JP2023509575A - ２次元ビームスキャニングを有するリフレクトアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

本明細書において開示されている例は、第１偏向においては反射表面として動作し第２偏向においては透明表面として動作する偏向グリッドを有する第１リフレクトアレイを含む２次元ビームスキャニングを有するリフレクトアレイアンテナシステムに関する。リフレクトアレイアンテナシステムは、リフレクトアレイセルのアレイを有し第１リフレクトアレイに平行に構成された第２リフレクトアレイを含む。第２リフレクトアレイは、第１及び第２軸に沿って視野をスキャニングするように、第１軸に沿って構成されたフィード要素の第１の組及び第１軸に直交する第２軸に沿って構成されたフィード要素の第２の組を含む。第２リフレクトアレイは、偏向グリッドにおける反射のためにフィード要素の第１及び第２の組によって第１偏向における高周波（ＲＥ）ビームを放射することが可能であり、偏向グリッドを通じた透過のために第２偏向における反射ＲＥビームを放射することができる。

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０２０年１月８日付けで出願された「Reflectarray Antenna With Two-Dimensional Beam Scanning」という名称を有する米国仮特許出願第６２／９５８，５７５号の優先権を主張するものであり、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。

背景
[0001] フェーズドアレイアンテナは、いくつかのアンテナ要素からの信号を組み合わせると共にそれぞれの要素の位相及び振幅を制御することにより、放射パターンを形成している。アンテナ又は放射要素は、アレイ又はサブアレイとして構成されており、通常は、その他のものに加えて、パッチアンテナ構成、ダイポール、又は磁気ループとしてのパッチを含む。それぞれの放射要素の間の相対位相は、それぞれの要素に結合された位相シフタを利用することにより、固定又は調節することができる。アンテナによって生成されるビームの方向は、個々の要素の位相を変更することにより、制御されている。

図面の簡単な説明
[0002] 本出願については、添付図面との関連において提供されている以下の詳細な説明との関連において更に十分に理解することができるが、添付図面は、正確な縮尺で描かれてはおらず、添付図面においては、同一の参照符号がその全体を通じて同一の部分を参照する。

[0003]主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイ構成の断面図を示す。 [0004]主題技術のいくつかの実装形態による図１Ａのリフレクトアレイ構成の例示用の積層構成の分解斜視図を示す。 [0005]主題技術の様々な実装形態による第１リフレクトアレイセルレイアウト及び第１フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層の平面図の概略図を示す。 [0006]主題技術の様々な実装形態による第１リフレクトアレイセルレイアウト及び第２フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層の別の例の平面図の概略図を示す。 [0007]主題技術の様々な実装形態による第２リフレクトアレイセルレイアウト及び第１フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層の平面図の概略図を示す。 [0008]主題技術の様々な実装形態による第２リフレクトアレイセルレイアウト及び第２フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層の別の例の平面図の概略図を示す。 [0009]主題技術の様々な実装形態による第１偏向レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成における偏向グリッド層の平面図の概略図を示す。 [0010]主題技術の様々な実装形態による第２偏向レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成における偏向グリッド層の別の例の平面図の概略図を示す。 [0011]主題技術の様々な実装形態による様々なセル構成を有するリフレクトアレイアンテナの概略図を示す。 [0012]主題技術の様々な実装形態によるアンテナシステムの概略図を示す。 [0013]主題技術の様々な実装形態による自車両用の自律運転システムの概略図を示す。 [0014]主題技術の１つ又は複数の実装形態によるレーダーシステムが実装され得る例示用のネットワーク環境を示す。 [0015]主題技術の様々な実装形態による自律車両内のビーム操向レーダーが物体を検出及び識別するために使用される例示用の環境を示す。 [0016]主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナが無線通信を改善するために配備される環境を示す。

詳細な説明
[0017] 本開示は、第１偏向においては反射表面として動作し第２偏向においては透明表面として動作する偏向グリッドを有する第１リフレクトアレイを含む２次元ビームスキャニングを有するリフレクトアレイアンテナシステムを提供している。リフレクトアレイアンテナシステムは、リフレクトアレイセルのアレイを有し第１リフレクトアレイに対して平行に構成された第２リフレクトアレイを含む。第２リフレクトアレイは、第１及び第２軸に沿って視野をスキャニングするために第１軸に沿って構成されたフィード要素の第１の組及び第１軸に直交する第２軸に沿って構成されたフィード要素の第２の組を含む。第２リフレクトアレイは、偏向グリッドにおける反射のためにフィード要素の第１及び第２の組によって第１偏向における高周波（ＲＦ）ビームを放射することが可能であり、偏向グリッドを通じた送信のために第２偏向における反射ＲＦビームを放射することができる。

[0018] 本発明は、信号をアンテナに供給するための複雑なフィードネットワーク及びその他の構造に対するニーズを回避している。層化された方式は、線形アレイ及び偏向グリッドによるＵ－Ｖビームスキャニングを提供している。グリッドは、ビームの指向性及び位相シフト処理を可能にしている。フィード要素は、積層体の層として提供されており、これらは、パワー増幅器に対する送信制御信号として又は低ノイズ増幅器に対する受信制御信号として動作するようにプログラミング可能であり得る。積層体は、様々なアナログコンポーネント用のＲＦＩＣ層を有する。

[0019] 自律運転は、科学的なフィクションの範疇から実現可能な現実へと迅速に変化しつつある。既に市場には、安全性及び相対的に良好な運転ために車両を自動化する、適合させる、及び改善する先進運転支援システム（ADAS：Advanced-Driver Assistance System）が存在している。次のステップは、交通、横断する歩行者、動物、などを回避するために必要とされる際に車線又は速度の変更などのイベントに応答するように操向、加速、制動、並びに、周囲環境及び運転状態の監視などの運転機能の制御を益々引き受ける車両となる。

