JP2022554413A - ミリメートル波用途のための２次元レーダ - Google Patents

Abstract

本明細書に開示される例は、ミリメートル波用途で使用するための２次元レーダに関する。２次元レーダのアンテナ構造は、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイと、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイと、を含む。本明細書に開示される他の例は、ミリメートル波用途における２次元レーダ用のアンテナシステム、及び２次元走査を用いたレーダシステムに関する。

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、あらゆる目的で全体として援用される、２０１９年１１月１１日に出願された米国仮特許出願第６２／９３３，７９２号の便益を主張するものである。

背景
[0002] レーダ又はセルラー通信などのワイヤレス伝送システムでは、アンテナのサイズは、伝送特性によって決定される。ワイヤレス用途の広範な適用に伴い、所与のアンテナ又は放射構造に割り当てられたフットプリント及び他のパラメータが制約される場合がある。加えて、帯域幅の増加、より細かい制御、範囲の拡大などのアンテナの能力に対する要求が、増加し続けている。自動運転車両などの自動化用途では、レーダ及び他のセンサは、短い応答時間内で車両に対する及び車両からの速やかな命令を可能にするのに十分な速度及び応答性を有して、車両の環境を走査することが期待される。

[0003] フェーズドアレイアンテナは、多数のアンテナ素子からの信号を合成すること、並びに各素子の位相及び振幅を制御することによって、放射パターンを形成する。アンテナ又は放射素子は、アレイ又はサブアレイに配置され、一般的に、数ある中でも、パッチアンテナ構成におけるパッチ、ダイポール、又は磁気ループを含む。各放射素子間の相対位相は、固定されてもよく、又は各素子に結合された移相器を用いて調整されてもよい。アンテナによって生成されるビームの方向は、個々の素子の位相を変更することによって制御される。

図面の簡単な説明
[0004] 本出願は、一定の縮尺で描かれず、全体を通して同様の参照符号が同様の部分を指す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明に関連して十分に理解することができる。

[0005]主題のテクノロジーの様々な実施による、自律車両におけるビームステアリングレーダを使用して、物体の検出及び識別を行う例示的環境を示す。 [0006]主題のテクノロジーの様々な実施に従った、自車両の自律運転システムの模式図を示す。 [0007]主題のテクノロジーの１つ又は複数の実施に従った、レーダシステムが実装され得る例示的ネットワーク環境を示す。 [0008]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、レーダシステムと一体化された例示的車両ナンバープレートフレームの分解斜視図を示す。 [0009]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、図４の車両ナンバープレートフレームで使用するためのレーダアンテナの模式図を示す。 [0010]主題のテクノロジーの様々な実施に従った、レーダシステムの模式図を示す。 [0011]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、アンテナ構造の例示的スタックアップ構成の分解斜視図を示す。 [0012]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、二重偏波の放射ビームを生成する例示的送信アンテナ及び受信アンテナの模式図を示す。 [0013]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、直交アンテナ選択の２次元ビーム走査のプロット図を示す。 [0014]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、主ローブレベル及びサイドローブレベルを有する２次元ビーム走査のプロット図を示す。 [0015]主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、複数の周波数チャープを有する２次元ビーム走査のプロット図を示す。 [0016]様々な実施に従った、アンテナ構造を動作させる方法のフローチャートを示す。

詳細な説明
[0017] 従来の２次元（２Ｄ）フェーズドアレイアンテナは、Ｕ面及びＶ面の両方に走査能力を有するペンシルビームを提供する。方位角面及び仰角面において特定のビーム幅を得るためには、アンテナ素子は、方位角方向にＮ個の素子及び仰角方向にＭ個の素子を有する合計Ｎ×Ｍ個の素子のグリッドに形成される。平面２Ｄアレイに基づくレーダシステムは、ターゲットに対する送信機（ＴＸ）Ｕ／Ｖ走査用の出射ペンシルビーム、及びターゲットからの受信機（ＲＸ）Ｕ／Ｖ走査用の入射ペンシルビームを利用し、これは、各ＲＸ及びＴＸアンテナに対してＮ×Ｍ個の無線周波数（ＲＦ）チャネルの観点から、はるかに高いコスト及び複雑さを犠牲にして、より高い利得を提供し、結果として、合計２×Ｎ×Ｍ個のＲＦチャネルになる。この点において、仰角面及び方位角面における対称ビーム幅（Ｍ＝Ｎ）は、２Ｎ^２個のＲＦチャネルを必要とする。従来の２Ｄフェーズドアレイアンテナに必要とされるＲＦチャネルのこの数は、サイズ、複雑さ、及びコストの観点から困難な負担を生じさせる。

[0018] 本開示は、２Ｄビーム走査を提供し、及びビーム幅要件を満たすために必要なＲＦチャネルの数を大幅に減少させるミリメートル波用途のための２Ｄレーダを提供する。例えば、主題のテクノロジーは、類似の乗算されたビーム幅を提供するために、ＲＸアンテナ及びＴＸアンテナに対してそれぞれＮ個のＲＦチャネル及びＭ個のＲＦチャネルを利用する。これは、Ｎ＋Ｍ個のＲＦチャネル総数（対称方位角及び仰角ビーム幅の場合、２Ｎ）となり、これは、従来の２ＤフェーズドアレイアンテナのＲＦチャネル総数よりも大幅に少ない。これは、コスト及び複雑さの観点から大幅な節約をもたらす。ＴＸビーム走査は、第１の走査速度でターゲットに対して一方の軸（例えば、Ｕ軸）を走査するための出射扇形ビームを利用し、ＲＸビーム走査は、第２の走査速度でターゲットからの他方の軸（例えば、Ｖ軸）を走査するための入射扇形ビームを利用し、ここで、ＲＸ及びＴＸ扇形ビームは、直角を成す。この点に関して、扇形ビームは、大幅に低いコスト及びより低い利得を有するより単純なシステム設計を提供する。場合によっては、総放射電力（ＴＲＰ）は、より低い利得を補償するために、実効等方放射電力（ＥＩＲＰ）閾値にまで増加させることができる。

[0019] 幾つかの実施では、２次元レーダのアンテナ構造は、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイと、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイとを含む。本明細書に記載される様々な例は、レーダシステムが、１つの軸に沿って信号を送信し、及び別の軸に沿って信号を受信することを可能にする。開示される例では、送信アンテナ及び受信アンテナのジオメトリは、直交する。幾つかの実施では、受信アンテナは、システム性能を加速させるために、第１の偏波及び第２の偏波両方の戻りＲＦビームを別々に受信するように設計することができ、第２の偏波で動作する受信アンテナは、Ｕ軸又はＶ軸の一方で粗い走査を有するために、第２の偏波で動作する送信アンテナと同期させることができる。

[0020] 主題のテクノロジーは、ワイヤレス通信及びレーダ用途、特に、工学された放射構造を使用した電磁波の操作が可能なメタ構造を取り入れたものに適用可能である。例えば、本開示は、メタ構造（ＭＴＳ）素子及びアレイを有するアンテナ構造を提供する。車両のレーダモジュールを含む多くの用途においてアンテナ構造の性能を向上させる構造及び構成がＭＴＳ素子に対する給電ネットワーク内に存在する。様々な例において、ＭＴＳ素子は、メタマテリアル素子を含む。

[0021] メタマテリアルは、組成ではなく構造から独自の特性を引き出し、それらは、自然界では通常見られない珍しい特性を有する。メタマテリアルは、自然界には見られない特性を有するように工学された構造である。メタマテリアルアンテナは、理解のために幾つかが本明細書に記載される（ただし、これは、本開示の可能な実施の包括的な集まりではない）様々な形態の何れの形態を取ってもよい。メタマテリアルは、一般的に、反復パターンで配置される。アンテナの場合、メタマテリアルは、メタマテリアルによって放射される送信信号の波長よりもかなり小さいスケールで作られ得る。メタマテリアル特性は、構造を形成するベース材料からではなく、工学及び設計された構造に由来する。正確な形状、寸法、ジオメトリ、サイズ、配向、配置などが、ＥＭ波を遮断すること、吸収すること、強化すること、又は曲げることによってＥＭ波を操作可能なスマート特性をもたらす。

[0022] 主題のテクノロジーは、現在のシステムの何分の１かの時間内に環境全体を走査するために無線周波数（ＲＦ）波を操作する前例のない能力を有するスマートアクティブアンテナに関する。主題のテクノロジーは、アンテナに対する電気的変化を使用して、位相シフト及び調整を達成し、それによって、複雑さ及び処理時間が減少し、長距離及び短距離両方の物体検出のために最大で約３６０°視野（ＦｏＶ）の高速走査が可能となる、様々な構成のＭＴＳ放射構造を使用したスマートビームステアリング及びビーム形成にも関する。主題のテクノロジーは、レーダが距離及び方位角を測定し、それによって、従来の大きなアンテナ素子を使用することなく、物体までの距離及び水平面上の投影場所を識別する方位角をそれぞれ提供するので、レーダを使用して、２Ｄ画像能力のための情報を提供する。

[0023] 本開示は、システムの計算の複雑さを減少させ、及び伝送速度を増加させるために、自律車両通信及び検出スペクトル（これは、米国では、約７７ＧＨｚであり、及び５ＧＨｚの範囲（具体的には、７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚ）を有する）における伝送を達成するために送信信号の改良位相シフトを提供する、レーダ及びセルラーアンテナなどのための放射構造に関する。本開示は、これらの用途に限定されず、ワイヤレス通信、５Ｇセルラー、固定無線などの他のアンテナ用途で容易に用いることができる。幾つかの実施では、本開示は、新規の給電構造に結合されたＭＴＳ素子の特性を利用することによって、これらの目標を達成する。

[0024] 自律運転は、サイエンスフィクションの領域から達成可能な現実となることに急速に移行しつつある。安全及びより良い運転のために車両を自動化し、適応させ、及び向上させる高度運転者支援システム（ＡＤＡＳ）が既に市場に存在する。次のステップは、ステアリング、加速、ブレーキング、並びに交通、横断する歩行者、動物などを避けるために必要な場合のレーン又は速度変更などの事象に応答するための周囲環境及び運転状況のモニタリングなどの運転機能の制御をますます引き受ける車両である。

[0025] 本開示は、周囲の世界を再構築することができ、事実上、真の３Ｄビジョンを有し、及び人間のような世界の解釈が可能なレーダ「デジタルアイ」である、自動車レーダセンサに関する。例えば、主題のテクノロジーは、向上したセンサ性能、全天候／全条件検出、高度意思決定アルゴリズム、及びセンサ融合による他のセンタとのインタラクションを用いて、自律運転を支援する。これらの構成は、例えば自動運転車などに関する多くの用途において、レーダが天候条件によって妨げられないため、レーダセンサの使用を最適化する。環境情報を早期に捕捉する能力は、車両の制御を支援し、それによって、危険及び変わりつつある状況の予知が可能となる。これらの構造と共にセンサ性能も向上し、それによって、コントローラに対して長距離及び短距離の視認性が可能となる。自動車用途では、短距離は、車両の真正面の横断歩道にいる人を検出するように、車両の３０メートル以内と考えられ、長距離は、ハイウェイで近づいてくる車を検出するように、２５０メートル以上と考えられる。

[0026] 以下に記載する詳細な説明は、主題のテクノロジーの様々な構成の説明を目的とし、主題のテクノロジーが実施され得る唯一の構成を表すことを目的としたものではない。添付の図面は、本明細書に組み込まれ、詳細な説明の一部を構成する。詳細な説明は、主題のテクノロジーの十分な理解を提供する目的で、具体的な詳細を含む。しかしながら、主題のテクノロジーは、本明細書に記載される具体的な詳細に限定されず、１つ又は複数の実施を使用して実施され得る。１つ又は複数の例では、主題のテクノロジーの概念を分かりにくくすることを避けるために、構造及びコンポーネントは、ブロック図形式で示される。他の例では、例の説明を不必要に分かりにくくすることを避けるために、周知の方法及び構造は、詳細に説明されない場合がある。また、例は、互いに組み合わせて使用され得る。

[0027] 図１は、主題のテクノロジーの様々な実施による、自律車両におけるビームステアリングレーダを使用して、物体の検出及び識別を行う例示的環境を示す。自車両１００は、ＦｏＶ又は特定のエリアを走査するためにレーダ信号を送信するビームステアリングレーダシステム１０６を備えた自律車両である。以下により詳細に説明するように、レーダ信号は、複数の送信ビーム１１８をもたらすように調整することができる走査パラメータのセットに従って送信される。走査パラメータは、数ある中でも、ＦｏＶを定義する走査エリアの全角度、ビーム幅又は各インクリメンタル送信ビームの走査角度、レーダ信号におけるチャープ数、チャープ時間、チャープセグメント時間、チャープの傾きなどを含み得る。全ＦｏＶ又はその一部は、このような送信ビーム１１８の集まりによって走査することができ、これらの送信ビーム１１８は、連続した隣接走査位置に存在してもよく、又は特定の順序若しくはランダムな順序でもよい。ＦｏＶという用語は、本明細書では、レーダ送信に関連して使用され、遮るものがない視界を有する光学ＦｏＶを意味しないことに留意されたい。走査パラメータは、これらのインクリメンタル送信ビーム間の時間間隔、並びに全走査又は部分走査の開始角度位置及び停止角度位置も示し得る。

