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EINLEITUNG
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Diese Offenbarung bezieht sich auf hochauflösende Funkerkennungs- und Verfolgungssysteme (Radar). Radarsysteme werden zunehmend zur Erkennung und Verfolgung von Objekten in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise können Fahrzeugradarsysteme Objekte für eine Vielzahl von Situationswahrnehmungsanwendungen und die autonome und halbautonome Fahrzeugsteuerung erkennen und verfolgen. In einer Art von Radarsystem wurden Wanderwellen-Bildgebungsverteiler (TIM - Travelling-Wave Imaging Manifolds) zur Verwendung mit eindimensionalen (d.h. linearen) Arrays von Wellenleiter-Schlitzantennen vorgeschlagen, um wünschenswerterweise eine E-Feld-Polarisation entlang der Array-Achse zu erreichen, wobei die einzelnen Schlitzantennen Schlitzorientierungen aufweisen, die orthogonal zur Array-Achse ausgerichtet sind und einen Abstand von etwa einer halben Wellenlänge oder etwas mehr aufweisen, um akzeptable Nebenkeulenpegel und eine akzeptable Effizienz zu erreichen. Das Erreichen von E-Feld-Polarisationen orthogonal zur Array-Achse in eindimensionalen Arrays von Wellenleiter-Schlitzantennen ist jedoch durch die inkompatiblen Leistungs- und Konstruktionsparameter solcher individueller Schlitzantennen erheblich eingeschränkt. Allein die orthogonale Neuausrichtung einzelner Schlitzantennen innerhalb des Arrays führt zu einer starken Dämpfung der abgestrahlten Leistung, es sei denn, man verschiebt auch den abstrahlenden Schlitz von der engen Wellenleiterwand zur breiten Wellenleiterwand. Würde man jedoch den Abstand der einzelnen Schlitzantennen bei oder etwas größer als etwa eine halbe Wellenlänge beibehalten, müsste man die Wellenleiterbreite bis zum Grenzpunkt verengen, was die abgestrahlte Leistung ebenfalls erheblich dämpfen würde. Daher sind die Parameter für den Abstand der einzelnen Schlitzantennen und die Schlitzbreite praktisch unvereinbar. Daher kann es in bestimmten Anwendungen wünschenswert sein, ein eindimensionales Array von Wellenleiter-Schlitzantennen vorzusehen, die longitudinale E-Feld-Polarisationen orthogonal zur Array-Achse aufweisen, welche den individuellen Schlitzantennen-Abstand bei oder etwas größer als etwa eine halbe Wellenlänge und eine effiziente Strahlungsleistung beibehalten.
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BESCHREIBUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Wellenleiter-Strahlungsstruktur ein abstrahlendes Element mit einem Versatz-Rippenwellenleiter und einem funktional an den Versatz-Rippenwellenleiter angrenzenden ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann das abstrahlende Element einen zweiten Rippenwellenleiter enthalten, der funktional an den ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter gegenüber dem Versatz-Rippenwellenleiter angrenzt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Struktur eine Zufuhrleitung enthalten, die mit dem Versatz-Rippenwellenleiter gegenüber dem ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter gekoppelt ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Struktur einen rechteckigen Wellenleiter enthalten, der funktional an den Versatz-Rippenwellenleiter gegenüber einer Zufuhrleitung angrenzt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Zufuhrleitung eine von mehreren richtungswechselnden, parallelen Zufuhrleitungen umfassen, die eine mäanderförmige Zufuhrführung aufweisen.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zur orthogonalen Drehung einer Strahlungs-E-Feld-Polarisation das Führen eines RF-Signals, das sich durch eine Zufuhrführung bewegt, das Bereitstellen eines rechteckigen Wellenleiters, der mit der Zufuhrführung gekoppelt ist, das Bereitstellen eines Versatz-Rippenwellenleiters, der funktional an den rechteckigen Wellenleiter gegenüber der Zufuhrführung angrenzt, und das Bereitstellen eines ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiters, der funktional an den Versatz-Rippenwellenleiter gegenüber dem rechteckigen Wellenleiter angrenzt, umfassen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann das Verfahren das Bereitstellen eines zweiten Rippenwellenleiters umfassen, der funktional an den ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter gegenüber dem Versatz-Rippenwellenleiter angrenzt.
