部。为了调节与相应DOEWG 800的每个输出端口802相关联的幅度，可以调节与每个输出端口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的该馈送区段的高度或深度。
如图8A所示，可以调节高度dz2和高度dz3以控制相对于两个输出端口802的幅度。在一些实施方式中，诸如图9的实施方式，两个输出端口802(图9中给定的附图标记902)可以被替代地称为波导天线元件(例如，图9所示的波导天线元件902)，因为它们形状类似于波导并可用作波导，并且可以进一步用于辐射或接收电磁波。对高度dz2和高度dz3的调节可以更改偶极子颈的物理尺寸(例如，图8A的垂直馈送部)。偶极子颈可以具有基于高度dz2和高度dz3的尺寸。因此，随着针对各种偶极子更改高度dz2和高度dz3，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，所以与高度dz2相关联(即，与高度dz2相邻定位)的输出端口802可以以比由与高度dz3相关联的输出端口802辐射的信号的幅度大的幅度辐射。
此外，为了调节与每个输出端口802相关联的相位，可以为每个输出端口802引入台阶。高度中的台阶可以使由与相应台阶相关联的输出端口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台阶两者，可以控制由输出端口802发送的信号的幅度和相位两者。在各种实施方式中，台阶可以采取各种形式，诸如向上台阶和向下台阶的组合。另外，可以增加或减少台阶的数量以控制相位。
对几何形状的上述调节也可用于调节偏移馈送部的在它连接到波导之处的几何形状。例如，可以调节高度、宽度和台阶或将其添加到偏移馈送部，以便调节系统的辐射特性。可以通过调节偏移馈送部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方式的示例天线850的示例偏移馈送波导部分856。如图8B所示，波导854可以包括多个辐射元件(被示出为852A-852E)和偏移馈送部856。尽管所述多个辐射元件在图8B中被示出为偶极子，但是也可以使用其他辐射结构。例如，也可以使用单极子(singlet)以及可耦合到波导的任何其他辐射结构。
波导854可以包括配置为将电磁功率引导到波导854的各种辐射元件852A-E的各种形状和结构。通过波导854传播的电磁波的一部分可以被各种凹入的波引导构件和凸起的波引导构件分开和引导。图8B所示的波引导构件的图案是波引导构件的一个示例。基于特定的实现方式，波引导构件可具有不同的大小、形状和位置。另外，波导可以被设计为使波导端部860A和860B成为调谐短路(tuned short)。例如，可以调节波导端部的几何形状，使得波导端部860A和860B用作调谐短路。
在波导854的各个辐射元件852A-E中的一个的每个接合部处，接合部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。通过调节每个相应的辐射元件852A-E的各种参数(例如颈部宽度、高度和台阶)，可以控制电磁功率的相应百分比。因此，可以控制每个相应的辐射元件852A-E的几何形状，以便实现期望的功率锥度(power taper)。因此，通过调节每个偏移馈送部和每个相应的辐射元件852A-E的几何形状，可以实现相应波导及其相关辐射元件的期望的功率锥度。
可以经由波导馈送部856将电磁能注入到波导854中。在一些实施方式中，波导馈送部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部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，诸如印制电路板、另一波导或其他信号源。在一些示例中，波导馈送部856可以耦合到(诸如图9和图10所示的)波导的另一划分网络。
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以进行发送(即，系统可以作为发送天线操作)。在第二模式中，系统可以从系统外部接收电磁能以进行处理(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部处接收电磁能，划分电磁能以由多个辐射元件发送，并通过辐射元件辐射划分后的电磁能。在第二模式中，系统可以在多个辐射元件处接收电磁能，结合接收到的电磁能，并将结合的电磁能耦合出系统以进行进一步处理。
应理解，波导通道、波导通道的部分、波导通道的侧面、波引导构件等的其他形状和尺寸也是可能的。在一些实施方式中，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来以等同或甚至更大的便利性制造波导通道。