[0028] 様々な例において、自車両１００は、カメラ１０２及びライダ１０４などの他の知覚センサも備え得る。これらの知覚センサは、自車両１００には必要とされないが、ビームステアリングレーダ１０６の物体検出能力を増強するのに役立ち得る。カメラ１０２は、目に見える物体及び状況を検出するため、並びに様々な機能の性能を支援するために使用され得る。ライダ１０４も、物体を検出するため、及びこの情報を提供して自車両１００の制御を調整するために使用することができる。この情報は、ハイウェイの渋滞、道路状況、及び車両のセンサ、働き、又は動作に影響を与える他の状況などの情報を含み得る。既存のＡＤＡＳモジュールは、駐車などの運転機能において運転者を支援するために、（例えば、バックビューカメラにおいて）カメラセンサを利用する。カメラは、高い詳細レベルでテクスチャ、色、及びコントラスト情報を捕捉することができるが、人間の目に類似して、それらは、悪天候状況及びライティングの変動の影響を受けやすい。カメラ１０２は、高解像度を有し得るが、５０メートル向こうの物体を解像することはできないかもしれない。

[0029] ライダセンサは、一般的に、光パルスが、物体まで移動し、及びセンサに戻ってくるのにかかる時間を計算することによって、物体までの距離を測定する。ライダセンサは、車両の上に位置付けられた場合、周囲環境の３６０°３Ｄビューを提供することができる。他の手法は、全３６０°ビューを提供するために、車両の周りの異なる場所で幾つかのライダを使用し得る。しかしながら、ライダ１０４などのライダセンサは、まだ法外に高価であり、サイズが大きく、天候状況に影響されやすく、及び短距離（例えば、１５０～３００メートル未満）に限定される。一方、レーダは、何年も車両で使用されており、全天候条件で動作する。また、レーダセンサは、用いられる処理が他のタイプのセンサよりもはるかに少なく、障害物の後ろの物体を検出し、及び移動物体の速度を決定するという利点を有する。分解能に関しては、ライダ１０４によって発せられたレーザビームは、小さなエリアに集束され、ＲＦ信号よりも小さな波長を有し、及び約０．２５度の分解能を達成することができる。

[0030] 様々な例において、及び以下により詳細に説明するように、ビームステアリングレーダ１０６は、３６０°の真の３Ｄビジョン、並びに自車両１００の経路及び周囲環境に関する人間のような解釈を提供することができる。ビームステアリングレーダ１０６は、少なくとも１つのビームステアリングアンテナを使用して、３６０°ＦｏＶの全方向においてＲＦビームの成形及びステアリングを行うこと、並びに約３００メートル以上の長距離にわたり、素早く、且つ高い精度で物体を認識することが可能である。カメラ１０２及びライダ１０４の短距離能力は、レーダ１０６の長距離能力と共に、自車両１００のセンサ融合モジュール１０８が、その物体検出及び識別を向上できるようにする。

[0031] 図示されるように、ビームステアリングレーダ１０６は、（例えば、３５０ｍを超える）遠い距離にある車両１２０、並びに（例えば、１００ｍ未満の）短い距離にある車両１１０及び１１４の両方を検出することができる。短時間で、並びに十分な範囲及び速度分解能を有して両車両を検出することは、自車両の運転機能の完全自立にとって必須である。レーダ１０６は、次に、検出された車両に関するより細かい速度分解能を取得することに集中するために、非常に短い時間での長距離物体の検出を可能にする調整可能長距離レーダ（ＬＲＲ）モードを有する。本明細書には記載されないが、レーダ１０６は、ＬＲＲモード及び短距離レーダ（ＳＲＲ）モード間で時間選択的に（time-alternatively）再構成することができる。ＳＲＲモードは、より低い利得を有する広いビームを可能にするが、事故を回避するために素早い決定を行い、駐車及び繁華街の走行を支援し、並びに環境の広いエリアに関する情報を捕捉することができる。ＬＲＲモードは、高利得を有する、狭い有向のビーム及び長距離を可能にし、これは、高速用途にとって、及びより長い処理時間が、より高い信頼性を可能にする場合に、強力である。各ビーム位置に関する過剰なドウェル時間は、不感地帯を生じさせる場合があり、調整可能ＬＲＲモードは、アンテナ利得、送信電力、及びレーダ動作にとって所望の信号対雑音比（ＳＮＲ）を維持しつつ、長距離で高速物体検出を行えることを保証する。

[0032] ここで、主題のテクノロジーの様々な実施に従った、自車両の自律運転システム２００の模式図を示す図２に注目する。自律運転システム２００は、運転機能の一部の又は完全な自動化を提供する、自車両で使用するためのシステムである。運転機能は、例えば、ステアリング、加速、ブレーキング、並びに交通、横断する歩行者、動物などを避けるために必要とされる場合のレーン又は速度変更などの事象に応答するための周囲環境及び運転状況のモニタリングを含み得る。自律運転システム２００は、レーダシステム２０２、並びにカメラ２０４、ライダ２０６、インフラセンサ２０８、環境センサ２１０、動作センサ２１２、ユーザの好みセンサ２１４、及び他のセンサ２１６などの他のセンサシステムを含む。自律運転システム２００は、通信モジュール２１８、センサ融合モジュール２２０、システムコントローラ２２２、システムメモリ２２４、及び車両間（Ｖ２Ｖ）通信モジュール２２６も含む。自律運転システム２００のこの構成は、例示的構成であり、図２に示される具体的な構造に限定することを意図したものではないことが理解される。図２に示されないさらなるシステム及びモジュールが、自律運転システム２００に含まれてもよい。

[0033] 様々な例において、ビームステアリングレーダ２０２は、車両の２６０°ＦｏＶの１つ又は複数の部分に集束することができる、動的に制御可能及びステアリング可能なビームを提供するための少なくとも１つのビームステアリングアンテナを含む。ビームステアリングアンテナから放射されたビームは、車両の経路及び周囲環境内の物体によって反射され、並びに、物体の検出及び識別を行うために、レーダ２０２によって受信及び処理される。レーダ２０２は、物体の検出及び識別を行い、並びに要望通りにレーダモジュールを制御するように訓練された知覚モジュールを含む。はるかに短い距離ではあるが、自車両の経路及び周囲環境内の物体を識別するために、カメラ２０４及びライダ２０６も使用され得る。

[0034] インフラセンサ２０８は、運転中にインフラからの（例えば、スマート道路構成、掲示板情報、信号機、一時停止の標識、交通警報などを含む交通アラート及び表示器などからの）情報を提供し得る。これは、成長分野であり、この情報から得られる利用法及び能力は多大である。環境センサ２１０は、数ある中でも、温度、湿度、霧、視認性、降水量などの外部の様々な状況を検出する。動作センサ２１２は、車両の機能的動作に関する情報を提供する。これは、タイヤ圧、燃料液面高さ、ブレーキの摩耗などでもよい。ユーザの好みセンサ２１４は、ユーザの好みの一部である状況を検出し得る。これは、温度調整、スマートブラインドなどでもよい。他のセンサ２１６は、自車両内及び自車両の周囲の状況をモニタリングするためのさらなるセンサを含み得る。

[0035] 様々な例において、センサ融合モジュール２２０は、自車両及び環境のほぼ包括的なビューを提供するために、これらの様々な機能を最適化する。多くのタイプのセンサは、センサ融合モジュール２２０によって制御され得る。これらのセンサは、情報を共有し、及び別のシステムに対するある制御アクションの影響を考慮するために、互いに連携し得る。一例では、混雑した運転状況では、雑音検出モジュール（図示せず）が、車両と干渉し得る複数のレーダ信号が存在することを識別し得る。この情報は、これらの他の信号を避け、及び干渉を最小限に抑えるようにレーダ２０２の走査パラメータを調整するために、レーダ２０２の知覚モジュールによって使用され得る。

[0036] 別の例では、環境センサ２１０は、天候が変化していること、及び視認性が低下していることを検出し得る。この状況では、センサ融合モジュール２２０は、これらの新しい状況下で走行する車両の能力を向上させるように他のセンサを構成することを決定し得る。この構成は、カメラ２０４及び／又はライダ２０６をオフにすること、又はこれらの視認性に基づくセンサのサンプリングレートを減少させることを含み得る。これは、現在の状況に適応した１つ又は複数のセンサに効果的に依拠する。これに対して、知覚モジュールは、同様にこれらの状況に合わせてレーダ２０２を構成する。例えば、レーダ２０２は、より集束したビーム、及びその結果として、より繊細な検知能力を提供するために、ビーム幅を減少させ得る。

[0037] 様々な例において、センサ融合モジュール２２０は、履歴状況及び制御に基づいて、レーダ２０２に直接制御を送ってもよい。センサ融合モジュール２２０はまた、他のセンサに対するフィードバック又は較正として機能するために、自律運転システム２００内のセンサの幾つかを使用してもよい。このようにして、動作センサ２１２は、テンプレート、パターン、及び制御シナリオを作成するために、フィードバックを知覚モジュール及び／又はセンサ融合モジュール２２０に提供し得る。これらは、成功したアクションに基づき、又は悪い結果に基づいてもよく、センサ融合モジュール２２０は、過去のアクションから学習する。

[0038] センサ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６からのデータは、自律運転システム２００のターゲット検出及び識別性能を向上させるために、センサ融合モジュール２２０において統合されてもよい。センサ融合モジュール２２０自体は、システムコントローラ２２２によって制御されてもよく、システムコントローラ２２２は、自車両内の他のモジュール及びシステムともインタラクトし、及びそれらを制御し得る。例えば、システムコントローラ２２２は、要望通りに、異なるセンサ２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６の電源をオン若しくはオフにし、又は運転にとって危険なもの（例えば、鹿、歩行者、サイクリスト、若しくは車両の経路に突然現れた別の車両、飛んでくる破片など）を識別した際に自車両に停止命令を提供し得る。

[0039] 自律運転システム２００の全てのモジュール及びシステムは、通信モジュール２１８によって互いに通信する。システムメモリ２２４は、自律運転システム２００及び自律運転システム２００を使用する自車両の動作に使用される情報及びデータ（例えば、静的及び動的データ）を保存し得る。Ｖ２Ｖ通信モジュール２２６は、他の車両との通信に使用される。また、Ｖ２Ｖ通信モジュール２２６は、自車両のユーザ、運転者、又は乗り手にとって非トランスペアレントな他の車両から情報を取得することができ、及びあらゆるタイプの衝突を回避するために、車両が互いに連携することを支援し得る。

[0040] 図３は、主題のテクノロジーの１つ又は複数の実施に従った、レーダシステムが実装され得る例示的ネットワーク環境３００を示す。例示的ネットワーク環境３００は、伝送線３５０を介して電子デバイス３１０に結合された幾つかの電子デバイス３２０、３３０、３４０、３４２、３４４、３４６、及び３４８を含む。電子デバイス３１０は、電子デバイス３４２、３４４、３４６、３４８を互いに通信可能に結合し得る。１つ又は複数の実施では、電子デバイス３４２、３４４、３４６、３４８の１つ又は複数は、例えば電子デバイス３１０の支援などなしに、互いに直接通信可能に結合される。しかしながら、図示されたコンポーネントの全てが必要とされるわけではないことがあり、１つ又は複数の実施は、図面に示されないさらなるコンポーネントを含んでもよい。本明細書に記載される請求項の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの配置及びタイプのバリエーションを作ることができる。さらなるコンポーネント、異なるコンポーネント、又はより少ないコンポーネントが設けられてもよい。

[0041] 幾つかの実施では、伝送線３５０の１つ又は複数は、Ethernet伝送線（例えば、８０２．３）などの有線伝送線、又はWiFi（例えば、８０２．１１）又はBluetooth（例えば、８０２．１５）などのワイヤレス伝送線を含む。この点に関して、電子デバイス３２０、３３０、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、及び３１０は、アメリカ電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ：Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．３規格（例えば、８０２．３ｃｈ）に記載されるものなどの１つ又は複数の物理層仕様の１つ又は複数の局面と相互運用可能な物理層（ＰＨＹ）を実装し得る。電子デバイス３１０は、スイッチデバイス、ルーティングデバイス、ハブデバイス、若しくは一般に電子デバイス３２０、３３０、３４０、３４２、３４４、３４６、及び３４８を通信可能に結合し得るどのようなデバイスでもよく、又はそのようなデバイスを含んでもよい。

[0042] １つ又は複数の実施では、例示的ネットワーク環境３００の少なくとも一部は、乗用車などの車両内に実装される。例えば、電子デバイス３４２、３４４、３４６、３４８は、パワートレインシステム、シャシーシステム、テレマティックスシステム、娯楽システム、カメラシステム、車線逸脱システムなどのセンサシステム、診断システム、若しくは一般に車両内で使用され得るあらゆるシステムなどの車両内の様々なシステムを含んでもよく、又はそのようなシステムに結合されてもよい。図３では、電子デバイス３１０は、中央処理装置として描かれ、電子デバイス３２０は、レーダシステムとして描かれ、電子デバイス３３０は、ＬｉＤＡＲシステムとして描かれ、電子デバイス３４０は、娯楽インタフェースユニットとして描かれ、電子デバイス３４２、３４４、３４６、３４８は、前方ビュー、後方ビュー、及び側方ビューカメラなどのカメラデバイスとして描かれている。１つ又は複数の実施では、電子デバイス３１０及び／又は電子デバイス３４２、３４４、３４６、３４８の１つ若しくは複数は、インターネットなどの公衆通信ネットワークに通信可能に結合され得る。幾つかの実施では、レーダシステム３２０は、以下により詳細に述べるように、自動車レーダ用途の２次元ビーム走査を用いるナンバープレートフレームであり、又はそのようなナンバープレートの少なくとも一部を含む。

[0043] 図４は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、レーダシステムと一体化された例示的車両ナンバープレートフレーム４００の分解斜視図を示す。しかしながら、図示されたコンポーネントの全てが必要とされるわけではないことがあり、１つ又は複数の実施は、図面に示されないさらなるコンポーネントを含んでもよい。本明細書に記載される請求項の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの配置及びタイプのバリエーションを作ることができる。さらなるコンポーネント、異なるコンポーネント、又はより少ないコンポーネントが設けられてもよい。