[0020] 本開示は、自動車レーダーセンサに関し、この自動車レーダーセンサは、その周りの世界を再構築する能力を有し、事実上、真の３Ｄビジョンを有し人間のような世界の解釈の能力を有するレーダー「デジタル眼」である。例えば、主題技術は、改善されたセンサの性能、全天候／全状態の検出、進化した意思決定アルゴリズム、及びセンサのフュージョンを通じたその他のセンサとのやり取りを有する自律運転をサポートしている。レーダーは、自己運転型自動車の場合などの多くの用途において天候状態によって妨げられないことから、これらの構成は、レーダーセンサの使用を最適化している。環境情報を早期にキャプチャする能力は、車両の制御を支援し、これにより、危険及び変化する状態の予期を許容している。また、これらの構造により、センサ性能が改善され、これにより、コントローラに対する長距離及び短距離の視認性が可能になっている。自動車用途においては、短距離は、車両の直接前面の横断歩道における人物を検出するためなどのように、車両の３０メートル以内であるものと見なされており、長距離は、ハイウェイ上において接近する自動車を検出するためなどのように、２５０メートル以上になるものと見なされている。

[0021] 更には、新世代無線ネットワークは、益々、ユーザーの需要に応えるための不可欠な存在になりつつある。モバイルデータトラフィックは、年ごとに成長を継続しており、これにより、更に大きな速度を提供するように、更に多くの装置に接続するように、更に低いレイテンシーを有するように、及び更に多くのデータを一度に送信するように、無線ネットワークに対して要求している。ユーザーは、いまや、環境及び状況とは無関係に、オフィスビルであるのか、パブリック空間であるのか、オープン領域であるのか、車両の内部であるのか、を問わず、即時の無線接続性を期待している。これらの需要に応答して、新しい無線規格が、近い将来における配備のために設計されている。無線技術における大きな進化は、セルラー通信の第５世代（「５Ｇ」）であり、これは、第４世代（「４Ｇ」）の現時点のロングタームエボリューション（「ＬＴＥ」）能力を上回るものを含んでおり、モバイル無線、固定無線、などを介した高速インターネットの供給を約束している。５Ｇ規格は、世界中において、６ＧＨｚ超の周波数をカバーするミリメートル波帯域に、並びに、計画されている２４ＧＨｚ、２６ＧＨｚ、２８ＧＨｚ、及び３９ＧＨｚ、最大では３００ＧＨｚまで、動作を拡張し、高速データ通信に必要とされる広帯域幅を可能にしている。

[0022] ミリメートル波（「ｍｍ波」）スペクトルは、大きな大気減衰の影響を受けやすいと共に（１キロメートルをわずかに上回る）短距離において動作しなければならない約１～１０ミリメートルの範囲内の狭い波長を提供している。例えば、ストリートキャニオンを有する高密度散乱エリア内及びショッピングモール内には、マルチパス、シャドーイング、及び地理的障害物に起因してブラインドスポットが存在し得る。距離が相対的に大きいと共にしばしば大きな降水量を伴う極端な天候状態が発生する遠隔エリア内においては、オペレータが強力な風及び嵐に対して大きなアレイアンテナを使用することを環境状態が妨げている場合がある。

[0023] 具体的には、ユーザー無線通信用の５Ｇ技術の将来の開発及び統合は、大きな課題を表している。具体的には、５Ｇ無線通信用の基地局は、特定の角度範囲にわたって一定のパワーを提供する必要がある。この観点において、アンテナは、無線通信用の重要なサブシステムであり、その理由は、これが、ガイドされた波を自由空間内において伝播する波に変換する装置であり逆もまた真であるからである。サイズ、放射パターン、マッチング、などのようなアンテナの異なるパラメータを用途に応じて最適化することができる。多くのケースにおいて、望ましいエリアに十分にパワーをリダイレクトするために、成形されたビームパターンが必要とされている。５Ｇネットワーク用のミリメートル波無線通信の提供におけるこれらの及びその他の課題は、多くの信号及び周囲環境の構造の間における干渉を回避しつつ、制御された方向において望ましいビームフォームを生成するための能力を含む野心的な目標をシステム設計に対して課している。

[0024] 以下において記述されている様々な例において、フェーズドアレイアンテナは、物体を検出するために視野（ＦｏＶ）に跨って任意の（例えば、０°～３６０°の範囲の）角度に操向され得る狭い制御されたビームを生成している。ビームの操向には、アンテナ要素に結合された位相シフタの使用が伴っている。パワー及び低ノイズ増幅器が、短距離及び長距離（例えば、＞２５０ｍ）の両方のためのビームを提供するために、アンテナのゲインを調節している。フェーズアレイアンテナは、放射要素の格子アレイ、送信アレイ、及びフィード構造を含む。フィード構造は、アンテナアレイ構造の全体を通じて送信信号を分配しており、この場合に、送信信号は、異なる層を通じて、例えば、メタ構造単位セルなどの放射要素の格子アレイに送信信号を供給する垂直方向の遷移に沿って伝播している。一般に本明細書において定義されているメタ構造（ＭＴＳ）は、特定の位相及び周波数分布を充足するように空間的に分散された工学設計された非周期的又は半周期的な構造である。いくつかの実装形態において、メタ構造は、メタ材料を含む。この結果、１つ又は複数のメタ構造層を含む放射要素の複数の層が存在している。放射層には、直交フィード分散ネットワークなどの複数の側から供給することができる。この結果、ビーム操向が複数の次元においてサポートされている。いくつかの実装形態において、フィード構造は、更に詳細に本開示において記述するように、埋め込まれた抵抗器プレーンを有するストリップラインパワーディバイダ回路を含む。

[0025] 主題技術は、現時点のシステムの時間の一部分において環境全体をスキャニングするように、高周波（ＲＦ）の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。また、主題技術は、様々な構成におけるＭＴＳ放射構造を使用したスマートビーム操向及びビーム形成にも関し、この場合に、アンテナに対する電気的変化は、位相シフト及び調節を実現し、これにより、複雑さ及び処理時間を低減し長距離物体検出用の最大で約３６０°の視野の高速スキャンを可能にするために使用されている。主題技術は、２次元（２Ｄ）画像能力用の情報を提供するためにレーダーを使用しており、その理由は、これらが、距離及び方位角を計測し、これにより、従来の大きなアンテナ要素の使用を伴うことなしに、それぞれ、水平方向プレーン上の投射された場所を識別する物体までの距離及び方位角度を提供しているからである。