图9示出了根据示例实施方式的波导天线元件902的阵列。波导天线元件902的大小和形状以及图9所示的对应馈送波导可以对应于给定的电磁频率(例如77GHz)和/或极化(例如水平TE10极化)，波导天线元件902的阵列被设计为针对该给定的电磁频率和/或极化操作。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的部分。如图9所示，波导天线元件902可以布置成阵列。此外，波导天线元件902的阵列可以布置成如图8所示的单独的天线850的组。具体地，图9所示的实施方式包括图8所示的天线850的六个实例，从而产生波导天线元件902的6×10阵列。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可以在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可以被设计为以TE10波导模式辐射和/或接收电磁波。
除了图9所示的布置在天线850的组中的波导天线元件902之外，天线系统900可以另外包括相位调节区段910和波导输入部912。在一些实施方式中，波导输入部912可以连接到电磁源(例如雷达源)。例如，相位调节区段910可以调节与输入到波导输入部912中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，相位调节区段910可以被配置为在与天线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。
在一些实施方式中，如上所述，天线系统900可以包括连接到公共波导输入部912的一系列独立的天线850。如图9所示，天线850可以用作单个天线单元，而不是作为独立的天线850。无论天线系统900是描述独立的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所述，辐射和/或接收的电磁波可以沿对应波导的水平馈送部和垂直馈送部传输。
图10示出了根据示例实施方式的波导天线元件902的阵列和极化改变层700。在一些实施方式中，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，并且极化改变层700可以被设计为适应该工业标准。备选地，波导天线元件902的阵列和对应的极化改变层700可以针对一种或更多种特定的应用来设计。共同地，波导天线元件902的阵列和极化改变层700可以组成天线1000。在一些实施方式中，如在图10所示的实施方式中那样，天线1000可以另外包括图9所示的相位调节区段910和/或波导输入部912。在图10的示例实施方式中，极化改变层700的厚度可以小于天线1000被设计为发送或接收的电磁波的波长厚度(例如，在四分之一波长与整个波长之间)。其他厚度也是可能的。此外，天线1000可以被设计为以TE10波导模式辐射或接收电磁波。
在图10所示的实施方式中，限定在极化改变层700内的极化改变通道702可以用于使由波导天线元件902发射的极化旋转。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。另外地或备选地(例如，如果天线1000用作雷达系统或无线电通信系统内的接收器)，限定在极化改变层700内的极化改变通道702可以用于在将电磁波传输到波导天线元件902之前使与接收到的电磁波相关联的极化旋转。
如先前关于图7所讨论地，极化改变层700还可以包括谐振腔作为每个极化改变通道702的部分。谐振腔可以被配置为在每个波导天线元件902与耦合到波导天线元件902的极化改变通道702中的相应极化改变通道之间执行阻抗匹配。例如，在一些雷达系统中，发送器可以与图10所示的天线1000类似地配置。这样的发送器可以与接收器通信，该接收器也与图10所示的天线1000类似地配置。
如图10所示，在上述任一情况下(即，无论天线1000是用作发送器还是接收器)，由极化改变通道702辐射或接受的极化相对于波导天线元件902成一角度。例如，该对应角度可以在44度与46度之间(例如45度)。在各种实施方式中还可以使用各种备选角度。在另外的实施方式中，极化改变通道702不必全部相对于波导天线元件902以同一角度设置。例如，这可以允许对应的天线辐射和接收具有各种极化的电磁波。在另外的实施方式中，极化改变通道702不必全部具有彼此相同的大小和形状。例如，这可以允许对应的天线辐射和接收具有各种极化(例如，如果极化改变通道702是圆形的而不是体育场形状的)和/或各种频率(例如，如果极化改变通道702被确定尺寸使得它们以不同的频率谐振)的电磁波。更进一步地，极化改变通道702中的一个或更多个可以填充有材料(例如电介质材料)，从而进一步改变可通过对应的极化改变通道702传播的相关电磁波的一种或更多种特性(例如谐振频率)。