[0044] 車両ナンバープレートフレーム４００は、ナンバープレートフレーム４１０及びアンテナ４３０を含む。幾つかの実施では、図３のレーダシステム３２０は、アンテナ４３０であり、又はアンテナ４３０の少なくとも一部を含む。幾つかの例では、ナンバープレートフレーム４１０は、アンテナ４３０用のカバー又はレードーム、及びナンバープレート４２０用の留め具として機能する誘電材料又は非導電材料で作製されてもよく、アンテナ４３０は、プリント回路基板でもよい。アンテナ４３０は、ナンバープレートフレーム４１０の背面に機械的に結合され得る。幾つかの例では、アンテナ４３０は、ナンバープレートフレーム４１０の角に留め具を用いて、ナンバープレートフレーム４１０に非永久的に固定されてもよい。他の実施では、アンテナ４３０は、接着樹脂材料を用いてナンバープレートフレーム４１０に永久的に固定されてもよい。さらに他の実施では、アンテナ４３０及びナンバープレートフレーム４１０は、アンテナ４３０及びナンバープレートフレーム４１０が一体化ユニットであるように、同じ材料から作製されてもよい。ナンバープレート４２０は、アンテナ４３０とナンバープレートフレーム４１０との間に配置されてもよい。例えば、ナンバープレート４２０は、ナンバープレートフレーム４１０及びアンテナ４３０が組み立てられる（又は機械的に一緒に結合される）際に形成された空洞内に挿入されてもよい。幾つかの例では、ナンバープレートフレーム４１０は、アンテナ４３０との結合により励磁されるコンフォーマルスロットアンテナであり、又はそのようなアンテナの少なくとも一部を含む。

[0045] 幾つかの例では、エンクロージャ（図示せず）が、アンテナ４３０に対する電磁干渉を切り離すのに役立つアンテナ４３０内の電子コンポーネント及びＲＦ回路構成のためのシールド（例えば、給電ネットワークからの望ましくない放射に対するシールド）として機能する導電材料又は金属材料を用いて作製されてもよい。幾つかの例では、ナンバープレートフレーム４１０は、２ｍｍ～３ｍｍの範囲内の厚さ、約１６０ｍｍの幅、及び約３１２ｍｍの長さを有するが、ナンバープレートフレーム４１０の寸法は、実施に応じて異なり得る。幾つかの実施では、車両ナンバープレートフレーム４００は、アンテナ４３０の熱による加熱を減らすこと、及び車両ナンバープレートフレーム４００を通した熱伝達を調節することを助けるヒートシンク４４０も含む。他の実施では、ナンバープレート４２０は、ヒートシンク４４０の代わりに、アンテナ４３０に対するヒートシンクとして機能し得る。幾つかの実施では、ナンバープレートフレーム４１０は、アンテナ４３０のレーダ機能性に関連する視覚インジケータ（例えば、ステータスインジケータ）を表示するためにアンテナ４３０と電気的に相互作用するデジタル回路構成を含んでもよい。この点に関して、アンテナ４３０は、ナンバープレートフレーム４１０とアンテナ４３０との間の、機械的結合によって形成されたビアを通して、又は専用コネクタを通して電力をナンバープレートフレーム４１０に供給し得る。

[0046] 図５は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、図４の車両ナンバープレートフレーム４００で使用するためのレーダアンテナ５００の模式図を示す。しかしながら、図示されたコンポーネントの全てが必要とされるわけではないことがあり、１つ又は複数の実施は、図面に示されないさらなるコンポーネントを含んでもよい。本明細書に記載される請求項の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの配置及びタイプのバリエーションを作ることができる。さらなるコンポーネント、異なるコンポーネント、又はより少ないコンポーネントが設けられてもよい。

[0047] レーダアンテナ５００は、異なる偏波の送信及び受信用の複数のアンテナアレイを含む。例えば、レーダアンテナ５００は、垂直偏波を用いる受信アンテナ５１０及び垂直偏波を用いる送信アンテナ５３０を含む。レーダアンテナ５００は、水平偏波を用いる受信アンテナ５４０及び水平偏波を用いる送信アンテナ５２０も含む。この点に関して、送信アンテナ５２０は、ＲＦビームを方位角方向に送信することができ、及び受信アンテナ５４０は、方位角方向にわたり戻りＲＦビームを受信することができ、送信アンテナ５３０は、仰角方向にＲＦビームを送信することができ、及び受信アンテナ５１０は、仰角方向にわたり戻りＲＦビームを受信することができる。幾つかの実施では、受信アンテナ５１０は、アンテナ基板の上側周辺部に沿って横方向に配置された左受信アンテナ５１２及び右受信アンテナ５１４を含む。同様に、受信アンテナ５４０は、アンテナ基板の右側周辺部に沿って横方向に配置された上部受信アンテナ５４２及び下部受信アンテナ５４４を含む。幾つかの例では、左受信アンテナ５１２は、所定の距離によって、右受信アンテナ５１４から分離され、上部受信アンテナ５４２は、所定の距離によって、下部受信アンテナ５４４から分離される。他の実施では、送信アンテナ５２０は、アンテナ基板の下側周辺部に沿って横方向に配置された左送信アンテナ５２２及び右送信アンテナ５２４を含む。同様に、送信アンテナ５３０は、アンテナ基板の左側周辺部に沿って横方向に配置された上部送信アンテナ５３２及び下部送信アンテナ５３４を含む。送信アンテナ５２０及び５３０は、直交偏波で動作するが、受信アンテナ５１０及び５４０は、両偏波を受信し、ビーム走査を加速させるために別々のチャネルで受信したＲＦ信号を送受信機５０６へと渡すことができる。

[0048] 受信アンテナ５１０は、送信アンテナ５３０に直交して配置され、受信アンテナ５４０は、送信アンテナ５２０に直交して（及び受信アンテナ５１０に直交して）配置される。送信及び受信アンテナアレイは、ナンバープレートフレーム（例えば、４１０）のレイアウトとアライメントするように配置される。例えば、受信アンテナ５１０は、アンテナ基板の上側周辺部に沿って位置付けられてもよく、送信アンテナ５３０は、アンテナ基板の横側周辺部（例えば、左側）に沿って位置付けられてもよい。同様に、受信アンテナ５４０は、アンテナ基板の横側周辺部（例えば、右側）に沿って位置付けられてもよく、送信アンテナ５２０は、アンテナ基板の下側周辺部に沿って位置付けられてもよい。図示されるように、４つのアンテナアレイ５１０、５２０、５３０、及び５４０が存在することに留意されたい。しかしながら、レーダアンテナ５００は、複数の他のアンテナアレイを組み込んでもよい。様々な例において、各アンテナアレイは、放射パターンの送信及び／又は受信のためのものとなり得る。

[0049] 幾つかの実施では、レーダアンテナ５００は、受信アンテナ５１０及び５４０用のサイドローブフィルタとして機能するための受信機ガードアンテナ５５２、５５４、５５６、及び５５８を含む。例えば、受信機ガードアンテナ５５２及び５５４は、受信アンテナ５１０に近接して配置される。具体的には、受信機ガードアンテナ５５２及び５５４が、受信アンテナ５１０の両端に配置されるように、受信機ガードアンテナ５５２は、左受信アンテナ５１２に近接して配置され、及び受信機ガードアンテナ５５４は、右受信アンテナ５１４に近接して配置される。この点に関して、受信機ガードアンテナ５５２及び５５４は、それぞれ左受信アンテナ５１２及び右受信アンテナ５１４用のサイドローブフィルタとして機能する。別の例では、受信機ガードアンテナ５５６及び５５８は、受信アンテナ５４０に近接して配置される。具体的には、受信機ガードアンテナ５５６及び５５８が、受信アンテナ５４０の両端に配置されるように、受信機ガードアンテナ５５６は、上部受信アンテナ５４２に近接して配置され、及び受信機ガードアンテナ５５８は、下部受信アンテナ５４４に近接して配置される。この点に関して、受信機ガードアンテナ５５６及び５５８は、それぞれ左受信アンテナ５４２及び右受信アンテナ５４４用のサイドローブフィルタとして機能する。幾つかの実施では、レーダアンテナ５００は、送信アンテナ５２０及び５３０を用いた送信サイドローブ相殺のための送信機ガードアンテナ５７６、５７８、５８０、５８２を含む。例えば、送信機ガードアンテナ５７６及び５７８は、送信アンテナ５２０に近接して配置される。具体的には、送信機ガードアンテナ５７６及び５７８が、送信アンテナ５２０の両端に配置されるように、送信機ガードアンテナ５７６は、右送信アンテナ５２４に近接して配置され、及びガードアンテナ５７８は、左送信アンテナ５２２に近接して配置される。この点に関して、送信機ガードアンテナ５７６及び５７８は、それぞれ右送信アンテナ５２４及び左送信アンテナ５２２用のサイドローブフィルタとして機能する。別の例では、送信機ガードアンテナ５８０及び５８２は、送信アンテナ５３０に近接して配置される。具体的には、送信機ガードアンテナ５８０及び５８２が、送信アンテナ５３０の両端に配置されるように、送信機ガードアンテナ５８０は、下部送信アンテナ５３４に近接して配置され、及びガードアンテナ５８２は、上部送信アンテナ５３２に近接して配置される。この点に関して、送信機ガードアンテナ５８０及び５８２は、それぞれ下部送信アンテナ５３４及び上部送信アンテナ５３２用のサイドローブフィルタとして機能する。

[0050] 図５に示されるように、受信アレイ５１０及び５４０、並びに送信アレイ５２０及び５３０は、送受信機５０６に結合され、及びそれらの放射ビームが互いに直交するように構成される。幾つかの例では、直交ビームは、直交直線又は円偏波、符号化、チャープ、又は異なる周波数により達成することができる。送信及び受信の各ペアリングに関して、一方のアレイが、視野の鉛直角（又はＵ軸）を走査し、他方のアレイは、視野の水平角（又はＶ軸）を走査する。例えば、受信アンテナ５１０及び送信アンテナ５３０は、垂直偏波の放射ビームを用いてＵ－Ｖ軸を走査するために一緒にペアにされ得る。受信アンテナ５１０は、受信機ＲＦフロントエンド５６２に結合され得、送信アンテナ５３０は、送信機ＲＦフロントエンド５７４に結合され得る。この点に関して、送受信機５０６からの出射ＲＦシグナリングは、送信アンテナ５３０を通した放射のために送信機ＲＦフロントエンド５７４へと送られ、受信アンテナ５１０によって受信された戻りＲＦシグナリングは、処理のために受信機ＲＦフロントエンド５６２によって送受信機５０６へと送られる。別の例では、受信アンテナ５４０及び送信アンテナ５２０が、水平偏波の放射ビームを用いてＵ－Ｖ軸を走査するために一緒にペアにされ得る。受信アンテナ５４０は、受信機ＲＦフロントエンド５６４に結合され得、送信アンテナ５２０は、送信機ＲＦフロントエンド５７２に結合され得る。この点に関して、送受信機５０６からの出射ＲＦシグナリングは、送信アンテナ５２０を通した放射のために送信機ＲＦフロントエンド５７２へと送られ、受信アンテナ５４０によって受信された戻りＲＦシグナリングは、処理のために受信機ＲＦフロントエンド５６４によって送受信機５０６へと送られる。幾つかの例では、受信機ＲＦフロントエンド５６２及び５６４は、低雑音増幅器、位相シフト素子、アナログ－デジタル変換器、合成ネットワーク、及び送受信機５０６への受信チェーンに沿った他の受信機回路構成を含んでもよい。幾つかの例では、送信機ＲＦフロントエンド５７２及び５７４は、電力増幅器、位相シフト素子、給電ネットワーク、並びに送信アンテナ５２０及び５３０への送信チェーンに沿った他の送信機回路構成を含んでもよい。

[0051] 幾つかの実施では、２つの受信アレイの一方からの送受信機５０６への受信機入力の数は、受信機アンテナの直線アレイサイズに応じて異なり得る。例えば、１２８素子直線アレイに関して、３２個の素子の４つのグループが存在してもよく、これは、送受信機５０６に対する４つの入力を生じさせる。別の例では、１２８素子直線アレイに関して、１６個の素子の８つのグループが存在してもよく、これは、送受信機５０６に対する８つの入力を生じさせる。さらに別の例では、６４素子直線アレイに関して、３２個の素子の２つのグループが存在してもよく、これは、送受信機５０６に対する２つの入力を生じさせる。さらに別の例では、６４素子直線アレイに関して、１６個の素子の４つのグループが存在してもよく、これは、送受信機５０６に対する４つの入力を生じさせる。このアンテナクラスタ化は、よりデジタル信号処理に依存した、全体的なシステム性能を向上させることができる。

[0052] 幾つかの実施では、一方の偏波（例えば、方位角、仰角）の送信アレイに対する送受信機５０６による１つの送信機出力が存在する。他の実施では、送受信機５０６は、両偏波の送信アレイに対する２つ以上の送信機出力を出力し得る。

[0053] 幾つかの実施では、送信アンテナ及び受信アンテナのそれぞれは、主ビームが、一方の寸法において狭いビーム幅（例えば、仰角で約２０°）を有し、及び他方の寸法においてより広いビーム幅（例えば、方位角で約４０°）を有する扇形ビームなどの成形ビームを生じさせる。ある方向を走査するために、位相シフト素子は、出力放射ビームをターゲット方向に成形するために、送信アンテナへの、又は受信アンテナからの対応する伝送線上のシグナリングに位相シフトを適用する。この位相シフトは、他方のアレイが水平又は方位角を走査するために位相シフトされる間に、レーダアンテナ５００が、一方のアレイを用いて垂直又は仰角において走査を行うことを可能にする。例えば、受信アンテナ５４０が仰角範囲を走査するように、受信アンテナ５４０は、受信機ＲＦフロントエンド５６４を介して送受信機５０６によって制御され、送信アンテナ５２０が方位角範囲を走査するように、送信アンテナ５２０は、送信機ＲＦフロントエンド５７２を介して送受信機５０６によって制御される。