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In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine Wellenleiter-Strahlungsstruktur eine mäanderförmige Zufuhrführung enthalten, die eine Vielzahl von richtungswechselnden, parallelen Zufuhrführungen zum Führen eines RF-Signals entlang jeweiliger Zufuhrleitungsachsen und ein eindimensionales Array von abstrahlenden Elementen orthogonal zu den Zufuhrleitungsachsen umfasst. Jedes abstrahlende Element kann einen Versatz-Rippenwellenleiter enthalten, der funktional mit einer jeweiligen Zufuhrleitung gekoppelt ist, und einen ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter, der funktional an den Versatz-Rippenwellenleiter gegenüber der jeweiligen Zufuhrleitung angrenzt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann jedes abstrahlende Element einen zweiten Rippenwellenleiter enthalten, der funktional an den ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter gegenüber dem Versatz-Rippenwellenleiter angrenzt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale kann die Struktur einen rechteckigen Wellenleiter enthalten, der funktional an den Versatz-Rippenwellenleiter und die jeweilige Zufuhrleitung angrenzt und zwischen diesen liegt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale können mindestens zwei rechteckige Wellenleiter unterschiedliche Höhen aufweisen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale weisen mindestens zwei Zufuhrleitungen unterschiedliche Längen auf.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Details sind lediglich beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung aufgeführt, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 eine beispielhafte Wellenleiter-Strahlungsstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 beispielhafte Wellenleiter gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 3 eine beispielhafte Wellenleiter-Strahlungsstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 4 eine beispielhafte E-Feld-Polarisation in einem Versatz-Rippenwellenleiter gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. In den Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale.
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1 zeigt schematisch eine Wellenleiter-Strahlungsstruktur 100, zum Beispiel für ein Radarsystem. Die Richtungen X und Y sind an zwei Dimensionen eines dreidimensionalen Achsensystems beschriftet. Die dritte Dimension, Z, wird als außerhalb der Seite liegend verstanden. Die Struktur 100 umfasst einen Wanderwellen-Bildgebungsverteiler (TIM) 101. In einer Ausführungsform kann der Verteiler 101 die Form einer mäanderförmigen Zufuhrführung haben, um ein Radiofrequenzsignal (RF-Signal) durch ihn hindurchzuführen. Ein RF-Signal kann ein Signal sein, das am Eingang 102 entsteht oder am Eingang 102 empfangen wird. Die Zufuhrführung kann eine Vielzahl von Zufuhrleitungen 103 umfassen, die entlang der Y-Achse ausgerichtet sind und die im Wesentlichen parallel und richtungswechselnd (in Bezug auf das geführte RF-Signal) an Endbegrenzungsschaltungen 107 sind. In einer Ausführungsform können die Endbegrenzungsstellen entlang der Y-Achse variieren, wodurch sich die effektiven Längen 109 der jeweiligen dazwischen definierten Zufuhrleitungen 103 ändern. In einer Ausführungsform können alle Zufuhrleitungen 103 die gleiche Länge haben. In einer alternativen Ausführungsform haben mindestens zwei der Zufuhrleitungen 103 unterschiedliche Längen. In einer weiteren Ausführungsform haben keine zwei Zufuhrleitungen 103 die gleiche Länge. In der letztgenannten Ausführungsform kann die Zufuhrführung durch eine pseudozufällige Verteilung der Längen der Zufuhrleitungen 103 gekennzeichnet sein. Die Struktur 100 umfasst ferner ein eindimensionales Array 105 aus einzelnen abstrahlenden Elementen 108. Das Array 105 aus einzelnen abstrahlenden Elementen 108 ist entlang der X-Achse orthogonal zur Y-Achse der Zufuhrleitung angeordnet.