在一些实施方式中，两个或更多个极化改变层700可以被级联在波导天线元件902的顶部上。如果在波导天线元件902的顶部上级联有多个极化改变层700，则对应的极化改变通道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对应的天线辐射或接收。此外，级联多个极化改变层700可以允许辐射或接收的极化角度大于或小于图10所示的角度。例如，备选天线可以具有两个级联的极化改变层。第一层可以相对于波导天线元件902的阵列成20度与25度之间的角度，第二层可以相对于第一层成20度与25度之间的角度。以这种方式，电磁波所经历的极化旋转的角度(即45度)将与图11实施方式中的相同，但是带宽可以增加。
图10所示的天线1000的设计还可以用于减少两个分离的天线之间的干扰。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改变层内的极化改变通道以与另一个天线的极化改变层内的极化改变通道正交的角度旋转。在备选示例中，两个分离的天线可以具有极化改变层，所述极化改变层具有彼此以平行角度取向但是面向彼此的极化改变通道(例如，如果天线以相同的取向安装在以彼此相反方向行进的车辆上)。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化隔离。例如，由一个天线输出的信号当传输通过另一个天线的极化改变层时可以衰减多达40dB(分贝)。
图11示出了根据示例实施方式的波导天线元件902的阵列、极化改变层700和波导输出端口1102的阵列。如图所示，图11所示的实施方式可以类似于图10所示的实施方式，其中添加了波导输出端口1102的阵列。波导天线元件902的阵列、极化改变层700和波导输出端口1102的阵列加上相位调节区段910和波导输入部912可以形成天线1100。此外，天线1100可以被设计为以TE10波导模式辐射或接收电磁波。
天线1100可以出于各种目的(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)。在另外的实施方式中，天线1100可以具有更多数量或更少数量的波导天线元件902、波导输出端口1102和/或极化改变通道702。另外地或备选地，天线1100可以不具有相位调节区段910或波导输入部912。例如，各个波导天线元件902中的一个或更多个可以由(多个)光子源或(多个)电子源馈送，而不是由连接到相位调节区段910和波导输入部912的馈送波导馈送。
例如，在图11的实施方式中，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改变通道702。然后，极化改变通道702可以用于使相关电磁波的极化旋转限定的角度(例如45度)。然后，现在具有中间极化的电磁波可以传输到波导输出端口1102。波导输出端口1102可以被设计为具有足够的长度，从而确保从极化改变通道702传输到波导输出端口1102的任何倏逝波在到达位于波导输出端口1102的端部处的辐射端口之前充分地衰减。在进入波导输出端口1102时，电磁波可以经历另一极化旋转(例如，额外再旋转45度)。然后，现在具有相对于波导天线元件902旋转了给定角度的极化(例如，旋转了45度或90度的极化；因此输入极化与输出极化正交)的相关电磁波可以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，在进入极化改变通道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于极化已旋转两次的天线的一个或更多个设备)。
在一些实施方式中，如图11所示，阵列内的波导天线元件902的数量、限定在极化改变层700内的极化改变通道702的数量、以及阵列内的波导输出端口1102的数量将全部是相同的。在一些实施方式中，可以存在比极化改变通道702更多或更少的波导输出端口1102，其可以进而多于或少于波导天线元件902的数量。此外，如图11所示，波导输出端口1102的阵列的布置可以不对应于极化改变通道702的布置。例如，在一些实施方式中，波导输出端口1102的阵列可以不规则地或与极化改变通道702的间隔不同地间隔开。
如图11所示，每个波导输出端口1102相对于下面的极化改变通道702旋转相同的量(例如在44度与46度之间)。此外，每个极化改变通道702相对于下面的波导天线元件902旋转相同的量(例如在44度与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度与92度之间)。除了图11所示的角度之外的其他角度也是可能的。例如，极化改变通道702与波导天线元件902之间的角度可以是15度，并且极化改变通道702与波导输出端口1102之间的角度可以是15度，从而导致波导输出端口1102与波导天线元件902之间的角度是30度。