[0054] 幾つかの実施では、方位角範囲の走査は、仰角範囲の走査速度とは異なる走査速度で行われる。具体的には、方位角範囲（又はＵ軸）に沿った走査速度は、仰角範囲（又はＶ軸）に沿った走査速度より大きい。例えば、仰角範囲に沿った走査速度は、約１０Ｈｚでもよく、方位角範囲に沿った走査速度は、約１０ｋＨｚでもよい。方位角範囲及び仰角範囲に沿った走査速度は、実施に応じて異なり得る。幾つかの例では、フレームの迅速な走査を行うために、受信アンテナ５４０は、仰角面における１次元（１Ｄ）走査のための送信アンテナ５３０と共に動作し、それと同時に、受信アンテナ５１０は、方位角面における１Ｄ走査のための送信アンテナ５２０と共に動作する。幾つかの実施では、受信アンテナ（例えば、５１０、５４０）は、両偏波の戻りＲＦビームを受信するように機能し得る。

[0055] 図６は、主題のテクノロジーの様々な実施に従った、レーダシステム６００の模式図を示す。レーダモジュール６００は、受信チェーン及び送信チェーンを含むレーダモジュール６０２を含む。受信チェーンは、受信アンテナ６１２及び６１３、受信ガードアンテナ６１１及び６１４、結合器６７０～６７３、低雑音増幅器（ＬＮＡ）６４０～６４３、移相器（ＰＳ）回路６２０及び６２２、増幅器６２３、６２４、６６４、及び６６６、並びに合成ネットワーク６４４及び６４５を含む。送信チェーンは、ドライバ６９０、６９２、６９４、及び６９６、給電ネットワーク６３４及び６３６、ＰＳ回路６１６及び６１８、電力増幅器６２８～６３１、結合器６７６、６７８、６８０、及び６８２、送信アンテナ６０８及び６０９、並びに送信ガードアンテナ６０７及び６１０を含む。レーダモジュール６０２は、送受信機６０６、デジタル－アナログ（ＤＡＣ）コントローラ６９０、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）６２６、マイクロコントローラ６３８、処理エンジン６５０、汎用ユーザインタフェース（ＧＵＩ）６５８、温度センサ６６０、及びデータベース６６２も含む。処理エンジン６５０は、知覚エンジン６０４、データベース６５２、及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）６５６を含む。しかしながら、図示されたコンポーネントの全てが必要とされるわけではないことがあり、１つ又は複数の実施は、図面に示されないさらなるコンポーネントを含んでもよい。本明細書に記載される請求項の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの配置及びタイプのバリエーションを作ることができる。さらなるコンポーネント、異なるコンポーネント、又はより少ないコンポーネントが設けられてもよい。

[0056] 幾つかの実施では、図５の送受信機５０６は、送受信機６０６であり、又は送受信機６０６の少なくとも一部を含む。受信アンテナ５１０は、受信アンテナ６１２に対応してもよく、受信アンテナは、受信アンテナ６１３に対応してもよい。受信ガードアンテナ５５２及び５５４は、ガードアンテナ６１１及び６１４に対応してもよい。図５の受信ガードアンテナ５５６及び５５８に対応するさらなるガードアンテナがレーダモジュール６０２に追加されてもよい。幾つかの例では、図５の受信機ＲＦフロントエンド５６２は、少なくとも、結合器６７０、６７１、ＬＮＡ６４０、６４１、ＰＳ回路６２０、増幅器６２３、６６４、及び合成ネットワーク６４４を含む。幾つかの例では、図５の受信機ＲＦフロントエンド５６４は、結合器６７２、６７３、ＬＮＡ６４２、６４３、ＰＳ回路６２２、増幅器６２４、６６６、及び合成ネットワーク６４５を含む。幾つかの例では、図５の送信機ＲＦフロントエンド５７２は、結合器６７６、６７８、電力増幅器６２８、６２９、ＰＳ回路６１６、給電ネットワーク６３４、並びにドライバ６９０及び６９４を含む。幾つかの例では、図５の送信機ＲＦフロントエンド５７４は、結合器６８０、６８２、電力増幅器６３０、６３１、ＰＳ回路６１８、給電ネットワーク６３６、並びにドライバ６９２及び６９６を含む。幾つかの実施では、ＤＡＣコントローラ６９０は、受信機ＲＦフロントエンド５６２、５６４、及び送信機ＲＦフロントエンド５７２、５７４のそれぞれに含まれてもよい。他の実施では、ＤＡＣコントローラ６９０は、ＲＦフロントエンドモジュールのプリント回路基板と同じプリント回路基板上の別個の回路として、受信機ＲＦフロントエンド５６２、５６４、及び送信機ＲＦフロントエンド５７２、５７４のそれぞれに結合されてもよい。幾つかの実施では、図３の電子デバイス３１０は、ＦＰＧＡ６２６、マイクロコントローラ６３８、処理エンジン６５０、温度センサ６６０、又はデータベース６６２の１つ又は複数を含み得る。幾つかの実施では、図３の電子デバイス３４０は、ＧＵＩ６５８であり、又はＧＵＩ６５８の少なくとも一部を含む。

[0057] レーダモジュール６０２は、ＦｏＶ内でＲＦ信号を送信すること、及びそれらがＦｏＶ内の物体によって反射したときの送信信号の反射を受信することの両方が可能である。レーダモジュール６０２においてアナログビーム形成を用いて、指向性（ステアリング可能でもある）ビームを形成するために、単一の送信及び受信チェーンを効果的に使用することができる。レーダモジュール６０２の送受信機６０６は、一連の送信アンテナ６０８及び６０９を通した送信用の信号を生成し、並びに一連の受信アンテナ６１２及び６１３を通して受信された信号を扱うことができる。幾つかの実施では、送信アンテナ６０８は、第１の偏波の第１の送信アンテナセット（例えば、送信アンテナ５２０）を含み、送信アンテナ６０９は、第１の偏波に直交する第２の偏波の第２の送信アンテナセット（例えば、送信アンテナ５３０）を含む。例えば、送信アンテナ６０８は、水平偏波にされてもよく、及び送信アンテナ６０９は、垂直偏波にされてもよい。逆に、他の実施では、送信アンテナ６０９は、水平偏波にされてもよく、及び送信アンテナ６０８は、垂直偏波にされてもよい。他の例では、送信アンテナ６０８は、右円偏波にされてもよく、及び送信アンテナ６０９は、左円偏波にされてもよい。同様に、受信アンテナ６１２は、第１の偏波の第１の受信アンテナセット（例えば、受信アンテナ５１０）を含み、受信アンテナ６１３は、第２の偏波の第２の受信アンテナセット（例えば、受信アンテナ５４０）を含む。ＦｏＶ内のビームステアリングは、送信チェーン上で送信アンテナ６０８及び６０９にそれぞれ結合された移相器（ＰＳ）回路６１６及び６１８、並びに、受信チェーン上で受信アンテナ６１２及び６１３にそれぞれ結合されたＰＳ回路６２０及び６２２を用いて実施される。送信アンテナ６０８、６０９及び受信アンテナ６１２、６１３の慎重な位相及び振幅較正は、以下により詳細に記載されるように、レーダモジュール６０２に組み込まれた結合器を用いてリアルタイムで行うことができる。他の実施では、較正は、レーダが自車両内に配備される前に行われ、結合器は、除去されてもよい。

[0058] ＰＳ回路６１６、６１８、及び６２０、６２２の使用は、送信アンテナ６０８、６０９及び受信アンテナ６１２、６１３における各素子の位相の別個の制御を可能にする。初期の受動的なアーキテクチャとは異なり、ビームは、能動ビーム形成アンテナを使用して、離散角度に対してだけではなく、ＦｏＶ内のどの角度（すなわち、０°～３６０°）に対してもステアリング可能である。多素子アンテナは、追加のハードウェアコンポーネント、又はアンテナ素子ごとの個々のデジタル処理なしに、単一の送信又は受信チェーンのポートにおいて個々のアンテナ素子を組み合わせること、又は分割することができるアナログビーム形成アーキテクチャと共に使用することができる。さらに、多素子アンテナの柔軟性は、送信及び受信用の狭いビーム幅を可能にする。アンテナビーム幅は、アンテナ素子の数の増加に伴って減少する。狭いビームは、アンテナの指向性を向上させ、大幅により長い検出距離をレーダシステム６００に与える。

[0059] アナログビームステアリングの実施に関する大きな課題は、７７ＧＨｚで動作するようにＰＳを設計することである。ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２は、数ある中でもガリウムヒ素（ＧａＡｓ）材料などの適切な半導体材料を用いて作製された分散バラクタネットワークを用いて実装される反射ＰＳ設計により、この問題を解決する。各ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２は、一連のＰＳを有し、各ＰＳは、アンテナ素子によって送信又は受信される信号に対する０°～３６０°の範囲内の位相シフト値を生成するために、アンテナ素子に結合される。ＰＳ設計は、未来の実施において、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）及びＣＭＯＳなどの他の半導体材料に対して拡張可能であり、それによって、顧客の用途の具体的な要求を満たすためのＰＳコストが下がる。各ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２は、一連の位相シフトをもたらす各ＰＳ回路内のＰＳに一連の電圧を提供するフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）６２６によって制御される。

[0060] ＤＡＣコントローラ６９０は、ＬＮＡ６４０～６４３、増幅器６２３、６２４、６６４、６６６、ＰＳ回路６１６、６１８、６２０、６２２、ドライバ６９０、６９２、６９４、６９６、及び電力増幅器（ＰＡ）６２８～６３１のそれぞれに結合される。幾つかの例では、ＤＡＣコントローラ６９０は、ＦＰＧＡ６２６に結合され、ＦＰＧＡ６２６は、ＬＮＡ６４０～６４３、増幅器６２３、６２４、６６４、６６６、ＰＳ回路６１６、６１８、６２０、６２２、ドライバ６９０、６９２、６９４、６９６、及びＰＡ６２８～６３１にアナログシグナリングを提供するために、デジタルシグナリングをＤＡＣコントローラ６９０に送ることができる。幾つかの実施では、ＤＡＣコントローラ６９０は、合成ネットワーク６４４、６４５及び給電ネットワーク６３４、６３６に結合される。

[0061] 様々な例では、ある特定の位相シフトを生じさせるため、及びビームステアリングを提供するために、アナログ制御信号が、ＤＡＣコントローラ６９０によって、ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２内の各ＰＳに印加される。ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２内のＰＳに印加されるアナログ制御信号は、ＦＰＧＡ６２６のルックアップ表（ＬＵＴ）に保存された電圧値に基づく。これらのＬＵＴは、各動作条件下で、ある特定の位相シフトを生じさせるためにどの電圧を各ＰＳに印加すべきかを決定するアンテナ較正プロセスによって生成される。ＰＳ回路６１６、６１８及び６２０、６２２内のＰＳは、１度未満の非常に高い分解能で位相シフトを生じさせることができる点に留意されたい。この位相に対する制御の向上は、レーダモジュール６０２の送信及び受信アンテナが非常に小さいステップサイズでビームをステアリングすることを可能にし、それによって、小さな角度分解能で、接近して配置されたターゲットを解像するレーダシステム６００の能力が向上する。

[0062] 様々な例では、送信アンテナ６０８、６０９及び受信アンテナ６１２、６１３のそれぞれは、メタ構造アンテナ、位相アレイアンテナ、又はミリメートル波周波数でＲＦ信号を放射可能なその他のアンテナでもよい。本明細書で一般に定義されるメタ構造は、そのジオメトリに基づいて所望の方向で入射放射の制御及び操作が可能な工学された構造である。送信アンテナ６０８、６０９及び受信アンテナ６１２、６１３の様々な構成、形状、設計、及び寸法を用いて、具体的な設計を実装し、及び具体的な制約を満たすことができる。

[0063] レーダモジュール６０２の送信チェーンは、送受信機６０６が、それぞれの偏波の送信アンテナ６０８及び６０９による無線送信の準備を行うためにＲＦ信号を生成することから始まる。ＲＦ信号は、例えば、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）信号でもよい。ＦＭＣＷ信号は、レーダシステム６００が、送信信号と、受信／反射信号又はエコーとの間の位相又は周波数の差を測定することによって、物体までの距離及び物体の速度の両方を決定することを可能にする。ＦＭＣＷ形式の範囲内で、それぞれが利点及び目的を持つ、正弦波、三角波、のこぎり波、矩形波などを含む、使用され得る様々な波形パターンが存在する。