[0026] 本開示は、自律車両の通信及び検出スペクトルにおける送信を実現するために送信信号の改善された位相シフトを提供するレーダー及びセルラーアンテナ用などの放射構造に関し、自律車両の通信及び検出スペクトルは、米国においては、システムの演算的複雑性を低減するために及び送信速度を増大させるために、約７７ＧＨｚであり、５ＧＨｚの範囲、具体的には、７６ＧＨｚ～８１ＧＨｚを有する。本開示は、これらの用途に限定されるものではなく、無線通信、５Ｇセルラー、固定無線、などのようなその他のアンテナ用途においても容易に使用することができる。いくつかの実装形態において、本開示は、新規のフィード構造と結合されたＭＴＳ要素のプロパティを活用することにより、これらの目標を実現している。

[0027] 主題技術は、無線通信及びレーダー用途において、並びに具体的には、工学設計された放射構造を使用して電磁波を操作する能力を有するメタ構造を内蔵したものにおいて、適用可能である。例えば、本開示は、ＭＴＳ要素及びアレイを有するアンテナ構造を提供している。ＭＴＳ要素に対するフィードネットワーク内には、車両レーダー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増大させる構造及び構成が存在している。様々な例において、ＭＴＳ要素は、メタ材料要素を含む。

[0028] メタ材料は、組成以外の構造からのその通常ではないプロパティに由来しており、これらは、自然状態においては通常見出されない風変わりなプロパティを所有している。メタ材料は、自然状態においては見出されないプロパティを有するように工学設計された構造である。メタ材料アンテナは、様々な形態の任意のものを有していてもよく、これらの一部については、理解のために本明細書において記述されているが、これは、本開示の可能な実装形態のすべてを網羅したものではない。メタ材料は、通常、反復するパターンとして構成されている。アンテナの場合に、メタ材料は、メタ材料によって放射される送信信号の波長よりも格段に小さなスケールにおいて構築することができる。メタ材料のプロパティは、構造を形成しているベース材料からではなく、工学設計され設計された構造に由来している。正確な形状（shape）、寸法、形状（geometry）、サイズ、向き、構成、などが、波を阻止し、吸収し、改善し、又は折り曲げることにより、ＥＭ波を操作する能力を有するスマートプロパティを結果的にもたらしている。

[0029] 以下において記述されている詳細な説明は、主題技術の様々な構成の説明として意図されたものであり、主題技術が実施され得る唯一の構成を表すことを意図したものではない。添付図面は、本明細書に内蔵されており、詳細な説明の一部分を構成している。詳細な説明は、主題技術の十分な理解の提供を目的として特定の詳細を含む。但し、主題技術は、本明細書において記述されている特定の詳細に限定されるものではなく、１つ又は複数の実装形態を使用して実施することができる。１つ又は複数の例において、構造及びコンポーネントは、主題技術の概念を曖昧にすることを回避するために、ブロック図の形態において示されている。その他の例においては、周知の方法及び構造については、例の説明の不必要な曖昧化を回避するために、詳述されていない場合がある。また、例は、相互の組合せにおいて使用することができる。

[0030] 図１Ａは、主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイ構成１００の断面図を示している。但し、描かれているコンポーネントのすべてが必要とされているわけではなく、１つ又は複数の実装形態は、図示されていない更なるコンポーネントを含むことができる。本明細書において記述されている請求項の範囲を逸脱することなしに、コンポーネントのタイプ及び構成の変動を実施することができる。更なるコンポーネント、異なるコンポーネント、又は更に少ない数のコンポーネントを提供することができる。

[0031] リフレクトアレイ構成１００は、互いに平行に構成されたリフレクトアレイのペアを含む。いくつかの実装形態において、リフレクトアレイ構成１００は、第１リフレクトアレイ１０２と、偏向グリッド１３０を有する第２リフレクトアレイ１０４と、を含み、偏向グリッド１３０は、第１偏向においては反射表面として機能することができると共に、第１偏向とは異なる第２偏向においては透明表面として機能することができる。いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２及び第２リフレクトアレイ１０４は、ｚ軸に沿って既定の距離Ｄだけ離隔している。

[0032] リフレクトアレイ構成１００は、第２リフレクトアレイ１０４を照明するために、第１リフレクトアレイ１０２内においてフィード１５０を含む。図１Ａにおいて描かれているように、第２リフレクトアレイ１０４は、その表面上において入射電界を生成するフィード１５０により、照明されている。フィード１５０は、いくつかの実装形態においては、フィード要素のアレイであってもよく、或いは、その他の実装形態においては、１つ又は複数のホーンアンテナであってもよい。図１Ｂ及び図１Ｃにおいて記述されているように、フィード要素のアレイは、２つの軸において上部反射器（例えば、第２リフレクトアレイ１０４）を照明するＲＦビームによる２次元スキャニングを提供するように、第１軸（例えば、ｘ軸）に沿ったフィード要素の第１の組と、第２軸（例えば、ｙ軸）に沿って構成されたフィード要素の第２の組と、を含み得る。

[0033] いくつかの実装形態において、フィード要素のそれぞれは、ＲＦビームの重畳がその場所において既定のゲインを有する組み合わせられたビームを生成するように、第２リフレクトアレイ表面上の共通場所に向かってＲＦビームを同時に照射している。その他の実装形態においては、フィード要素のアレイは、一度に１つのフィード要素がＲＦビームを照射するように、順番にスイッチングされている。いくつかの態様において、フィード要素のアレイは、方位方向における扇形ビーム及び仰角方向における扇形ビームなどの成形されたビームを放射することができる。

[0034] 第２リフレクトアレイ１０４は、第２リフレクトアレイ１０４を照明している第１偏向におけるフィード要素のアレイからのＲＦ放射（例えば、ＲＦビーム１４０）が、第１リフレクトアレイ１０２に向かって完全に反射されて戻るように（例えば、ＲＦビーム１４２）、第１リフレクトアレイ１０２との関係において構成されている。この観点において、フィード要素のアレイによって生成されるＲＦ放射は、第２リフレクトアレイ１０４によって反射されるような方式により、偏向されている。いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２は、第１リフレクトアレイ１０２によって反射されたＲＦ放射（例えば、ＲＦビーム１４４）が第２リフレクトアレイ１０４に向かって反射されて戻り第２リフレクトアレイ１０４を通過するように、第２リフレクトアレイ１０４から反射されたＲＦ放射の初期偏向（例えば、ＲＦビーム１４２）をターゲット偏向に変更することができる。いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２は、既定の量だけその偏向を変更するために、位相シフトをＲＦ放射（例えば、ＲＦビーム１４２）に適用している。いくつかの態様において、適用される位相シフトは、９０度である。その他の態様において、適用される位相シフトは、４５度である。第１リフレクトアレイ１０２によって適用される位相シフトは、本開示の範囲を逸脱することなしに、変化し得る。