在一些实施方式中，波导输出端口1102相对于极化改变通道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，另一个波导输出端口相对于下面的波导天线元件旋转90度)。例如，这样的变化可以导致天线1100发射多种极化角度。此外，这样的角度变化可以使阵列内的波导输出端口的对应布置或各种波导输出端口的对应大小/形状改变以适应这样的差异。
另外，如上所述，波导引导输出端口1102中的一个或更多个可以另外地或备选地绕与极化改变层700的平面表面平行的轴线旋转(对照于绕与极化改变层700的平面表面垂直的垂直轴线旋转)。例如，这可以允许天线1100的方向性。
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，与具有77GHz频率的电磁波相关联的波长)。然而，波导输出端口1102中的一个或更多个可以由交替地成形和/或确定尺寸的输出端口(例如喇叭天线或基本上圆形的波导)替换。此外，波导输出端口1102可以另外地或备选地全部或部分地填充有除空气以外的材料(例如电介质材料)。这些因素(例如波导输出端口1102的形状、大小或填充)中的任何一个以及其他因素可以增强或降低与天线1100相关联的滤波特性。例如，如果波导输出端口1102中的一个或更多个填充有电介质，则可以更改与相应的(多个)波导输出端口1102相关联的谐振波长，因而增强或减弱通过相应的(多个)波导输出端口1102的特定波长的传输。
与如上所述类似地，可以级联多层波导输出端口1102阵列。例如，这可以增加可与天线1102一起有效使用的频率带宽。此外，这样的级联可以增大或减小波导输出端口1102与波导天线元件902之间的角度。另外地或备选地，波导输出端口1102阵列层跟着极化改变层700的交替层可以被级联以实现类似的效果。例如，备选天线设计可以包括波导天线元件的阵列、接着是两个极化改变层、接着是波导输出端口的阵列。在这样的设计中，执行额外极化旋转的每个连续层之间可以存在一角度(例如，第一极化改变层中的极化改变通道相对于波导天线元件的阵列成一角度，例如25度至35度，第二极化改变层内的极化改变通道相对于第一极化改变层中的极化改变通道成另一角度，例如25度至35度，波导输出端口的阵列相对于第二极化改变层中的极化改变通道成又一角度，例如25度至35度)。此外，这样的级联层内的波导输出端口1102和/或极化改变通道702的角度、大小、形状、分布或数量可以在层与层之间变化。
图12-13示出了具有集成在DOEW的喉部中的极化旋转的天线的进一步配置，该DOEW可以使用一个或更多个台阶、脊部或组合为所有端口(或端口的子集)提供期望的功率分配比、阻抗匹配。示出的示例天线可以提供电磁波的期望的扭曲极化，同时还具有总体上保持紧凑的大小和位置的能力。在一些情形下，图12-13所示的天线可以包括集成到天线块的顶部中的旋转部分。因此，与先前的描述不同，可以在分裂块天线结构内实现极化扭曲，因此可以不使用极化滤波器来实现极化旋转。
图12A示出了示例扭曲的天线配置1200。如图所示，天线配置1200包括辐射元件1202、1204、1206和1208，每个辐射元件可以作为雷达单元的部分发送或接收雷达信号。辐射元件1202-1208的配置可以调节极化，每个辐射元件1202-1208以该极化发送或接收雷达信号。例如，内部配置1200可以被配置为将发送或接收的雷达信号的极化扭曲九十(90)度。
在一些示例中，辐射元件1202-1208相对于天线配置1200的波导的扭曲配置可以将发射或接收的电磁波的极化调节四十五度。例如，辐射元件1202-1208可以使雷达信号以与水平极化而非垂直线性极化成倾斜的四十五度地被发送。在其他示例中，辐射元件1202-1208可以或多或少地调节雷达信号的极化。作为示例，辐射元件1202-1208的配置可以将极化调节九十度(例如，从水平线性极化调节为垂直线性极化)。在另外的示例中，极化改变的程度可以在辐射元件1202-1208的集合之间不同。
图12B示出了另一扭曲的天线配置1210。如图所示，天线配置1210包括扭曲的辐射元件1212、1214、1216、1218、1220和1222。在其他示例中，天线配置1210的配置、数量或辐射元件以及其他参数可以不同。
辐射元件1212-1222以调节天线配置1210的性能的方式连接到天线配置1210的内部串行馈送波导。特别地，扭曲的配置可以改变辐射元件1212-1222的操作，使得每个辐射元件根据需要以不同的极化操作。例如，辐射元件1212-1222可以以倾斜的极化(例如，与水平成正四十五度或负四十五度的倾斜极化)发送或接收雷达信号。在其他示例中，雷达信号的极化的改变程度可以取决于辐射元件1212-1222的配置而变化。例如，取决于辐射元件1212-1222相对于天线配置1210的波导的配置，辐射元件1212-1222可以将电磁波的极化更改九十度(90度)。此外，将电磁波引导到波导中的馈送部的类型(例如，并行或串行)可以在示例中是不同的。