[0064] ＦＭＣＷ信号が送受信機６０６によって生成されると、ＦＭＣＷ信号は、ドライバ６９０及び６９２に供給される。ドライバ６９０及び６９２から、それぞれ給電ネットワーク６３４及び６３６を通して信号が分割及び分配され、これらの給電ネットワークは、入力信号を複数の信号（それぞれ送信アンテナ６０８及び６０９の各素子につき１つずつ）に分割するための電力分割器システムを形成する。給電ネットワーク６３４及び６３６は、電力が信号間で等しく分配されるように、或いは電力が別のスキーム（このスキームでは、分割された信号の全てが同じ電力を受け取るわけではない）に従って分配されるように信号を分割してもよい。次に、給電ネットワーク６３４及び６３６からの各信号が、それぞれＰＳ回路６１６及び６１８に入力され、これらのＰＳ回路では、（マイクロコントローラ６３８の指揮下でＦＰＧＡ６２６によって生成された電圧に対応する）ＤＡＣコントローラ６９０からの制御シグナリングに基づいてＦＭＣＷ信号が位相シフトされ、次に、ＰＡ６２９及び６３０に送信される。信号は、送信アンテナ６０８及び６０９によって放射されるにつれて減衰するため、ＦＭＣＷ信号が物体検出にとって望ましい長距離に到達するためには、信号増幅が必要とされる。ＰＡ６２９及び６３０から、ＦＭＣＷ信号は、送受信機６０６にフィードバックされる較正シグナリングを生成するために、結合器６７８及び６８０にそれぞれ供給される。結合器６７８及び６８０から、ＦＭＣＷ信号は、それぞれの偏波で出射シグナリングを放射するために、送信アンテナ６０８及び６０９を通して送信される。幾つかの実施では、ＰＳ回路６１６は、ＰＡ６２９及び結合器６７８を介して、第１の偏波（例えば、水平偏波）で動作する送信アンテナ６０８に結合され、ＰＳ回路６１８は、ＰＡ６３０及び結合器６８０を介して、第２の偏波（例えば、垂直偏波）で動作する送信アンテナ６０９に結合される。

[0065] 幾つかの例では、送受信機６０６は、ＦＭＣＷ信号をドライバ６９４及び６９６に供給し、次に、これらは、ＰＡ６２８及び６３２へ、そして結合器６７６及び６８２へと供給される。これらの結合器から、ＦＭＣＷ信号は、送信信号のサイドローブ相殺のために、送信ガードアンテナ６０７及び６１０に供給される。

[0066] マイクロコントローラ６３８は、道路状況及び環境状況に基づいた望ましい走査モードに従って、ＰＳ回路６１６、６１８、６２０、及び６２２内のＰＳに対してどの位相シフトを適用すべきかを決定する。マイクロコントローラ６３８は、次の走査において送受信機が適用すべき走査パラメータも決定する。走査パラメータは、処理エンジン６５０の１つの指示で（例えば、知覚エンジン６０４などの指示で）決定され得る。検出される物体に応じて、知覚エンジン６０４は、ＦｏＶのある特定のエリアに焦点を合わせるために、又はビームを異なる方向にステアリングするために、次の走査における走査パラメータを調整するようにマイクロコントローラ６３８に指示することができる。

[0067] 様々な例において、及び以下により詳細に説明するように、レーダシステム６００は、数ある中でも、全走査モード及び選択的走査モードを含む様々なモードの１つで動作する。全走査モードでは、送信アンテナ６０８、６０９及び受信アンテナ６１２、６１３は、小さな漸増ステップで完全なＦｏＶを走査することができる。ステアリング角度に応じたサイドローブの増加により、ＦｏＶは、システムパラメータによって制限され得るけれども、レーダシステム６００は、長距離レーダのかなりのエリアにわたり、物体を検出することができる。視程の両側で走査される角度範囲、及びステアリング角度／位相シフト間のステップサイズは、運転環境に基づいて動的に変化させることができる。都市環境で運転する自律車両（例えば、自車両）の性能を向上させるために、車両、歩行者、又は自転車に乗る人を検出するべく交差点及び縁石をモニタリングし続けるために、走査範囲を拡大することができる。この広い走査範囲は、フレームレート（再訪率）を低下させ得るが、都市環境は一般に低速運転状況を必要とするため、許容可能であると見なされる。フレームレートが重要である高速道路状況の場合、走査範囲を減少させることによって、より高いフレームレートを維持することができる。この場合、長距離ターゲット検出及び追跡には、視程の両側で数度のビーム走査で十分である。

[0068] 選択的走査モードでは、レーダシステム６００は、所望の角度にステアリングし、次に、その角度の周辺を走査することによって、関心のあるエリアの周辺を走査する。これは、レーダシステム６００が、有効な物体を含まないエリアを照らすことで処理又は走査サイクルを無駄にすることなく、関心のあるエリア内の物体を検出することを確実にする。レーダシステム６００は、遠い距離にある（例えば、視程で３００ｍ以上）物体を検出することができるため、道路にカーブがある場合、直接的測定は、役に立つ情報を提供しない。より正確に言えば、レーダシステム６００は、道路の曲率に沿ってステアリングを行い、そのビームを関心のあるエリアに向けてアライメントさせる。様々な例では、選択的走査モードは、送受信機６０６によって生成されるＦＭＣＷ信号のチャープの傾きを変更することによって、及び送信信号の位相を道路の曲率をカバーするのに必要なステアリング角度にシフトすることによって、実施され得る。

[0069] 物体は、レーダシステム６００を用いて、それぞれの偏波の受信アンテナ６１２及び６１３で受信された反射又はエコーによって検出される。次に、受信されたシグナリングが、送受信機６０６からのフィードバック較正シグナリングを使用して、結合器６７２及び６７３に供給される。結合器６７０、６７２～６７４は、受信チェーン信号経路に対するプロービングを可能にし得る。結合器６７２及び６７３から、受信されたシグナリングは、ＬＮＡ６４１及び６４２に供給される。ＬＮＡ６４１及び６４２は、受信アンテナ６１２及び６１３と、ＰＳ回路６２０及び６２２との間に位置付けられ、ＰＳ回路６２０及び６２２は、ＰＳ回路６１６及び６１８内のＰＳに類似したＰＳを含む。受信動作のために、ＰＳ回路６２０及び６２２は、空間構成による放射素子間の受信信号の時間遅延を補償するために、受信アンテナ６１２及び６１３の放射素子間の位相差（phase differential）を生成する。受信位相シフト（アナログビーム形成とも呼ばれる）は、検出物体の場所又は位置を識別するべくエコーをアライメントするために受信信号を合成する。すなわち、位相シフトは、受信アンテナ６１２及び６１３の各放射素子に異なる時間に到着した受信信号をアライメントする。送信チェーン上のＰＳ回路６１６、６１８に類似して、ＰＳ回路６２０、６２２は、所望の位相シフトを生じさせるために制御シグナリングを各ＰＳに提供するＤＡＣコントローラ６９０によって制御される。幾つかの例では、ＦＰＧＡ６２６は、ＰＳ回路６２０、６２２に対する制御シグナリングを生成するために、ＤＡＣコントローラ６９０にバイアス電圧を提供することができる。

[0070] 次に、受信チェーンは、合成ネットワーク６４４及び６４５において、それぞれＰＳ回路６２０及び６２２から供給された信号を合成し、合成ネットワーク６４４及び６４５から、合成信号が、信号増幅のために増幅器６６４及び６６６に伝搬する。次に、増幅された信号が、受信機処理のために送受信機６０６に供給される。図示されるように、合成ネットワーク６４４及び６４５は、複数の合成信号６４６及び６４８を生成することができ、これらの各信号は、それぞれ受信アンテナ６１２及び６１３内の多数の素子からの信号を合成する。一例では、受信アンテナ６１２及び６１３は、それぞれ２つの６４素子クラスタ及び３２素子クラスタに区分化された１２８個の放射素子及び６４個の放射素子を含む。例えば、各クラスタから供給されたシグナリングは、対応する合成ネットワーク（例えば、６４４、６４５）において合成され、別個のＲＦ伝送線で送受信機６０６へと届けられる。この点に関して、合成信号６４６及び６４８のそれぞれは、２つのＲＦ信号を送受信機６０６へと運ぶことができ、各ＲＦ信号は、受信アンテナ６１２及び６１３の６４素子クラスタ及び３２素子クラスタからのシグナリングを合成する。他の例は、所望の構成に応じて、８個、２６個、３４個、又は６２個の素子などを含み得る。アンテナ素子の数が増えるほど、ビーム幅は狭くなる。幾つかの実施では、合成ネットワーク６４４は、第１の偏波（例えば、水平偏波）で動作する受信アンテナ６１２に結合され、合成ネットワーク６４５は、第２の偏波（例えば、垂直偏波）で動作する受信アンテナ６１３に結合される。幾つかの例では、受信ガードアンテナ６１０及び６１４は、受信シグナリングをそれぞれ結合器６７０及び６７４に供給し、次に、これらは、ＬＮＡ６４０及び６４３に供給される。ＬＮＡ６４０及び６４３からのフィルタ処理された信号が、それぞれ増幅器６２３及び６２４に供給され、次に、これらは、受信機処理による受信信号のサイドローブ相殺のために送受信機６０６に供給される。

[0071] 幾つかの実施では、レーダモジュール６０２は、６４素子受信アンテナ６１２及び６１３によって受信された主ビームとは別の放射パターンを生成する受信ガードアンテナ６１０及び６１４を含む。受信ガードアンテナ６１０及び６１４は、物体からのサイドローブの戻りを効果的に排除するために実装される。その目的は、受信ガードアンテナ６１０及び６１４が、サイドローブよりも高い利得を提供し、その結果、それらの排除を可能にすること、又はそれらの存在を大幅に減少させることである。受信ガードアンテナ６１０及び６１４は、サイドローブフィルタとして効果的に機能する。同様に、レーダモジュール６０２は、サイドローブ形成を排除するため、又は送信アンテナ６０８及び６０９による送信機主ビーム形成時に、送信機サイドローブによって生成される利得を減少させるために、送信ガードアンテナ６０７及び６１０を含む。

[0072] 受信信号が送受信機６０６によって受信されると、受信信号は、処理エンジン６５０によって処理される。処理エンジン６５０は、機械学習又はコンピュータビジョン技術を使用した１つ又は複数のニューラルネットワークを用いて、受信信号における物体の検出及び識別を行う知覚エンジン６０４と、レーダシステム６００に関する履歴情報及び他の情報を保存するためのデータベース６５２と、到来角並びに知覚エンジン６０４による物体の検出及び識別のための他の有益な情報を決定するために処理され得るデジタル信号へと送受信機６０６からのアナログ信号を変換するためのアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）モジュールを備えたＤＳＰエンジン６５４と、を含む。１つ又は複数の実施では、ＤＳＰエンジン６５６は、マイクロコントローラ６３８又は送受信機６０６と一体化されてもよい。

[0073] レーダシステム６００は、ＦｏＶを定義する走査エリアの全角度、ビーム幅又は各インクリメンタル送信ビームの走査角度、レーダ信号におけるチャープ数、チャープ時間、チャープの傾き、チャープセグメント時間などの走査パラメータの構成を要望通りに可能にするためのグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）６５８も含む。加えて、レーダシステム６００は、ＦＰＧＡ６２６からの適切な電圧を使用して所望の位相シフトを生じさせることができるように、車両の周りの温度を検知するための温度センサ６６０を備える。ＦＰＧＡ６２６に保存される電圧は、温度条件を含む異なる動作条件下で、アンテナの較正中に決定される。データベース６６２も、レーダシステム６００において、レーダデータ及び他の有用なデータを保存するために使用され得る。

[0074] レーダデータは、方位角、仰角、距離、及び速度などのターゲットから反射された各ＲＦビームによって決定される４次元（４Ｄ）情報に対応したレンジドップラー（ＲＤ：Range-Doppler）マップ情報のセットで整理されてもよい。ＲＤマップは、ＦＭＣＷレーダ信号から抽出されてもよく、レーダ信号のフーリエ解析から雑音及び系統的アーチファクトの両方を含み得る。知覚エンジン６０４は、例えば、送信アンテナ６０８のＭＴＭセルから放射される次のＲＦビームに関するビームパラメータを含むアンテナ制御信号を提供することによって、送信アンテナ６０８及び６０９のさらなる動作を制御する。

[0075] 動作時に、マイクロコントローラ６３８は、ビーム幅、送信角度などの決定されたパラメータを有する、それぞれの偏波のＲＦビームを生成するように送信アンテナ６０８及び６０９を指向させる責任がある。マイクロコントローラ６３８は、例えば、知覚エンジン６０４の指示でパラメータを決定することができ、知覚エンジン６０４は、自車両の経路又は周囲環境内に関心のあるターゲットを識別した際に、ＦｏＶ内の特定のエリアに焦点を合わせることをいつでも決定し得る。マイクロコントローラ６３８は、ＲＦビームの方向、出力、及び他のパラメータを決定し、並びに、様々な方向においてビームステアリングを達成するために送信アンテナ６０８及び６０９を制御する。マイクロコントローラ６３８は、ある特定の位相シフトを達成するために、送信アンテナ６０８及び６０９に結合されたリアクタンス制御機構に印加する電圧行列も決定する。幾つかの例では、送信アンテナ６０８及び６０９は、送信アンテナ６０８及び６０９を構成する個々のＭＴＭセルのリアクタンスパラメータの能動的制御により指向性ビームを送信するように適応する。

[0076] 次に、送信アンテナ６０８及び６０９は、決定されたパラメータを有するＲＦビームを放射する。ＲＦビームは、自車両の経路内及びその周囲（例えば、３６０°の視野内）のターゲットによって反射され、送受信機６０６によって受信される。受信アンテナ６１２及び６１３は、ターゲットの識別のために、受信した４Ｄレーダデータを知覚エンジン６０４に送る。