[0035] いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２は、アンテナ層１１０と、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）層１２０と、を含む。いくつかの態様において、ＲＦＩＣ層１２０は、ＲＦＩＣ層１２０上のＲＦフロントエンドコンポーネントとインターフェイスするパワー及びデジタル回路コンポーネントを含むことができる。いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２は、図３において更に詳細に記述することになる積層体構成を含む。例えば、第１リフレクトアレイ１０２は、アンテナアレイ１１０と、ＲＦＩＣ層１２０と、ＲＦＩＣ層１２０とは別個の層上においてパワー及びデジタル回路コンポーネントを含むデジタル及びパワー層（図示されてはいない）を含む。図４において記述するように、第１リフレクトアレイ１０２は、ストリップラインフィード層からアンテナ層１１０及びＲＦＩＣ層１２０までの内部層を通じて貫通するビアを有するアンテナ層１１０とＲＦＩＣ層１２０の間において介在するストリップライン層（図示されてはいない）上のフィードネットワーク及び組合せネットワークを含むことができる。図５に記述されているように、ＲＦＩＣ層１２０は、その他のものに加えて、送出及び到来シグナリングに対して位相シフトを適用する位相制御要素、受け取られたシグナリング用の低ノイズ増幅器、及び送出信号用のパワー増幅器の提供などのＲＦフロントエンド機能の個々のコンポーネントを含むことができる。これらのＲＦＩＣコンポーネントは、いくつかの実装形態においては、同一の半導体ダイ上において製造されていてもよく、或いは、その他の実施形態においては、別個の半導体ダイ上において製造されていてもよい。

[0036] 第１リフレクトアレイ１０２は、アンテナ層１１０の上部表面上においてパターン化されたセルのアレイを含む。図２において記述されているように、セルのアレイ内のそれぞれのセルは、反射器要素を含むことができる。いくつかの態様において、反射器要素は、パッチ、ダイポール、又はその他のタイプの反射器要素であってよい。いくつかの実装形態においては、セルのアレイの軸は、入射電界との関係において既定の値の度数（例えば、４５度）だけ傾斜することができる。入射電界は、個々のパッチ軸（例えば、ｘ、ｙ軸）に平行な２つの反射電界成分に分解することができる。いくつかの態様においては、セルの少なくとも寸法に基づいて、１８０度の位相差が２つの反射電界成分の反射位相の間において発生し得る。反射電界成分は、偏向を９０度だけ変更するように重畳させることができる。

[0037] 第２リフレクトアレイ１０４は、誘電層と、誘電層上において配設された導電層と、を含むことができる。導電層は、偏向グリッド１３０として機能する第１リフレクトアレイ１０２に対向する導電層の下部表面上においてパターン化されたグリッド（例えば、１３２）を含むことができる。いくつかの実装形態において、導電層は、誘電層の厚さとの比較において格段に小さな厚さを有する。この観点において、第２リフレクトアレイ１０４は、第２偏向におけるＲＦビームが第２リフレクトアレイ１０４を通過し得るように第２偏向においては透明であり得る。いくつかの実装形態において、偏向グリッド１３０は、第１偏向用の第２リフレクトアレイ１０４のグラウンドプレーンとして使用することができる。フィード要素のアレイからのＲＦ放射は、セルの特定の寸法又は反射器要素の特定の寸法に対応する位相により、反射して戻っている。

[0038] いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ１０２は、第１位相分布を有し、第２リフレクトアレイ１０４は、第２位相分布を有する。第２位相分布は、フィード照明に由来するＲＦビームが第２リフレクトアレイ１０４表面から第１リフレクトアレイ１０２表面上のターゲット反射器要素に反射されるようにするために、第１位相分布に対してマッピングすることができる。例えば、特定のｘ－ｙ座標において第２リフレクトアレイ１０４表面において反射されたＲＦビームは、第１位相分布と第２位相分布の間のマッピングに従って、対応するｘ－ｙ座標において第１リフレクトアレイ１０４表面上に反射されている。この観点において、第１リフレクトアレイ１０２表面上の反射器要素は、第２リフレクトアレイ１０４を通過するように、反射ＲＦビームの偏向を変更することができる。

[0039] 図１Ｂは、主題技術のいくつかの実装形態による図１Ａのリフレクトアレイ構成１００の例示用の積層体構成の分解斜視図を示している。リフレクトアレイ構成１００は、図示のように、ｘ－ｙ－ｚ軸によって方向付けされた状態において示されている。リフレクトアレイ構成１００は、アンテナアレイ１１０と、ＲＦＩＣ層１２０と、偏向グリッド層１３０と、を含む。描かれているコンポーネントのすべてが必要とされなくてもよいが、１つ又は複数の実装形態は、図示されてはいない更なるコンポーネントを含み得る。本明細書において記述されている請求項の範囲を逸脱することなしに、コンポーネントの構成及びタイプの変動を実施することができる。更なるコンポーネント、異なるコンポーネント、又は更に少ない数のコンポーネントを提供することができる。

[0040] 本開示は、レーダーシステムとの関係において記述されており、この場合に、アンテナ構造１００は、ＲＦＩＣ層１２０などのＲＦフロントエンドモジュールを有する構造であり、送信ラインのアレイがアンテナ層１１０などの放射アレイに供給している。

[0041] ＲＦＩＣ層１２０は、パワールーティング層１２２と、信号プレーン層１２４と、を含む。パワールーティング層１２２は、ＤＣパワーなどの電源と、デジタル論理回路と、を含む。ＲＦＩＣ層１２０は、アンテナ１１２内のパッチアンテナの数に対応するなどのために、信号プレーン層１２４内に埋め込まれた複数のＲＦＩＣを含むことができる。例えば、信号プレーン層１２４は、送信チェーン用のパワー増幅器及び送信位相シフト要素及び低ノイズ増幅器と、レシーバチェーン用の受信位相シフト要素と、を含む。ＲＦＩＣ層１２０内の信号プレーン層１１４は、コネクタ（図示されてはいない）を含んでいてもよく、或いはこれに結合されていてもよい。