图13示出了扭曲的天线1300。如图13所示，波导1304可以包括多个辐射元件(被示出为1302A-1302E)。尽管辐射元件1302A-1302E被示出为偶极子，但是也可以使用其他辐射结构。例如，在其他示例实现方式中可以是单极子以及可耦合到波导的任何其他辐射结构。
波导1304可以包括配置为将电磁功率引导至耦合到波导1304的各种辐射元件1302A-1302E的各种形状和结构。通过波导1304传播的电磁波的一部分可以被各种凹入的波引导构件和凸起的波引导构件分开和引导。图13所示的波引导构件的图案是波引导构件的一个示例。基于特定的实现方式，导引波构件可以具有不同的大小、形状和位置。
在波导1304的各个辐射元件1302A-1302E之一的每个接合部处，接合部可以被认为是双向功率分配器。这样，一定百分比的电磁功率可以耦合到相应辐射元件1302A-1302E的颈部中，并且剩余的电磁功率可以继续沿波导1304传播。通过调节每个相应的辐射元件1302A-1302E的各种参数(例如颈部宽度、高度和台阶)，可以控制相应百分比的电磁功率，同时在与功率分配器相关联的所有受影响端口中保持阻抗匹配。因此，可以控制每个相应的辐射元件1302A-1302E的几何形状，以便实现期望的功率锥度。对偏移馈送部和每个相应的辐射元件1302A-1302E中的每个的几何形状的调节可以导致可实现波导1304和相关联的辐射元件1302A-1302E的期望的功率锥度。
电磁能可以经由波导馈送部被注入到波导1304中。例如，在一些实施方式中，波导馈送部可以是底部金属层中的端口(例如通孔)。电磁信号可以从天线单元的外部通过波导馈送部耦合到波导1304中。电磁信号可以来自位于天线单元外部的部件，诸如印刷电路板、另一波导或其他信号源。在一些示例中，波导馈送部可以耦合到波导的另一划分网络。
在一些示例中，本系统可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以进行发送(即，系统可以作为发送天线操作)。在第二模式中，系统可以从系统外部接收电磁能以进行处理(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部处接收电磁能，划分电磁能以由多个辐射元件发送，并通过辐射元件辐射划分后的电磁能。在第二模式中，系统可以在多个辐射元件处接收电磁能，结合接收到的电磁能，并将结合的电磁能耦合出系统以进行进一步处理。
如图13进一步所示，辐射元件1302A-1302E各自被示出为处于旋转位置。特别地，旋转可以调节每个辐射元件的性能，从而使辐射元件1302A-1302E根据需要以不同的极化操作。例如，辐射元件1302A-1302E的扭曲配置可以使辐射元件1302A-1302E从颈部接收划分的且预扭曲的电磁波，随后将电磁波的极化调节为期望的极化(例如，自水平倾斜四十五度)。波导1304与辐射元件1302A-1302E之间的配置包括可稳定电磁波的充足的传播路径。电磁波的稳定还可以减弱甚至消除与扭曲天线1300相关联的寄生倏逝波。作为扭曲天线1300的配置和传播路径的结果，只有期望的传播电磁波可以在期望的扭曲角度中幸存。
另外，波导1304可以被设计为使波导端部1306A和1306B成为调谐短路。例如，可以调节波导端部的几何形状，使得波导端部1306A和1306B用作调谐短路。在一些实现方式中，波导端部1306A、1306B或其他部件可提供与波导1304的端部处的自由空间的阻抗匹配。这样，扭曲天线1300可以将电磁波辐射到自由空间中而没有反射。
应理解，波导通道、波导通道的部分、波导通道的侧面、波引导构件等的其他形状、配置和尺寸也是可能的。在一些实施方式中，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来以等同或甚至更大的便利性制造波导通道。在另外的示例中，辐射元件1302A-1302E可以相对于波导1304具有不同的配置，使得辐射元件1302A-1302E根据需要以不同的极化发送或接收雷达信号。
此外，一些示例可以包括辐射元件1302A-1302E的子集，以具有不同的配置，使得与扭曲天线1300的其他辐射元件相比，该子集以不同的极化操作。例如，辐射元件1302A、1302B和1302C可以被配置为以第一极化操作，辐射元件1302D、1302E可以被配置为以不同于第一极化的第二极化操作。天线1300可以是雷达系统的部分，该雷达系统以一种或更多种极化操作从而减少对来自其他系统的雷达的潜在干扰。此外，天线1300的配置可以增强信噪比(SNR)，从而在天线1300操作的同时减少不想要的噪声。
图14示出了根据示例实施方式的辐射电磁波的方法1400。在一些示例实施方式中，可以使用图11所示的天线1100来执行方法1400。此外，在一些实施方式中，可以伪逆地执行方法1400以接收电磁波(对照于辐射电磁波)。例如，可以执行方法1400以使用安装在自主车辆上的雷达系统来帮助自主车辆的导航。备选地，可以执行方法1400以使用无线电通信技术来通信。