[0077] 様々な例において、知覚エンジン６０４は、ＦｏＶを表す情報を保存することができる。この情報は、動向を追跡するため、並びに挙動及び交通状況を予測するために使用される履歴データでもよく、又はある瞬間の、或いはある時間窓にわたるＦｏＶを表す即時若しくはリアルタイムデータでもよい。このデータを保存する能力は、知覚エンジン６０４が、ＦｏＶ内の特定の地点又はエリアに戦略的に的を絞った決定を下すことを可能にする。例えば、ＦｏＶは、ある期間（例えば５分）の間、クリアな（例えば、エコーが受信されない）場合があり、その後、１つのエコーがＦｏＶ内の特定の領域から到着し、これは、車の前方を検出することに類似する。それに応じて、知覚エンジン６０４は、より焦点を合わせた、ＦｏＶ内のそのセクター又はエリアのビューのために、ビーム幅を狭めることを決定し得る。次の走査は、ターゲットの長さ又は他の寸法を示してもよく、ターゲットが車両である場合は、知覚エンジン６０４は、どの方向にターゲットが移動しているかを考え、ビームをそのエリアに集束させることができる。同様に、エコーは、鳥などの小さく、及び車両の経路から素早く外れる誤ったターゲットからの場合がある。知覚エンジン６０４に結合されたデータベース６５２は、例えば、異なる条件下で、送信アンテナ６０８及び６０９のどのサブアレイがより良く機能するかに関する情報などの、レーダシステム６００にとって有用なデータを保存することができる。

[0078] 本明細書に記載する様々な例において、自律運転車両におけるレーダシステム６００の使用は、困難な天候状況下でターゲットを確実に検出する方法を提供する。例えば、歴史的に見て、運転速度は視認性の低下と共に減少するため、運転者は、濃い霧の中では、速度を著しく落とすだろう。例えば、制限速度が５１５ｋｍ／ｈであるヨーロッパのハイウェイでは、運転者は、視認性が悪いときは、５０ｋｍ／ｈに速度を落とす必要があるかもしれない。レーダシステム６００を使用して、運転者（又は無人車両）は、天候状況に関係なく、最大安全速度を維持することができる。他の運転者が速度を落としている場合であっても、レーダシステム６００を有効にした車両は、その経路内の上記速度の遅い車両及び障害物を検出し、並びに、それらを回避／避けて運転することができる。

[0079] 加えて、非常に混雑したエリアでは、自律車両が、反応し、及び措置を講じるのに十分間に合うようにターゲットを検出する必要がある。レーダシステムに関して本明細書で提供される例は、反応するのに間に合うようにあらゆるエコーを検出するために、レーダ信号の掃引時間を増加させる。田舎及び走行中に障害物がほとんどない他のエリアでは、知覚エンジン６０４は、ＲＦビームの焦点をより大きなビーム幅に調整し、それによって、エコーがほとんど存在しないエリアのより高速な走査が可能となる。知覚エンジン６０４は、ある特定の時間内に受信されたエコーの数を評価し、及びそれに応じてビームサイズ調整を行うことによって、この状況を検出し得る。ターゲットが検出されると、知覚エンジン６０４は、ビーム焦点の調整の仕方を決定する。これは、送信アンテナ６０８の具体的な構成及び条件を変更することによって達成される。ある例示的状況では、ユニットセルのサブセットがサブアレイとして構成される。この構成は、このセットが単一のユニットとして扱われ得ることを意味し、サブアレイ内の全てのセルが同様に調整される。別の状況では、サブアレイが、異なる数のユニットセルを含むように変更され、サブアレイ内のユニットセルの組み合わせは、レーダシステム６００の条件及び動作を調整するために動的に変更され得る。

[0080] これらの検出状況、解析、及び反応の全ては、データベース６５２内などの知覚エンジン６０４内に保存されてもよく、及び後の解析のため、又は簡略化された反応のために使用されてもよい。例えば、ある特定の時刻に、又は特定のハイウェイ上で受信されたエコーが増加している場合、この情報は、送信アンテナ６０８及び６０９の先を見越した準備及び構成を支援するために、マイクロコントローラ６３８に供給される。加えて、所望の結果を達成するために、より良く機能する幾つかのサブアレイの組み合わせが存在する場合があり、これは、データベース６５２に保存される。

[0081] 図７は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、アンテナ構造７００の例示的スタックアップ構成の分解斜視図を示す。アンテナ構造７００は、図示されるように、ｘ－ｙ－ｚ軸に配向して示される。アンテナ構造７００は、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０、電力及びデジタル層７２０、並びにアンテナ層７４０を含む。しかしながら、図示されたコンポーネントの全てが必要とされるわけではないことがあり、１つ又は複数の実施は、図面に示されないさらなるコンポーネントを含んでもよい。本明細書に記載される請求項の範囲から逸脱することなく、コンポーネントの配置及びタイプのバリエーションを作ることができる。さらなるコンポーネント、異なるコンポーネント、又はより少ないコンポーネントが設けられてもよい。

[0082] 本開示は、アンテナ構造７００が、電力及びデジタル層７２０を通してアンテナ層７４０などの放射アレイに給電する伝送線のアレイを備えた、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０などの統合給電構造を有する構造であるレーダシステムに関して記載される。幾つかの実施では、電力及びデジタル層７２０は、電源及び導電材料内のデジタル論理回路構成に結合された複数の伝送線を含み、アンテナ層７４０は、伝送線に近接したユニットセル放射素子の格子構造である。ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、入力信号を伝送線又は伝送線の一部に提供するための結合モジュールを含んでもよい。幾つかの実施では、結合モジュールは、入力信号を複数の伝送線間で分割する電力分割器回路であり、この電力分割器回路では、電力がＮ個の伝送線間で等しく分配されてもよく、又はＮ個の伝送線が全て同じ信号強度を受け取るわけではないような別のスキームに従って分配されてもよい。

[0083] ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、接地平面層７１２及び信号平面層７１４を含む。信号平面層７１４は、送信動作用の給電ネットワーク、及び受信動作用の合成ネットワークを含み得る。給電ネットワークは、信号増幅のための電力増幅器を含んでもよく、合成ネットワークは、低雑音信号濾過のための低雑音増幅器を含んでもよい。給電ネットワーク及び合成ネットワークのそれぞれは、ビームステアリングのために、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０に含まれる、それぞれの移相器ネットワーク（図示せず）に結合される。

[0084] 幾つかの実施では、信号平面層７１４は、それぞれの偏波の各送信アンテナに対して別個の給電ネットワークと、それぞれの偏波の各受信アンテナに対して別個の合成ネットワークとを含む。この点に関して、水平偏波の送信アンテナは、電力及びデジタル層７２０を含む内側の積層を貫通するビアを用いて第１の給電ネットワークに結合され、垂直偏波の送信アンテナは、対応するビアを通して第２の給電ネットワークに結合される。同様に、水平偏波の受信アンテナは、対応するビアを通して第１の合成ネットワークに結合され、垂直偏波の受信アンテナは、対応するビアを通して第２の合成ネットワークに結合される。他の実施では、２つの偏波に関連付けられた送信アンテナが、共通の給電ネットワークを共有してもよく、２つの偏波に関連付けられた受信アンテナが、共通の合成ネットワークを共有してもよい。

[0085] 幾つかの実施では、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０内の層の１つ又は複数が、高周波回路に適用可能な所定のパラメータ（例えば、低誘電損失）を有するポリテトラフルオロエチレン材料から形成された基板を含み得る。幾つかの例では、ポリテトラフルオロエチレン基板は、温度にわたり熱的安定性及び位相安定性を示すことができ、自動車レーダ及びマイクロ波用途において使用することができる。

[0086] 電力及びデジタル層７２０は、信号平面層７２２、７２６、及び７３０と、接地平面層７２４及び７２８とを含む。信号平面層７２２、７２６、及び７３０は、ＤＣ電源などの電源、及びデジタル論理回路構成を含み得る。給電及び合成層７１４、並びに電力及びデジタル層（例えば、７２２、７２４、７２６、７２８、７３０）のそれぞれは、２つの導電層間に配置された誘電体層を含む。幾つかの例では、導電層及び誘電体層のそれぞれは、所定の厚さ（例えば、誘電体層厚さの場合、２０ｍｍ）を有する。

[0087] アンテナ層７４０は、アンテナ７４２及び接地平面層７４４を含む。アンテナ７４２は、両偏波の受信アンテナと、両偏波の送信アンテナとを含む。アンテナ７４２は、送信されたＲＦ信号又は物体から受け取る反射用の経路を生じさせる多数の放射素子を有する。様々な例において、放射素子は、水平偏波の１２８素子送信アンテナ（及び垂直偏波の６４素子送信アンテナ）、又は垂直偏波の６４素子受信アンテナ（及び水平偏波の１２８素子受信アンテナ）などにおけるアレイ構成のパッチ又はメタ構造である。これは、あらゆるＥＩＲＰ要件を満たすために、方位角で約１°の電力半値ビーム幅（ＨＰＢＷ）、及び仰角で約１．６°のＨＰＢＷを生じさせることができる。幾つかの例では、アンテナ７４２は、スロット素子のアレイを含み得る。他の例では、アンテナ７４２は、パッチアンテナのアレイを含み得る。

[0088] アンテナ層７４０は、本明細書で述べる個々の放射素子から構成されてもよい。アンテナ層７４０は、様々な形を取ることができ、電力及びデジタル層７２０と連携して動作するように設計され、アンテナ層７４０では、個々の放射素子が、電力及びデジタル層７２０内の素子に対応する。本明細書では、「ユニットセル素子（unit cell element）」は、「ＭＴＳユニットセル」又は「ＭＴＳ素子」と呼ばれ、これらの用語は、主題のテクノロジーの範囲から逸脱することなく、本開示全体を通して同義で使用される。ＭＴＳユニットセルは、受信された送信信号がそれから放射されるように、様々な導電構造及びパターンを含む。ＭＴＳユニットセルは、人工材料（自然に存在しない材料を意味する）として機能し得る。各ＭＴＳユニットセルは、幾つかの固有の特性を有する。これらの特性は、負の屈折率をもたらす負の誘電率及び透磁率を含み、これらの構造は、一般に、左手系材料（ＬＨＭ：left-handed material）と呼ばれる。ＬＨＭの使用は、従来の構造及び材料において達成されない挙動を可能にする。ＭＴＳアレイは、それぞれが送信波長よりも小さいユニットセルの周期的配置である。幾つかの例では、各ユニットセル素子は、均一なサイズ及び形状を有するが、代替及び他の実施は、異なるサイズ、形状、構成、及びアレイサイズを取り入れてもよい。

[0089] アンテナ構造７００は、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０の給電ネットワーク若しくは合成ネットワークにおける経路レベルの数、又はアンテナ７４２のパッチアンテナの数に対応するように、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０に埋め込まれた複数のＲＦＩＣを含んでもよい。ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０の信号平面層７１４は、コネクタ（図示せず）を含んでもよく、又はそれに結合されてもよい。幾つかの実施では、アンテナ７４２は、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０の上に作製する代わりに、多数のＲＦサブコンポーネントを含んでもよい。

[0090] ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、０°～３６０°の範囲内のあらゆる所望の位相シフトを達成するために移相器（例えば、位相シフトネットワーク）を含む。幾つかの例では、移相器は、信号が２つのＩ信号及びＱ信号に分割され、並びに、Ｉ信号とＱ信号の比率を変更し、及びそれらを合成することによって、信号の位相が変化するＩＱ復調器でもよい。他の実施では、移相器は、デジタルビーム形成器でもよく、これは、複数のビームを使用してシステム性能を向上させるために、アンテナによって放射又は受信される異なる位相の複数のデジタル信号を提供することができる。この点に関して、移相器は、アンテナ素子間に配置される給電ネットワークを除いて、アンテナ素子への接続を有し得る。ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０からアンテナ層７４０への遷移を含み得る。幾つかの実施では、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、制御回路を含む。

[0091] 幾つかの実施では、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０は、送信信号がアンテナ層７４０のパッチアンテナから放射するときに、送信信号の位相を制御するために、マイクロコントローラ４３８（図４）によって制御されるリアクタンス制御機構（例えば、移相器ＲＦＩＣ）を含む。幾つかの実施では、マイクロコントローラ４３８は、ある特定の位相シフト又は他のアンテナパラメータを達成するためにリアクタンス制御機構に印加する電圧行列を決定する。

[0092] 送信信号が、同軸ケーブル又は他のコネクタなどを通してアンテナ構造７００に提供されると、送信信号は、ＲＦＩＣ及び給電／合成層７１０を通って、電力及びデジタル層７２０へと伝搬し、送信信号は、電力及びデジタル層７２０を通って、空中伝送のためにアンテナ層７４０へと放射される。伝送線は、様々な部分（第１の部分は、同軸ケーブル又は他の供給構造などから入力として送信信号を受け取る）を有してもよく、送信信号は、位相シフトネットワーク（又はリアクタンス制御機構）に給電する複数の伝送線をもたらす統合給電形式ネットワークによって送信信号を分割するために基板部分を横断する。位相シフトネットワークは、１つ又は複数の移相器を有する複数の位相制御素子を含む。送信信号は、これらの位相制御素子を通して、ＭＴＳ素子のアレイを含み得るアンテナ層７４０へと放射される。ＭＴＳ素子のアレイの制御は、有向信号又はビーム形成をもたらす。

[0093] 図８は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、二重偏波の放射ビームを生成する送信アンテナ及び受信アンテナを有するレーダアンテナ８００の一例の模式図を示す。レーダアンテナ８００は、第１の受信アレイ８１０、第２の受信アレイ８２０、第１の送信アレイ８３０、及び第２の送信アレイ８４０を含む。

[0094] 第１の受信アレイ８１０は、ｚ方向に向けられた垂直偏波を有する受信ビーム８１２を生成し、ここでは、第１の受信アレイ８１０の個々のユニットセルにつながれた位相シフト素子が、入射信号の位相を変更し、それによってＵ軸（又は方位角方向）に走査を行うために、位相シフトを適用する。図示した受信ビーム８１２は、第１の受信アレイ８１０の受信エリア（つまり、第１の受信アレイ８１０がそのエリア内の物体を検出できるということである）を識別する。