[0042] 信号プレーン層１２４内の位相シフト要素は、０°～１６０°の範囲内の任意の望ましい位相シフトを実現し得るアナログ位相シフタ（例えば、バラクタ、バラクタの組、又は位相シフトネットワーク）であってよい。また、信号プレーン層１２４は、ＲＦＩＣ層１２０からアンテナ層１１０への遷移を含むこともできる。

[0043] いくつかの実装形態において、パワールーティング層１２２は、導電材料内において電源及びデジタル論理回路に結合された複数の送信ラインを含み、アンテナ層１１０は、送信ラインの近傍の単位セル放射要素の格子構造である。パワールーティング層１２２は、送信ラインに又は送信ラインの一部に入力信号を提供するための結合モジュールを含むことができる。いくつかの実装形態において、結合モジュールは、入力信号を複数の送信ラインの間において分割するパワーディバイダ回路であり、この場合に、パワーは、Ｎ個の送信ラインの間において等しく分配されてもよく、或いは、Ｎ送信ラインがいずれも同一の信号強度を受け取らないように、別の方式に従って分配されてもよい。

[0044] いくつかの実装形態において、信号プレーン層１２４は、制御回路を含む。制御回路は、送信回路のリアクタンスを変更するために、及びこれにより、送信ラインを通じて伝播する信号の特性を制御するために、可変コンデンサなどのリアクタンス制御メカニズム又はリアクタンスコントローラを含むことができる。リアクタンス制御メカニズムは、アンテナ層１１０の個々のアンテナ要素を通じて放射される信号の位相を変更するように機能することができる。このような送信ラインにおける中断が存在している場合には、同一の方向において信号フローを維持するように、遷移が実施されている。同様に、リアクタンス制御メカニズムは、リフレクトアレイ構成１００が送信ラインのリアクタンスを制御及び調節することを可能にするために、直流（ＤＣ）バイアスライン又はその他の制御手段などの制御信号を利用することができる。いくつかの実装形態において、ＲＦＩＣ層１２０は、制御信号を送信信号から隔離する１つ又は複数の構造を含む。アンテナ送信構造のケースにおいては、リアクタンス制御メカニズムは、１つ又は複数のＤＣ制御信号を交流（ＡＣ）送信信号から隔離するための隔離構造として機能することができる。

[0045] いくつかの実装形態において、ＲＦＩＣ層１２０内の層の１つ又は複数は、高周波回路に適用可能な既定のパラメータ（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材を含むことができる。いくつかの態様において、ポリテトラフルオロエチレン基材は、温度に跨る熱及び位相安定性を示すことが可能であり、自動車レーダー及びマイクロ波用途において使用することができる。

[0046] アンテナ層１１０は、アンテナ１１２と、グラウンドプレーン層１１４と、を含む。アンテナ１１２は、アンテナ構造１００内における受信アンテナ又は送信アンテナであってよい。アンテナ１１２は、送信されたＲＦ信号又は物体から受け取られた反射用の経路を生成するいくつかの放射要素を有する。様々な例において、放射要素は、３２要素送信アンテナ又は４８要素受信アンテナにおけるものなどのように、アレイ構成におけるメタ構造又はパッチである。例えば、アンテナ１１２は、ＭＴＳ要素のアレイを含むことができる。別の例においては、アンテナ１１２は、パッチアンテナのアレイを含むことができる。

[0047] アンテナ層１１０は、本明細書において記述されている個々の放射要素から構成することができる。アンテナ層１１０は、様々な形態を有することができると共に、ＲＦＩＣ層１２０との協働状態において動作するように設計されており、この場合に、個々の放射要素は、ＲＦＩＣ層１２０内の要素に対応している。本明細書において使用されている「単位セル要素」は、「ＭＴＳ単位セル」又は「ＭＴＳ要素」と呼称されており、これらの用語は、主題技術の範囲を逸脱することなしに、本開示の全体を通じて相互交換可能に使用されている。ＭＴＳ単位セルは、受け取られた送信信号がそれから放射されるように、様々な導電性構造及びパターンを含む。ＭＴＳ単位セルは、人工的な材料として機能してもよく、これは、自然に発生しない材料を意味している。それぞれのＭＴＳ単位セルは、いくつかの固有のプロパティを有する。これらのプロパティは、負の屈折率を結果的に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）と呼称されている。ＬＨＭの使用は、従来の構造及び材料においては実現されない振る舞いを可能にしている。ＭＴＳアレイは、それぞれが送信波長未満である単位セルの周期的な構成である。いくつかの態様において、単位セル要素のそれぞれは、均一なサイズ及び形状を有するが、別の及びその他の実装形態は、異なるサイズ、形状、構成、及びアレイサイズを内蔵し得る。

[0048] 偏向グリッド層１３０は、これらのＲＦビームが偏向グリッド層１３０を通じて伝播するように、第１偏向においてはアンテナ層１１０によって照明されたＲＦビームに対する反射表面として機能し、第１偏向とは異なる第２偏向においてはアンテナ層１１０によって照明されたＲＦビームに対する透明媒体として機能するパターン化されたグリッドを含む。偏向グリッド１３０は、いくつかの実装形態において、構造的な支持（図示されてはいない）により、アンテナ層１１０に機械的に結合されている。偏向グリッド１３０は、既定の距離だけ、アンテナ層１１０の上部表面から分離されている。この観点において、偏向グリッド１３０及びアンテナ層１３０は、互いに実質的に平行に構成されている。偏向グリッド１３０は、パターン化されたグリッドを形成するようにパターン化されたその表面上において相対的に薄い導電性ラミネートを有する誘電性基材により、製造することができる。

[0049] 図２Ａは、主題技術の様々な実装形態による第１リフレクトアレイセルレイアウト及び第１フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層２１０の平面図の概略図を示している。いくつかの実装形態において、第１リフレクトアレイ２００は、矩形であり、反射器要素２３０の矩形グリッドを含む。反射器要素２３０のグリッド内において、それぞれの反射器要素は、フィード要素２２２、２２４のものにも準拠した準拠向きを有する。第１リフレクトアレイ２００は、本開示の範囲を逸脱することなしに、図２Ａに示されているものとは異なる数の要素を有するグリッドを有する異なる形状を含み得る。