在块1402处，方法1400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所示的波导天线元件902的阵列。作为示例，耦合到车辆的一部分(或内置到车辆的一部分中)的雷达单元可以发射电磁波。
在块1404处，方法1400包括通过限定在极化改变层内的通道接收具有第一极化的电磁波，该极化改变层设置在波导天线元件与布置在第二阵列中的多个波导输出端口之间。该通道可以相对于波导天线元件以第一角度取向。例如，第一角度可以在44度与46度之间(例如45度)。此外，例如，极化改变层和通道可以分别是图7所示的极化改变层700和极化旋转通道702。此外，例如，波导输出端口可以是图11所示的波导输出端口1102。
在块1406处，方法1400包括通过限定在极化改变层内的通道发送具有中间极化的电磁波。
在块1408处，方法1400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，第二角度可以在44度与46度之间(例如45度)。
在块1410处，方法1400包括通过波导输出端口辐射具有第二极化的电磁波。第二极化可以不同于第一极化。第二极化也可以不同于中间极化。此外，第一极化可以不同于中间极化。第一极化、中间极化和第二极化可以分别如下：水平TE10极化，在水平与垂直之间成45度角的TE10极化，以及垂直TE10极化。
应理解，波导通道、波导通道的部分、波导通道的侧面、波引导构件等的其他形状和尺寸也是可能的。在一些实施方式中，波导通道的矩形形状或圆角矩形形状可以非常便于制造，尽管可以实施已知或尚未知道的其他方法来以等同或甚至更大的便利性制造波导通道。
在一些示例中，天线配置可以包括：布置成第一阵列的多个波导天线元件，其被配置为以第一极化操作；以及布置成第二阵列的多个波导输出端口，其被配置为以第二极化操作。特别地，第二极化可以与第一极化不同(例如，彼此正交)。天线配置还可以包括其中限定有通道的极化改变层，使得极化改变层设置在波导天线元件与波导输出端口之间。这样，通道可以相对于波导天线元件以第一角度取向，并相对于波导输出端口以第二角度取向。例如，第一角度可以在44度与46度之间，第二角度可以在44度与46度之间。此外，通道可以被配置为接收具有第一极化的输入电磁波并发送具有第一中间极化的输出电磁波。类似地，波导输出端口可以被配置为接收输入电磁波并辐射具有第二极化的电磁波。
在另外的示例中，波导天线元件和波导输出端口可以是基本上矩形的形状。在其他示例中，波导天线元件和波导输出端口可以是基本上圆形的形状。此外，通道可以成形为圆矩形，并且通道可以填充有电介质材料。在一些情形下，极化改变层的厚度可以变化。例如，极化改变层的厚度可以在具有第一极化的输入电磁波的一半波长与整个波长之间。
此外，一些示例还可以涉及其中限定有辅助通道的辅助极化改变层。特别地，辅助极化改变层可以设置在极化改变层与波导输出端口之间，并且辅助通道可以相对于波导天线元件以第三角度取向，并相对于波导输出端口以第四角度取向。此外，辅助通道可以被配置为接收具有第一中间极化的输入电磁波并发送具有第二中间极化的输出电磁波。这样，第一中间极化可以不同于第二中间极化。作为示例，与雷达天线相关联的可用频率的带宽可以在77GHz频带内。在一些情形下，第一角度可以在25度与至35度之间，第二角度可以在50度与70度之间，第三角度可以在50度与70度之间，第四角度可以在25度与35度之间。所述角度的其他角度也是可能的。
此外，应理解，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，应理解，天线或天线系统的给定应用可以确定用于图中所示的极化改变单位单元的各种机加工部分适当的尺寸和大小(例如，沟道尺寸、金属层厚度等)，和/或用于在此描述的(多个)天线和(多个)天线系统的其他机加工(或非机加工)部分/部件的适当的尺寸和大小。例如，如上所述，一些示例雷达系统可以被配置为以与毫米电磁波长度对应的77GHz的电磁波频率操作。在此频率下，装置的通道、端口等可以具有适合于77GHz频率的给定尺寸。其他示例天线和天线应用也是可能的。
此外，词语“天线”不应限于涉及单单在电磁谱的无线电频率内的电磁波的应用。术语“天线”在此广泛用于描述能够发送和/或接收任何电磁波的设备。例如，在此描述的任何天线或天线部件可以能够发送和/或接收可见光。此外，在此描述的任何天线或天线部件可以能够由光源馈送(例如光纤或激光器)。例如，这样的示例天线可以用作计算设备内的光学互连。此外，这样的天线内的部件的对应形状和尺寸可以取决于波长而变化(例如，对照于无线电实施方式中的毫米特征大小，光学实施方式中使用的部件可以具有数百纳米量级的特征大小)。此外，雷达单元可以作为车辆雷达系统的一部分操作。这样，在一些示例中，雷达单元可以定位在车辆部件上、被内置到车辆部件中、或组合。