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Bezugnehmend auf 2 ist eine zerlegte isometrische Teilansicht einer Wellenleiter-Strahlungsstruktur 200 dargestellt. Die Struktur 200 kann einen Wanderwellen-Bildgebungsverteiler 101 mit einer Vielzahl von Zufuhrleitungen 103 enthalten, wie hier in Bezug auf 1 beschrieben. Jede Zufuhrleitung 103 kann mit einem entsprechenden abstrahlenden Element 208 verbunden sein. Jedes abstrahlende Element 208 umfasst einen Versatz-Rippenwellenleiter 205 und einen ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter 203. Jedes abstrahlende Element 208 kann ferner einen rechteckigen Wellenleiter 207 und einen zweiten Rippenwellenleiter 201 enthalten. Der zweite Rippenwellenleiter 201 kann ein Einzelmoden-Rippenwellenleiter sein. Jeder Wellenleiter 201-207 ist gekennzeichnet durch eine X-Achse orthogonal zu den Zufuhrleitungen 103, eine Y-Achse, die mit den Zufuhrleitungen 103 ausgerichtet ist, und eine Z-Achse, die mit der Strahlungsrichtung ausgerichtet ist. Jedes abstrahlende Element 208 ist durch eine entsprechende Zufuhröffnung 210 in der Abdeckung 212 mit einer entsprechenden Zufuhrleitung 103 signalmäßig gekoppelt. Alle Wellenleiter 201-207 sind als separate Komponenten dargestellt. Es versteht sich, dass die Wellenleiter 201-207 separate oder integrierte Konstruktionen sein können. Die Wellenleiter 201-207 sind in den dargestellten Relativpositionen funktional benachbart. Wellenleiter werden als funktional benachbart betrachtet, wenn ihre Z-Achsen ausgerichtet sind und sie signalmäßig gekoppelt sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Wellenleiter 201-207 unmittelbar benachbart oder mit Zwischenschichten beabstandet sein können. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform eine Zwischenschicht einen aufgebrachten Klebstoff enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann eine Zwischenschicht Unterlegscheiben, Abstandshalter oder andere Übergänge enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann eine Zwischenschicht ein Dielektrikum enthalten. In einer anderen Ausführungsform kann eine Zwischenschicht einen anderen Wellenleiter enthalten. Der rechteckige Wellenleiter 207 kann von der Abdeckung 212 getrennt oder in diese integriert sein. Ein integrierter rechteckiger Wellenleiter 207 kann die Notwendigkeit einer separaten Zufuhröffnung 210 überflüssig machen.
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3 zeigt jeden der verschiedenen Wellenleiter 201-207 in Draufsicht entlang der Z-Achse. Der rechteckige Wellenleiter 207 enthält eine Öffnung 211 mit einer langen Seite 211L und einer kurzen Seite 211S mit der Höhe (h). In einer Ausführungsform sind die jeweiligen Höhen der einzelnen Öffnungen 211 gleich. In einer alternativen Ausführungsform haben mindestens zwei der Öffnungen unterschiedliche Höhen. In einer weiteren Ausführungsform haben keine zwei Öffnungen 211 die gleiche Höhe. In der letztgenannten Ausführungsform kann die eindimensionale Anordnung 105 der einzelnen abstrahlenden Elemente 108 durch entsprechende Öffnungshöhen des rechteckigen Wellenleiters 207 gekennzeichnet sein, die zu einer im Wesentlichen äquivalenten abgestrahlten Leistung führen. Der rechteckige Wellenleiter 207 überträgt ein Signal mit E-Feld-Polarisation entlang der X-Achse. Der Versatz-Rippenwellenleiter 205 enthält eine Öffnung 213 mit einer langen Seite 213L und einer kurzen Seite 213S. Der Versatz-Rippenwellenleiter 205 enthält Rippen 214, die in Bezug auf die Mittellinien sowohl der kurzen Seite 213S als auch der langen Seite 213L versetzt sind. Somit nimmt jede Rippe 214 eine der gegenüberliegenden Ecken ein, die durch eine benachbarte kurze Seite 213S und lange Seite 213L gebildet werden. Es ist angemerkt, dass jede Rippe 214 zwei Oberflächen hat, eine, die sich orthogonal von der kurzen Seite 213S und eine, die sich orthogonal von der langen Seite 213L erstreckt. In einer Ausführungsform ist der Versatz-Rippenwellenleiter 205 funktional benachbart zum rechteckigen Wellenleiter 207 gegenüber der Zufuhrleitung 103. Der Versatz-Rippenwellenleiter 205 strahlt ein Signal mit einer wesentlichen E-Feld-Polarisation ab, die zwischen der X-Achse und der Y-Achse liegt, wie in 4 dargestellt. Der erste Einzelmoden-Rippenwellenleiter 203 enthält eine Öffnung 215 mit einer langen Seite 215L und einer kurzen Seite 215S. Der erste Einzelmoden-Rippenwellenleiter 203 enthält Rippen 216, die von den kurzen Seiten 215S und parallel zu den langen Seiten 215L vorstehen. Jede Rippe 216 liegt zwischen den langen Seiten 215L. Es wird geschätzt, dass jede Rippe 216 drei