[0095] 第１の送信アレイ８３０は、ｚ方向に向けられた水平偏波を有する放射ビーム８３２を生成し、ここでは、第１の送信アレイ８３０の個々のユニットセルに結合された位相シフト素子が、放射信号の位相を変更し、それによってＵ軸（又は方位角方向）に走査を行う。図示した放射ビーム８３２は、第１の送信アレイ８３０の送信エリア（つまり、第１の送信アレイ８３０がそのエリア内の物体を照らすために使用されるということである）を識別する。

[0096] 第２の受信アレイ８２０は、ｚ方向に向けられた水平偏波を有する受信ビーム８２２を生成し、ここでは、第２の受信アレイ８２０の個々のユニットセルに結合された位相シフト素子が、放射信号の位相を変更し、それによってＶ軸（又は仰角方向）に走査を行う。図示した放射ビーム８２２は、第２の受信アレイ８２０の受信エリア（つまり、第２の受信アレイ８２０がそのエリア内の物体を検出できるということである）を識別する。

[0097] 第２の送信アレイ８４０は、ｚ方向に向けられた垂直偏波を有する放射ビーム８４２を生成し、ここでは、第２の送信アレイ８４０の個々のユニットセルにつながれた位相シフト素子が、放射信号の位相を変更し、それによってＶ軸（又は仰角方向）に走査を行う。図示した放射ビーム８４２は、第２の送信アレイ８４０の送信エリア（つまり、第２の送信アレイ８４０がそのエリア内の物体を照らすために使用されるということである）を識別する。

[0098] 受信アレイ８１０及び送信アレイ８４０が、Ｖ軸角度範囲及びＵ軸角度範囲をそれぞれ走査する際に、Ｕ－Ｖドメインにおいてオーバーラップ領域を有するように、アレイ８１０及び８４０は、ｚ方向に向けられる。幾つかの例では、第１の受信アレイ８１０及び第２の受信アレイ８２０は、二重偏波にされ、ここでは、粗いビームが、方位角面及び仰角面における迅速な１Ｄ走査のために同一平面を照らすことができるように、同じ偏波の受信アレイ及び送信アレイが、同一平面内で扇形ビームを提供するようにグループ化され得る。

[0099] 図９は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、アンテナアレイシステムを用いた直交アンテナ選択の２次元ビーム走査のプロット図９００を示す。アンテナアレイシステムは、直交軸上のビーム形成のステアリングを可能にし、ここでは、ビーム形成パターンの交差が、本明細書では人工指向性（artificial directivity）又は有効指向性（effective directivity）と呼ばれる指向性を有する。送信パターンが、水平又は方位角軸などの第１の軸上にあり、及び受信パターンが、垂直又は仰角軸などの、第１の軸に直交する第２の軸上にある、そのようなシステムでは、パターンの交差は、水平ビームが垂直ビームと交差する、人工的に改良された指向性を提供する。

[0100] プロット図９００は、扇形ビームを用いて走査する、Ｖ軸の第１の送信走査９０２、及び扇形ビームを用いて走査する、Ｕ軸の第１の受信走査９０４（共に、水平偏波）を描く。この点に関して、Ｕ軸走査は、ＲＸ扇形ビームによって行われ、Ｖ軸走査は、ＴＸ扇形ビームによって行われる。レーダリンクは、ＲＸ放射パターン及びＴＸ放射パターンが乗算されるときに、Ｕ－Ｖ走査を有し得る。

[0101] 送信アンテナは、第１の方向（ここでは、ｚ方向と呼ばれる）に送信を行い、ｘ方向の水平又は方位角にわたり走査を行う。受信アンテナは、ｚ方向に向けられ、ｙ方向の垂直又は仰角に走査を行う。各アンテナセット及び個々のアンテナは、関連付けられた放射ビーム形成を有する。これらのビーム形成が交わること又は交差することができる場所が、アンテナシステムの能動開口である。したがって、能動開口は、独自のビーム幅及び高さを有する複数のビームの組み合わせである。例えば、第１の送信走査９０２を行っている送信アンテナ、及び第１の受信走査９０４を行っている受信アンテナは、能動開口９０６を形成する。

[0102] プロット図９００は、扇形ビームを用いて走査する、Ｕ軸の第２の送信走査９１４、及び扇形ビームを用いて走査する、Ｖ軸の第２の受信走査９１２（共に、垂直偏波）も描く。同様に、第２の送信走査９１４を行っている送信アンテナ、及び第２の受信走査９１２を行っている送信アンテナは、能動開口９１６を形成する。

[0103] 図１０は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、主ローブレベル及びサイドローブレベルを有する２次元ビーム走査のプロット図１０００を示す。プロット図１０００は、Ｖ軸の水平偏波を有する送信機ビームに関連する主ローブ走査１００４（「ＴＸ主ローブ」と表現される）並びにサイドローブ走査１００２及び１００６（「ＴＸサイドローブ」と表現される）と、Ｕ軸の水平偏波を有する受信機ビームに関連する主ローブ走査１０１４（「ＲＸ主ローブ」と表現される）並びにサイドローブ走査１０１２及び１０１６（「ＲＸサイドローブ」と表現される）とを描く。主ローブ走査１００４と１０１４の交差は、能動開口１０２０（「ＭＭ」と表現される）を形成する。ＲＸサイドローブ（例えば、１０１２及び１０１６）とのＴＸ主ローブ（例えば１００４）の他の交差は、「ＭＳ」と表現される交差を形成する。同様に、ＴＸサイドローブ（例えば、１００２及び１００６）とのＲＸ主ローブ（例えば１０１４）の他の交差は、「ＳＭ」と表現される交差を形成する。ＲＸ及びＴＸ両方のサイドローブ走査間の残りの交差は、「ＳＳ」と表現される。幾つかの実施では、ＳＭ交差及びＭＳ交差は、－３０ｄＢの利得をもたらすＭＭに正規化され、ＳＳ交差も－６０ｄＢの利得をもたらすＭＭに正規化される。

[0104] 図１１は、主題のテクノロジーの幾つかの実施に従った、複数の周波数チャープを有する２次元ビーム走査のプロット図１１００を示す。プロット図１１００は、複数の周波数（「ｆ０～ｆ９」と表現される）にわたるＶ軸の送信走査１１１０と、Ｕ軸の受信走査１１２０とを描く。この点に関して、送信走査１１１０は、水平偏波と同時に送信される複数の周波数チャープを表す。幾つかの例では、チャープ数は、信号対雑音比（ＳＮＲ）の向上に役立ち得る。この点に関して、チャープ数は、アンテナシステム性能の低下を犠牲にして、ＳＮＲを向上させるために変更され得る。受信走査１１２０は、特定の周波数（例えば、ｆ０～ｆ９）で送信走査１１１０と交差し、それによって、複数の周波数に及ぶ能動開口を形成すること、及びその結果、アンテナアレイシステムの走査能力の向上を提供することができる。上記の通り、Ｖ軸における複数の周波数チャープを有する送信走査は、約１００Ｈｚの走査速度で動作することができ、Ｕ軸の受信走査は、約１０ｋＨｚの走査速度で動作することができる。幾つかの実施では、より高度なビーム形成器及び送受信機を用いて、周波数ｆ０～ｆ９は、直交符号、マルチビームなどを含む、任意のタイプの直交信号でもよい。

[0105] 図１２は、様々な実施に従った、アンテナ構造を動作させる方法Ｓ１２００のフローチャートを示す。方法Ｓ１２００は、ステップＳ１２１０において、送信アレイによって、第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度でアンテナ構造の第１の軸に沿って視野を走査することを含む。方法Ｓ１２００は、ステップＳ１２２０において、受信アレイによって、第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で、第１の軸に直交するアンテナ構造の第２の軸に沿って視野を走査するために、第１の偏波の戻りＲＦビームを受信することを含む。方法Ｓ１２００の様々な実施形態において、受信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の受信アンテナと、第１の偏波に直交する第２の偏波に関連付けられた第２の複数の受信アンテナとを含み、送信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の送信アンテナと、第２の偏波に関連付けられた第２の複数の送信アンテナとを含む。様々な実施形態において、第１の複数の受信アンテナは、第１の複数の送信アンテナに直交して配置され、第２の複数の受信アンテナは、第２の複数の送信アンテナに直交して配置される。様々な実施形態において、第１の軸は、方位角寸法に対応し、第２の軸は、仰角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも大きい。様々な実施形態において、第１の軸は、仰角寸法に対応し、第２の軸は、方位角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも小さい。

[0106] 様々な実施形態において、方法Ｓ１２００は、ステップＳ１２３０において、受信アレイ及び送信アレイに結合された送受信機により、送信アレイによる送信のための送信信号を生成することを含む。方法Ｓ１２００は、ステップＳ１２４０において、受信アレイによって受信される戻り信号を送受信機により処理することを含む。様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、送受信機と第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークとをさらに含み、第２の給電ネットワークは、第１の給電ネットワークとは無関係である。

[0107] ステップＳ１２５０では、方法Ｓ１２００は、送受信機に結合されたアンテナコントローラにより、第１の方向に角度を走査するように送信アレイを調整することを含む。ステップＳ１２６０では、方法Ｓ１２００は、アンテナコントローラにより、第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように受信アレイを調整することを含む。

[0108] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、送受信機と第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークとをさらに含み、第２の合成ネットワークは、第１の合成ネットワークとは無関係である。

[0109] 様々な実施形態に従って、アンテナシステムが開示される。アンテナシステムは、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイと、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイと、受信アレイ及び送信アレイに結合された送受信機であって、送信アレイによる送信のための送信信号を生成し、及び受信アレイにより受信された受信戻り信号を処理するように構成された送受信機と、送受信機に結合され、並びに、第１の方向に角度を走査するように送信アレイを調整し、及び第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように受信アレイを調整するように構成されたアンテナコントローラと、を含む。

[0110] アンテナシステムの様々な実施形態では、受信アレイは、第２の軸に沿って配置され、及び第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第１の複数の受信アンテナと、第１の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波に直交する第２の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第２の複数の受信アンテナと、を含む。アンテナシステムの様々な実施形態において、送信アレイは、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波のＲＦビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された第１の複数の送信アンテナと、第２の軸に沿って配置され、及び第２の偏波のＲＦビームを用いて第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するように構成された第２の複数の送信アンテナと、を含む。

[0111] 様々な実施形態において、第１の軸は、方位角寸法に対応し、第２の軸は、仰角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも大きい。様々な実施形態において、第１の軸は、仰角寸法に対応し、第２の軸は、方位角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも小さい。

[0112] 様々な実施形態において、アンテナシステムは、送受信機と第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、送受信機と第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークとをさらに含み、第２の給電ネットワークは、第１の給電ネットワークとは無関係である。様々な実施形態において、アンテナシステムは、送受信機と第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、送受信機と第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークとをさらに含み、第２の合成ネットワークは、第１の合成ネットワークとは無関係である。

[0113] 様々な実施形態に従って、アンテナ構造を動作させる方法が開示される。本方法は、送信アレイによって、第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度でアンテナ構造の第１の軸に沿って視野を走査することと、受信アレイによって、第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で、第１の軸に直交するアンテナ構造の第２の軸に沿って視野を走査するために、第１の偏波の戻りＲＦビームを受信することと、受信アレイ及び送信アレイに結合された送受信機により、送信アレイによる送信のための送信信号を生成することと、受信アレイによって受信される受信戻り信号を送受信機により処理することと、送受信機に結合されたアンテナコントローラにより、第１の方向に角度を走査するように送信アレイを調整することと、アンテナコントローラにより、第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように受信アレイを調整することと、を含む。

[0114] 本方法の様々な実施形態において、受信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の受信アンテナと、第１の偏波に直交する第２の偏波に関連付けられた第２の複数の受信アンテナとを含み、送信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の送信アンテナと、第２の偏波に関連付けられた第２の複数の送信アンテナとを含む。

[0115] 様々な実施形態において、第１の複数の受信アンテナは、第１の複数の送信アンテナに直交して配置され、第２の複数の受信アンテナは、第２の複数の送信アンテナに直交して配置される。様々な実施形態において、第１の軸は、方位角寸法に対応し、第２の軸は、仰角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも大きい。様々な実施形態において、第１の軸は、仰角寸法に対応し、第２の軸は、方位角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも小さい。

[0116] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の送信アンテナとの間を結合するように構成された第１の給電ネットワークと、送受信機と第２の複数の送信アンテナとの間を結合するように構成された第２の給電ネットワークとをさらに含み、第２の給電ネットワークは、第１の給電ネットワークとは無関係である。

[0117] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の受信アンテナとの間を結合するように構成された第１の合成ネットワークと、送受信機と第２の複数の受信アンテナとの間を結合するように構成された第２の合成ネットワークとをさらに含み、第２の合成ネットワークは、第１の合成ネットワークとは無関係である。

[0118] 様々な実施形態に従って、アンテナ構造が開示される。アンテナ構造は、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイを含み、送信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の送信アンテナと、第２の偏波に関連付けられた第２の複数の送信アンテナとを含む。アンテナ構造は、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイも含み、受信アレイは、第１の偏波に関連付けられた第１の複数の受信アンテナと、第１の偏波に直交する第２の偏波に関連付けられた第２の複数の受信アンテナとを含む。

[0119] アンテナ構造の様々な実施形態において、第１の複数の受信アンテナは、第１の複数の送信アンテナに直交して配置され、第２の複数の受信アンテナは、第２の複数の送信アンテナに直交して配置される。様々な実施形態において、第１の軸は、方位角寸法に対応し、第２の軸は、仰角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも大きい。様々な実施形態において、第１の軸は、仰角寸法に対応し、第２の軸は、方位角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも小さい。