应理解，在此描述的布置仅出于示例的目的。这样，本领域技术人员将认识到可替代地使用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)，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中，所描述的许多元件是可实现为离散或分布式部件或者与其他部件结合的功能实体。
虽然已经在此公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对本领域技术人员将是明显的。在此公开的各种方面和实施方式是出于说明的目的而不旨在进行限制，其中范围由所附权利要求指示。

Claims (19)

1.一种天线，包括:
波导天线元件；
波导输出端口；
极化改变层，其中限定有通道；以及
旋转部件，耦合到所述极化改变层，
其中所述旋转部件是微机电系统(MEMS)设备，
其中所述极化改变层设置在所述波导天线元件与所述波导输出端口之间，
其中所述旋转部件被配置为调节所述极化改变层相对于所述波导天线元件和所述波导输出端口的取向，以将由所述波导天线元件辐射的后续电磁波的极化从第一极化改变为第二极化。
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是基本上矩形的形状。
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是基本上圆形的形状。
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，其中所述极化改变层的厚度在输入电磁波的一半波长和整个波长之间。
6.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。
7.根据权利要求1所述的天线，其中与使用所述波导天线元件辐射电磁波相关联的可用频率的带宽位于77GHz频带内。
8.根据权利要求1所述的天线，还包括：
第二波导元件，配置为接收电磁波反射。
9.一种雷达系统，包括：
发送器，其包括：
第一波导天线元件；
第一极化改变层，其中限定有第一通道，其中所述第一极化改变层与所述第一波导天线元件相邻设置；以及
第一旋转部件，耦合到所述第一极化改变层，其中所述第一旋转部件是微机电系统(MEMS)设备，其中所述第一旋转部件被配置为调节所述第一极化改变层相对于所述第一波导天线元件的取向，以将由所述第一波导天线元件辐射的后续电磁波的极化从第一极化改变为第二极化；以及
接收器，其包括：
第二波导天线元件。
10.根据权利要求9所述的雷达系统，其中所述接收器还包括：
第二极化改变层，其中限定有第二通道，其中所述第二极化改变层与所述第二波导天线元件相邻设置；以及
第二旋转部件，耦合到所述第二极化改变层，其中所述第二旋转部件被配置为调节所述第二极化改变层相对于所述第二波导天线元件的取向，以使所述第二波导天线元件能够接收具有不同极化的后续电磁波。
11.根据权利要求10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。
12.根据权利要求10所述的雷达系统，其中所述第二旋转部件对应于微机电系统(MEMS)设备。
13.根据权利要求12所述的雷达系统，其中所述雷达系统耦合到车辆。
14.根据权利要求10所述的雷达系统，其中所述第一极化改变层的厚度小于具有给定极化的输入电磁波的波长。
15.根据权利要求14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。
16.一种方法，包括：
从雷达单元上的波导天线元件发射具有第一极化的电磁波，其中所述波导天线元件耦合到波导输出端口并且极化改变层在所述波导天线元件和所述波导输出端口之间；
使用耦合到所述极化改变层的旋转部件，来调节所述极化改变层相对于所述波导天线元件和所述波导输出端口的取向，其中所述旋转部件是微机电系统(MEMS)设备；以及
基于调节所述极化改变层的所述取向，从所述波导天线元件发射具有第二极化的电磁波。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
使用所述雷达单元上的第二波导天线元件，来接收对应于具有所述第一极化的电磁波的反射。
18.根据权利要求17所述的方法，其中调节所述极化改变层相对于所述波导天线元件和所述波导输出端口的所述取向包括：
调节所述极化改变层相对于第二波导天线元件的取向，使得第二波导天线元件被配置为接收对应于具有所述第二极化的电磁波的反射。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
基于来自所述雷达单元的测量，向所述旋转部件提供信号以调节所述极化改变层的所述取向；和
其中调节所述极化改变层相对于所述波导天线元件和所述波导输出端口的所述取向响应于向所述旋转部件提供所述信号。
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