[0050] いくつかの態様において、フィード要素のアレイは、フィード要素の１つの行としてｘ軸に沿って横方向において及びフィード要素の１つの行としてｙ方向に沿って横方向において構成されている。例えば、フィード要素は、既定の距離により、互いから等距離に位置している。いくつかの態様において、フィード要素の周期性は、本開示の範囲を逸脱することなしに、図１Ａに示されているものから変化し得る。いくつかの実装形態において、フィード要素のアレイは、フィード要素が第１リフレクトアレイ２００の中心において又はその近傍において交差するように、ｘ軸に沿って（例えば、フィード要素２２２）、及びｙ軸に沿って（例えば、フィード要素２２４）、第１リフレクトアレイ２００の領域２２０内において構成されている。いくつかの実装形態において、フィード要素のアレイのそれぞれのフィード要素は、ＲＦＩＣ層１２０内の個々のＲＦＩＣコンポーネントに結合されている。この観点において、ＲＦＩＣコンポーネントは、対応するフィード要素において、ゲイン及び／又は位相シフトを送出フィードシグナリングに対して提供することができる。その他の実装形態において、フィード要素のアレイは、ＲＦＩＣ層１２０内の共有されたＲＦＩＣコンポーネントに結合されている。

[0051] 図２Ａにおいて描かれているように、フィード要素のサブアレイ（例えば、３つのフィード要素）は、フィード要素が第１リフレクトアレイ２００表面の周囲に到達しないように、及びその代わりに、セルがフィード要素のアレイと第１リフレクトアレイ２００の周囲の間において第１リフレクトアレイ２００表面上においてパターン化されるように、ｘ及びｙ軸に沿って構成されている。この観点において、フィード要素のアレイは、フィード要素によって照明されたＲＦビームが偏向グリッド１３０上の意図された場所に向かって放射されるように、第１リフレクトアレイ２００表面の領域２２０を占有している。フィード要素の場所は、本開示の範囲を逸脱することなしに変化し得る。

[0052] 図２Ｂは、主題技術の様々な実装形態による図１Ａの第１リフレクトアレイ２５０内のアンテナ層２１０の別の例の平面図の概略図を示している。図１Ｃに描かれているように、フィード要素のアレイは、フィード要素の両方の行がエッジからエッジに延在し第１リフレクトアレイ２５０表面の中心において交差するように、両方の軸において１つの行として第１リフレクトアレイ２５０表面の全体に跨って横方向において構成されている。例えば、フィード要素２６２は、ｘ軸に沿って横方向において延在しており、フィード要素２６４は、領域２６０内においてｙ軸に沿って横方向において延在している。この観点において、反射器要素のサブセット（例えば、２５２）は、第１リフレクトアレイ２５０表面上においてそれぞれの象限において構成されている。図２Ｂにおいて示されているように、フィード要素の数は、両方の軸において等しい。本開示の範囲を逸脱することなしに、軸のそれぞれにおけるフィード要素の数は、いくつかの実装形態においては、等しくてもよく、或いは、軸のそれぞれにおけるフィード要素の数は、その他の実装形態においては、異なっていてもよい。

[0053] いくつかの実装形態において、いくつかのフィード要素は、ダミー要素として機能していてもよく、この場合に、フィード要素は、対応するＲＦＩＣコンポーネントによっては無効な状態にある。例えば、フィード要素２６２及び２６４は、ＲＦＩＣ層１２０内のＲＦＩＣコンポーネントに結合されており、その対応するＲＦＩＣコンポーネントによって個々に起動され得る。この観点において、ＲＦＩＣコンポーネントは、対応するフィード要素に対してＰＡを通じて送信シグナリングを起動及び駆動することができる。逆に、ＲＦＩＣコンポーネントは、受信アンテナとして動作している対応するフィード要素からＬＮＡを通じてリターンシグナリングを起動及び受信することができる。

[0054] その他の実装形態においては、フィード要素は、対応するＲＦＩＣコンポーネントを使用して送信アンテナ要素として又は受信アンテナ要素として動作するように再プログラミング可能であってよい。例えば、フィード要素２６２は、ＲＦＩＣ層１２０内においてＰＡを使用して送信フィード要素として動作するようにプログラミングされ得る一方、フィード要素２６４は、ＲＦＩＣ層１２０内においてＬＮＡを使用して受信アンテナ要素として動作するようにプログラミングすることができる。その他の例においては、フィード要素２６２の第１サブセットは、送信フィード要素として動作するようにプログラミングされ得る一方で、フィード要素２６２の残りのサブセットは、受信アンテナ要素として動作するようにプログラミングすることができる。図６に示されているように、アンテナコントローラ６５０は、本明細書において記述されているようにアンテナシステムの動作を制御するように位置決めされている。アンテナコントローラ６５０は、受信から送信への動作の変化を可能にしており、要素の傾斜制御、アナログ及びその他のコンポーネントのＲＦＩＣ制御、及びリフレクトアレイの方向付けを実施するように適合されている。

[0055] 図３Ａは、主題技術の様々な実装形態による第２リフレクトセルレイアウト及び第１フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ内のアンテナ層の平面図の概略図を示している。図３Ａに描かれているように、フィード要素３１０のサブアレイ（例えば、３つのフィード要素）は、フィード要素３１０が第１リフレクトアレイ３００表面の周囲に到達しないように、及びその代わりに、セル３２０がフィード要素のアレイと第１リフレクトアレイ３００の周囲の間において第１リフレクトアレイ３００表面上においてパターン化されるように、ｘ及びｙ軸に沿って構成されている。セル３２０は、フィード要素３１０との間において直交関係ではない向きを含む。例えば、セル３２０は、いくつかの実装形態においてはフィード要素３１０との関係において、或いはその他の実装形態においては偏向グリッド層１３０内の要素との関係において、既定の角度（例えば、４５°）において方向付けされていてもよい。セル３２０は、リフレクトアレイ表面の象限内において（それぞれの象限ごとに）均一な向き及び異なるサイズを有するセルを含み得る。この観点において、セル（或いは、反射器要素）の向きは、いくつかの実装形態においては、異なる象限に跨って異なっていてもよく、或いは、その他の実装形態においては、象限に跨って均一であってもよい。