Oberflächen hat, zwei parallele Oberflächen, die sich orthogonal von der kurzen Seite 215S erstrecken, und eine, die sich orthogonal zwischen den Anschlussenden der zwei parallelen Oberflächen erstreckt. In einer Ausführungsform liegt der erste Einzelmoden-Rippenwellenleiter 203 funktional neben dem Versatz-Rippenwellenleiter 205 gegenüber dem rechteckigen Wellenleiter 207. Der zweite Rippenwellenleiter 201 enthält eine Öffnung 217 mit einer langen Seite 217L und einer kurzen Seite 217S. Der zweite Rippenwellenleiter 201 enthält Rippen 218, die von den kurzen Seiten 217S und parallel zu den langen Seiten 217L vorstehen. Jede Rippe 218 liegt zwischen den langen Seiten 217L. Es wird geschätzt, dass jede Rippe 218 drei Flächen hat, zwei parallele Flächen, die sich orthogonal von der kurzen Seite 217S aus erstrecken, und eine, die sich orthogonal zwischen den Anschlussenden der beiden parallelen Flächen erstreckt. In einer Ausführungsform ist der erste Einzelmoden-Rippenwellenleiter 201 funktional benachbart zum ersten Einzelmoden-Rippenwellenleiter 203 gegenüber dem Versatz-Rippenwellenleiter 205. Der zweite Rippenwellenleiter 201 bewirkt eine Impedanzanpassung des Einzelmoden-Rippenwellenleiters 203 mit niedriger Impedanz an das Strahlungsfeld mit hoher Impedanz.
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Es wird daher geschätzt, dass die offenbarten Anordnungen von Rippenwellenleitern 205, 207 so gestaltet werden können, dass sie Grenzfrequenzen erreichen, die niedrig genug sind, um die gewünschte Polarisation mit Abmessungsbreiten (X-Richtungsabmessungen) bei oder etwas größer als etwa eine halbe Wellenlänge der Signale von Interesse zu unterstützen. Die Rippenwellenleiter 205, 207 werden durch den Versatz-Rippenwellenleiter 203 gespeist, der Energie von der Zufuhrleitung 103 in die gewünschte Rippenwellenleitermode einkoppelt. Der Versatz-Rippenwellenleiter 203 ist über den rechteckigen Wellenleiter 201, dessen Höhe (h) die vom Element abgestrahlte Energiemenge steuert, mit der Zufuhrleitung 103 gekoppelt. Die offenbarte Struktur erreicht eine effiziente Abstrahlung in beiden gewünschten Polarisationen bei gleichzeitiger Vermeidung von Grenzen.
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Die Komplexität des offenbarten abstrahlenden Elements 208, einschließlich der Wellenleiter 201-207, kann die Herstellung und Montage von Komponenten erfordern. In einer Ausführungsform kann das offenbarte abstrahlende Element 208, einschließlich der Wellenleiter 201-207, aus einem oder mehreren Metallblöcken, z. B. Kupfer, Bronze, Messing, Aluminium, Eisen-Nickel und anderen Legierungen, verarbeitet werden. In anderen Ausführungsformen kann die Herstellung des offenbarten abstrahlenden Elements 208, einschließlich der Wellenleiter 201-207, durch Metallguss- oder Sinterverfahren erfolgen. In anderen Ausführungsformen kann Kunststoff-Spritzguss in Verbindung mit einer Metallbeschichtung oder Plattierung der aktiven Wellenleiteroberflächen verwendet werden. In wieder anderen Ausführungsformen können additive Fertigungsverfahren, einschließlich Kunststoff- und Metallablagerungen, bei der Herstellung des offenbarten abstrahlenden Elements 208, einschließlich der Wellenleiter 201-207, eingesetzt werden.
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Wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und einem zweiten Element in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben wird, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind, sie kann aber auch eine indirekte Beziehung sein, bei der ein oder mehrere dazwischenliegenden Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorhanden sind.
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Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens oder eines Prozesses in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Obwohl jede der Ausführungsformen oben mit bestimmten Merkmalen beschrieben ist, können ein oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in einer beliebigen anderen Ausführungsform implementiert und/oder mit Merkmalen einer beliebigen anderen Ausführungsform kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben ist. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen miteinander bleiben im Umfang dieser Offenbarung.
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Obwohl die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne den Umfang der Offenbarung zu verlassen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang der Offenbarung zu verlassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der Offenbarung fallen.