[0120] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、受信アレイ及び送信アレイに結合された送受信機であって、送信アレイによる送信のための送信信号を生成し、及び受信アレイにより受信された受信戻り信号を処理するように構成された送受信機と、送受信機に結合され、並びに、第１の方向に角度を走査するように送信アレイを調整し、及び第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように受信アレイを調整するように構成されたアンテナコントローラと、をさらに含む。

[0121] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の送信アンテナとの間を結合するように構成された第１の給電ネットワークと、送受信機と第２の複数の送信アンテナとの間を結合するように構成された第２の給電ネットワークとをさらに含み、第２の給電ネットワークは、第１の給電ネットワークとは無関係である。

[0122] 様々な実施形態において、アンテナ構造は、送受信機と第１の複数の受信アンテナとの間を結合するように構成された第１の合成ネットワークと、送受信機と第２の複数の受信アンテナとの間を結合するように構成された第２の合成ネットワークとをさらに含み、第２の合成ネットワークは、第１の合成ネットワークとは無関係である。

[0123] 様々な実施形態に従って、２次元走査用のレーダシステムが開示される。レーダシステムは、１つ又は複数の位相制御素子を使用して複数の方向にアナログビーム形成アンテナを用いて送信信号を放射し、及び受信戻り信号から周囲環境を捕捉するレーダデータを生成するように構成されたアンテナモジュールであって、アンテナモジュールが、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイと、第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイと、を含む、アンテナモジュールと、レーダデータから周囲環境内のターゲットの検出及び識別を行うように構成された知覚モジュールとを含む。

[0124] レーダシステムの様々な実施形態では、受信アレイは、第２の軸に沿って配置され、及び第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第１の複数の受信アンテナと、第１の軸に沿って配置され、及び第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するために第１の偏波に直交する第２の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第２の複数の受信アンテナと、を含む。レーダシステムの様々な実施形態において、送信アレイは、第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波のＲＦビームを用いて第１の走査速度で第１の軸に沿って視野を走査するように構成された第１の複数の送信アンテナと、第２の軸に沿って配置され、及び第２の偏波のＲＦビームを用いて第２の走査速度で第２の軸に沿って視野を走査するように構成された第２の複数の送信アンテナと、を含む。

[0125] 様々な実施形態において、第１の軸は、方位角寸法に対応し、第２の軸は、仰角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも大きい。様々な実施形態において、第１の軸は、仰角寸法に対応し、第２の軸は、方位角寸法に対応し、第２の走査速度は、第１の走査速度よりも小さい。

[0126] 様々な実施形態において、レーダシステムは、送受信機と第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、送受信機と第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークとをさらに含み、第２の給電ネットワークは、第１の給電ネットワークとは無関係である。様々な実施形態において、レーダシステムは、送受信機と第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、送受信機と第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークとをさらに含み、第２の合成ネットワークは、第１の合成ネットワークとは無関係である。

[0127] 本開示全体を通して記載されるように、レーダシステムは、様々な実施形態に従って、アンテナシステム又はアンテナ構造と呼ぶことができる。様々な実施形態において、レーダシステム、アンテナシステム、又はアンテナは、車両ナンバープレートフレーム又はナンバープレートフレームに一体化されてもよく、又は含まれてもよい。

[0128] 開示した例の先述の説明は、当業者が本開示を製造又は使用することを可能にするために提供されることも理解される。これらの例に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書において定義される一般的原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の例に適用され得る。したがって、本開示は、本明細書に示される例に限定されることは意図されず、本明細書に開示される原理及び新規の特徴に一致した最も広い範囲が与えられるものとする。

[0129] 本明細書において、一連の項目の何れかを分離するように「及び（and）」又は「又は（or）」という用語を用いた、これらの項目に先行する「～の少なくとも１つ（at least one of）」というフレーズは、リストの各要素（すなわち、各項目）ではなく、全体としてリストを修飾する。「～の少なくとも１つ」というフレーズは、少なくとも１つの項目の選択を必要とせず、より正確に言えば、このフレーズは、項目の何れか１つの少なくとも１つ、及び／又は項目の任意の組み合わせの少なくとも１つ、及び／又は項目のそれぞれの少なくとも１つを含む意味を認める。例として、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ（at least one of A, B, and C）」又は「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ（at least one of A, B, or C）」というフレーズはそれぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、若しくはＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組み合わせ、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣのそれぞれの少なくとも１つを意味する。

[0130] さらに、「含む（include）」又は「有する（have）」などの用語が発明の詳細な説明又は特許請求の範囲で使用される限りにおいて、このような用語は、「含む（comprise）」という用語が、請求項の移行語として使用された場合に解釈されるように、「含む（comprise）」と同様に包括的であることが意図される。

[0131] 単数形の要素に対する言及は、具体的な記載のない限り、「唯一の（one and only one）」を意味することは意図されず、「１つ又は複数の（one or more）」を意味する。「幾つかの（some）」という用語は、１つ以上を意味する。下線が引かれた及び／又はイタリック体の見出し及び小見出しは、便宜上使用されているだけであり、主題のテクノロジーを限定せず、主題のテクノロジーの説明の解釈に関連して参照されるものではない。当業者には知られている、又は後に知られるようになる、本開示全体を通して記載される様々な構成の要素に対する全ての構造的及び機能的均等物は、本明細書に明白に援用され、主題のテクノロジーによって包含されることが意図される。また、本明細書に開示された何れも、そのような開示が上記の説明で明示的に記載されるかどうかにかかわらず、公衆に捧げられることは意図されていない。

[0132] 本明細書は、多数の詳細を含むが、これらは、請求され得るものの範囲に対する限定と解釈されるものではなく、主題の特定の実施の説明と解釈されるものである。別々の実施の文脈で本明細書に記載された特定の特徴は、単一の実施で組み合わせて実装されることも可能である。逆に、単一の実施の文脈で記載された様々な特徴は、複数の実施において別々に、又は任意の適切なサブコンビネーションで実装されることも可能である。また、特徴は、特定の組み合わせで作用するとして上記に記載されている場合があり、初めにそのようなものとして請求されている場合さえあるかもしれないが、請求された組み合わせからの１つ又は複数の特徴は、場合によっては、その組み合わせから削除することができ、請求された組み合わせは、サブコンビネーション、又はサブコンビネーションのバリエーションに向けられ得る。

[0133] 本明細書の主題は、特定の局面の観点から説明したが、他の局面が実装されてもよく、それらは、以下の請求項の範囲内である。例えば、図面において、動作は、特定の順序で示されているが、これは、望ましい結果を実現するために、そのような動作が、図示された特定の順序で、若しくは順番に行われること、又は全ての図示された動作が行われることを必要とすると理解されるべきものではない。請求項に記載されるアクションは、異なる順序で行うことができ、それでもなお、望ましい結果を実現することができる。一例として、添付の図面に示されたプロセスは、望ましい結果を実現するために、図示された特定の順序又は順番を必ずしも必要としない。また、上記の局面における様々なシステムコンポーネントの分離は、全ての局面においてそのような分離を必要とすると理解されるべきものではなく、記載されたプログラムコンポーネント及びシステムが、一般に、単一のハードウェア製品において一体化され得ること、又は複数のハードウェア製品にパッケージ化され得ることが理解されるものとする。他のバリエーションは、以下の請求項の範囲内である。

Claims (20)

1. 第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で前記第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイと、
   前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び前記第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で前記第２の軸に沿って前記視野を走査するために前記第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイと、
   前記受信アレイ及び前記送信アレイに結合された送受信機であって、前記送信アレイによる送信のための送信信号を生成し、及び前記受信アレイにより受信された受信戻り信号を処理するように構成された送受信機と、
   前記送受信機に結合され、並びに、第１の方向に角度を走査するように前記送信アレイを調整し、及び前記第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように前記受信アレイを調整するように構成されたアンテナコントローラと、
   を含む、アンテナシステム。
2. 前記受信アレイが、
   前記第２の軸に沿って配置され、及び前記第２の走査速度で前記第２の軸に沿って前記視野を走査するために前記第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第１の複数の受信アンテナと、
   前記第１の軸に沿って配置され、及び前記第１の走査速度で前記第１の軸に沿って前記視野を走査するために前記第１の偏波に直交する第２の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された第２の複数の受信アンテナと、
   を含み、
   前記送信アレイが、
   前記第１の軸に沿って配置され、及び前記第１の偏波の前記ＲＦビームを用いて前記第１の走査速度で前記第１の軸に沿って前記視野を走査するように構成された第１の複数の送信アンテナと、
   前記第２の軸に沿って配置され、及び前記第２の偏波の前記ＲＦビームを用いて前記第２の走査速度で前記第２の軸に沿って前記視野を走査するように構成された第２の複数の送信アンテナと、
   を含む、請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記第１の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも大きい、請求項２に記載のアンテナシステム。
4. 前記第１の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも小さい、請求項２に記載のアンテナシステム。
5. 前記送受信機と前記第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、前記送受信機と前記第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークとをさらに含み、前記第２の給電ネットワークが、前記第１の給電ネットワークとは無関係である、請求項２に記載のアンテナシステム。
6. 前記送受信機と前記第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、前記送受信機と前記第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークとをさらに含み、前記第２の合成ネットワークが、前記第１の合成ネットワークとは無関係である、請求項２に記載のアンテナシステム。
7. アンテナ構造を動作させる方法であって、
   送信アレイによって、第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で前記アンテナ構造の第１の軸に沿って視野を走査することと、
   受信アレイによって、前記第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で、前記第１の軸に直交する前記アンテナ構造の第２の軸に沿って前記視野を走査するために、前記第１の偏波の戻りＲＦビームを受信することと、
   前記受信アレイ及び前記送信アレイに結合された送受信機により、前記送信アレイによる送信のための送信信号を生成することと、
   前記受信アレイによって受信される戻り信号を前記送受信機により処理することと、
   前記送受信機に結合されたアンテナコントローラにより、第１の方向に角度を走査するように前記送信アレイを調整することと、
   前記アンテナコントローラにより、前記第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように前記受信アレイを調整することと、
   を含む、方法。
8. 前記受信アレイが、前記第１の偏波に関連付けられた第１の複数の受信アンテナと、前記第１の偏波に直交する第２の偏波に関連付けられた第２の複数の受信アンテナとを含み、
   前記送信アレイが、前記第１の偏波に関連付けられた第１の複数の送信アンテナと、前記第２の偏波に関連付けられた第２の複数の送信アンテナとを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の複数の受信アンテナが、前記第１の複数の送信アンテナに直交して配置され、前記第２の複数の受信アンテナが、前記第２の複数の送信アンテナに直交して配置される、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも大きい、請求項８に記載の方法。
11. 前記第１の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも小さい、請求項７に記載の方法。
12. 前記アンテナ構造が、
    前記送受信機と前記第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、
    前記送受信機と前記第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークと、をさらに含み、前記第２の給電ネットワークが、前記第１の給電ネットワークとは無関係である、請求項８に記載の方法。
13. 前記アンテナ構造が、
    前記送受信機と前記第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、
    前記送受信機と前記第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークとをさらに含み、前記第２の合成ネットワークが、前記第１の合成ネットワークとは無関係である、請求項８に記載の方法。
14. アンテナ構造であって、
    第１の軸に沿って配置され、及び第１の偏波の無線周波数（ＲＦ）ビームを用いて第１の走査速度で前記第１の軸に沿って視野を走査するように構成された送信アレイであって、
    前記送信アレイが、前記第１の偏波に関連付けられた第１の複数の送信アンテナと、前記第２の偏波に関連付けられた第２の複数の送信アンテナと、を含む、
    送信アレイと、
    前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って配置され、及び前記第１の走査速度とは異なる第２の走査速度で前記第２の軸に沿って前記視野を走査するために前記第１の偏波の戻りＲＦビームを受信するように構成された受信アレイであって、
    前記受信アレイが、前記第１の偏波に関連付けられた第１の複数の受信アンテナと、前記第１の偏波に直交する第２の偏波に関連付けられた第２の複数の受信アンテナと、を含む、
    受信アレイと、を含む、アンテナ構造。
15. 前記第１の複数の受信アンテナが、前記第１の複数の送信アンテナに直交して配置され、前記第２の複数の受信アンテナが、前記第２の複数の送信アンテナに直交して配置される、請求項１４に記載のアンテナ構造。
16. 前記第１の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも大きい、請求項１４に記載のアンテナ構造。
17. 前記第１の軸が、仰角寸法に対応し、前記第２の軸が、方位角寸法に対応し、前記第２の走査速度が、前記第１の走査速度よりも小さい、請求項１４に記載のアンテナ構造。
18. 前記受信アレイ及び前記送信アレイに結合された送受信機であって、前記送信アレイによる送信のための送信信号を生成し、及び前記受信アレイにより受信された受信戻り信号を処理するように構成された送受信機と、
    前記送受信機に結合され、並びに、第１の方向に角度を走査するように前記送信アレイを調整し、及び前記第１の方向に直交する第２の方向に角度を走査するように前記受信アレイを調整するように構成されたアンテナコントローラと、
    をさらに含む、請求項１４に記載のアンテナ構造。
19. 前記送受信機と前記第１の複数の送信アンテナとの間に結合された第１の給電ネットワークと、
    前記送受信機と前記第２の複数の送信アンテナとの間に結合された第２の給電ネットワークと、をさらに含み、前記第２の給電ネットワークが、前記第１の給電ネットワークとは無関係である、請求項１８に記載のアンテナ構造。
20. 前記送受信機と前記第１の複数の受信アンテナとの間に結合された第１の合成ネットワークと、
    前記送受信機と前記第２の複数の受信アンテナとの間に結合された第２の合成ネットワークと、をさらに含み、前記第２の合成ネットワークが、前記第１の合成ネットワークとは無関係である、請求項１８に記載のアンテナ構造。

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