[0056] 図３Ｂは、主題技術の様々な実装形態による第２リフレクトアレイセルレイアウト及び第２フィード要素レイアウトを有する図１Ａのリフレクトアレイ構成におけるアンテナ層の別の例の平面図の概略図を示している。図３Ｂに描かれているように、フィード要素のアレイは、フィード要素の両方の行がエッジからエッジに延在し第１リフレクトアレイ３５０表面の中心において交差するように、両方の軸において１つの行として第１リフレクトアレイ３５０表面の全体に跨って横方向において構成されている。例えば、フィード要素３６２は、ｘ軸に沿って横方向において延在しており、フィード要素３６４は、ｙ軸に沿って横方向において延在している。この観点において、反射器要素のサブセット（例えば、３７０）は、均一な向き及び異なるサイズを有するセルを含むレイアウトにより、第１リフレクトアレイ３５０表面上のそれぞれの象限において構成されている。

[0057] 図４Ａは、主題技術の様々な実装形態による第１偏向層を有する図１Ａのリフレクトアレイ構成における偏向グリッド層４００の平面図の概略図を示している。偏向グリッド層４００は、下部表面（例えば、アンテナ層１１０の上部表面に直接的に対向している表面）上において行及び列として構成されたパターン化された要素４０２の矩形グリッドを含む。パターン化された要素４０２は、第１偏向においては反射表面を及びその他の偏向においては透明表面を生成するために使用される導電性材料を含み得る。いくつかの例において、第１偏向は、ｙ軸と平行に延在することができると共に、第２偏向は、ｘ軸と平行に延在することができる。パターン化された要素４０２は、ｘ軸に沿った幅寸法及びｙ軸に沿って長さ寸法を有する矩形形状を含み得る。パターン化された要素４０２は、アンテナ層１１０内の反射器要素のものに対応する周期性を有することできる。

[0058] 図４Ｂは、主題技術の様々な実装形態による第２偏向層を有する図１Ａのリフレクトアレイ構成における偏向グリッド層４５０の別の例の平面図の概略図を示している。偏向グリッド層４５０は、ｘ軸に沿ったパターン化された要素４５２の列を含む。偏向グリッド層４５０は、ｙ軸において全体表面に跨って横方向において延在する列要素を含むが、パターン化された要素４５０は、偏向グリッド層４００内のパターン化された要素４０２のものと類似の性能を生成し得る。

[0059] 次に図５を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態による様々なセル構成を有するリフレクトアレイアンテナ５００の概略図を示している。リフレクトアレイアンテナ５００は、行及び列として編成されたセルのアレイを含む。リフレクトアレイアンテナ５００は、その個々のセルのサイズ及び構成並びにそのセル内の個々の反射器要素に起因して、指向性及び高帯域幅及びゲインを提供している。

[0060] 様々な例において、リフレクトアレイアンテナ５００内のセルは、ＭＴＳに基づいた反射器要素を含む。その他の例においては、リフレクトアレイセルは、マイクロストリップ、ギャップ、パッチ、ダイポール、などから構成することができる。特定の設計を実装するために及び特定の制約を充足するために、様々な構成、形状、及び寸法を使用することができる。図示されているように、リフレクトアレイアンテナ５００は、長さｌ及び幅ｗを有する矩形リフレクトアレイである。その他の例においては、リフレクトアレイアンテナ５００は、半径ｒを有する円形であってよい。リフレクトアレイアンテナ５００内のそれぞれのセルは、反射器要素を有する。また、反射器要素は、正方形反射器要素、矩形反射器要素、ダイポール反射器要素、ミニチュア反射器要素、などのような異なる構成を有することもできる。また、ＢＳとの関係におけるリフレクトアレイアンテナ５００の場所、望ましいゲイン、及び指向性性能、などのような所与の５Ｇ又はその他の無線用途のための設計基準を充足するために、その他の形状（例えば、台形、六角形、など）を設計することもできる。

[0061] 例えば、リフレクトアレイアンテナ５００は、それぞれ、その幅及び長さについて寸法ｗ_ｃ及びｌ_ｃを有する矩形セルであるセル５０２を含む。セル５０２は、ｗ_ｒｅ及びｌ_ｒｅを有する反射器要素５０４を含む。反射器要素の寸法は、サブ波長範囲（約λ／３）内であり、ここで、λは、その入射又は反射ＲＦ信号の波長を示している。

[0062] いくつかの実装形態において、動作周波数は、５Ｇ要素の場合に、２７．５ＧＨｚ～２８．５ＧＨｚの範囲内であり、更に詳しくは、約２８ＧＨｚという中心周波数を有する。セルの周期性は、両方の軸（例えば、ｘ、ｙ）において３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内であり、これは、グレーティングローブを回避するために、約５８ＧＨｚの動作周波数における波長の半分未満である。セルの長さは、３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内であってよく、セルの幅は、３．０ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内であってよい。その他の実装形態においては、動作周波数は、レーダー用途の場合には、７６．５ＧＨｚ～７７．５ＧＨｚの範囲内であり、更に詳しくは、約７７ＧＨｚの中心周波数を有する。セルの周期性は、両方の軸（例えば、ｘ、ｙ）において１．８ｍｍ～５．０ｍｍの範囲内であり、これは、約７７ＧＨｚの動作周波数における波長の約半分である。セルの長さは、１．５ｍｍ～５．５ｍｍの範囲内であってよく、セルの幅は、１．５ｍｍ～５．５ｍｍの範囲内であってよい。

[0063] その他の例においては、リフレクトアレイアンテナ５００は、ダイポール要素５０８を有するセル５０６を含む。更にその他の例においては、リフレクトアレイアンテナ５００は、ミニチュア反射器要素５１２を有するセル５１０を含み、これは、事実上、人間の目には知覚不能であり得るエッチングされた又はパターン化されたＰＣＢ金属層内の格段に小さなドットである。更に詳しく後述するように、リフレクトアレイアンテナ５００の設計は、屋内又は屋外を問わず、所与の用途又は配備についての幾何学的考慮事項によって駆動されている。従って、リフレクトアレイアンテナ５００の寸法、形状、及びセル構成は、特定の用途に依存することになる。

[0064] 図６は、主題技術の様々な実装形態によるレーダーシステム６００の概略図を示している。レーダーモジュール６０２は、ＦｏＶ内においてＲＦ信号を送信すること及びＦｏＶ内において物体から反射されるのに伴って送信された信号の反射を受け取ることの両方の能力を有する。レーダーモジュール６０２内におけるアナログビームフォーミングの使用により、指向性の、のみならず、操向可能な、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。レーダーモジュール６０２内におけるトランシーバ６０６は、送信アンテナ６０８を通じた送信用の信号を生成するように、のみならず、受信アンテナ６１２を通じて受け取られた信号を管理するように、適合されている。ＦｏＶ内のビーム操向は、それぞれ、送信チェーン上の送信アンテナ６０８に結合された位相シフタ（ＰＳ）回路６１６～６１８及び受信チェーン上の受信アンテナ６１２に結合されたＰＳ回路６２０により、実装されている。いくつかの実装形態において、送信アンテナ６０８及び受信アンテナ６１２は、偏向グリッドに機械的に結合されている（例えば、図１Ａの１２０）。この観点において、ＲＦビームは、図１Ａにおいて記述されている方式で送信及び受信することができる。

[0065] ＰＳ回路６１６～６１８及び６２０の使用は、送信及び受信アンテナ内のそれぞれの要素の位相の別個の制御を可能にしている。初期の受動型のアーキテクチャとは異なり、ビームは、能動型のビームフォーミングアンテナを使用してＦｏＶ内において別個の角度にのみならず任意の角度（即ち、０°～３６０°）に操向可能である。複数要素アンテナをアナログビームフォーミングアーキテクチャと共に使用することが可能であり、この場合に、個々のアンテナ要素は、それぞれのアンテナ要素ごとに更なるハードウェアコンポーネント又は個々のデジタル処理を伴うことなしに単一の送信又は受信チェーンのポートにおいて組み合わせられてもよく或いは分割されてもよい。更には、複数要素アンテナの柔軟性は、送信及び受信用の狭いビーム幅を許容している。アンテナビーム幅は、アンテナ要素の数の増大に伴って減少している。狭いビームは、アンテナの指向性を改善し格段に長い検出距離を有するレーダーシステム６００を提供している。

[0066] アナログビーム操向に伴う主要な課題は、７７ＧＨｚにおいて動作するようにＰＳを設計するというものである。ＰＳ回路６１６～６１８及び６２０は、現時点においてはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）材料を使用して構築されている分散型バラクタネットワークによって実装された反射ＰＳ設計により、この問題を解決している。それぞれのＰＳ回路６１６～６１８及び６２０は、一連のＰＳを有しており、この場合に、それぞれのＰＳは、アンテナ要素によって送信又は受信される信号の０°～３６０°のいずれかの場所の位相シフト値を生成するように、アンテナ要素に結合されている。ＰＳ設計は、将来実装においては、シリコン－ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）及びＣＭＯＳなどのその他の半導体材料に対してスケーラブルであり、これにより、顧客用途の特定の需要を充足するためにＰＳの費用を引き下げている。

[0067] いくつかの実装形態においては、ＰＳ回路６１６～６１８及び６２０の１つ又は複数は、一連の位相シフトを結果的にもたらす一連の電圧をそれぞれのＰＳ回路内のＰＳに提供するフィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）（図示されてはいない）によって制御することができる。様々な例においては、所与の位相シフトを生成するために及びビーム操向を提供するために、所定の電圧値がＰＳ回路６１６～６１８及び６２０内のそれぞれのＰＳに印加されている。ＰＳ回路６１６～６１８及び６２０内のＰＳに印加される電圧は、ＦＰＧＡ内のルックアップテーブル（ＬＵＴ）内において保存することができる。これらのＬＵＴは、それぞれの動作条件下において所与の位相シフトを生成するためにそれぞれのＰＳに適用する電圧を判定するアンテナ較正プロセスにより、生成することができる。いくつかの態様において、ＰＳ回路６１６～６１８及び６２０内のＰＳは、１度未満の非常に高い分解能において位相シフトを生成することができる。この位相に対する改善された制御は、レーダーモジュール６０２内の送信及び受信アンテナが非常に小さなステップサイズによってビームを操向することを許容しており、これにより、小さな角度分解能において近接した状態において配置されたターゲットを解明するようにレーダーシステム６００の能力を改善している。

[0068] 様々な例において、送信アンテナ６０８及び受信アンテナ６１２は、メタ構造アンテナ、フェーズアレイアンテナ、又はミリメートル波周波数においてＲＦ信号を放射する能力を有する任意のその他のアンテナであってよい。本明細書において一般的に定義されているメタ構造は、その形状に基づいて望ましい方向において入射放射を制御及び操作する能力を有する工学設計された構造である。特定の設計を実装するために及び特定の制約を充足するために、アンテナ６０８及び６１２の様々な構成、形状、設計、及び寸法を使用することができる。

[0069] レーダーシステム６００内の送信チェーンは、送信アンテナ６０８による無線送信について準備するためにトランシーバ６０６がＲＦ信号を生成することにより、開始している。ＲＦ信号は、例えば、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）信号であってよい。ＦＭＣＷ信号は、送信信号と受信／反射信号又はエコーの間の位相又は周波数における差を計測することにより、レーダーシステム６００が物体までの距離及び物体の速度の両方を判定することを可能にしている。ＦＭＣＷフォーマット内において、正弦波、三角形、鋸歯、矩形、などを含む使用され得る様々な波形パターンが存在しており、これらのそれぞれは、利点及び目的を有する。

[0070] ＦＭＣＷ信号がトランシーバ６０６によって生成されたら、これらは、パワー増幅器（ＰＡ）６３０に提供されている。信号は、送信アンテナ６０８によって放射されることに伴って減衰することから、ＦＭＣＷ信号が物体検出に望ましい長い距離に到達するには、信号の増幅が必要とされている。次いで、ＰＡ６３０からのそれぞれの信号は、ＰＳ回路６１６～６１８内のＰＳに入力されており、この場合に、これらは、ＰＳ回路６１６～６１８に印加された電圧に基づいて位相シフトされ、次いで、送信アンテナ６０８を通じて送信されている。

[0071] 様々な例において、及び更に詳しく後述するように、レーダーシステム６００は、その他のものに加えてフルスキャニングモード及び選択的スキャニングモードを含む様々なモードの１つにおいて動作している。フルスキャニングモードにおいては、送信アンテナ６０８及び受信アンテナ６１２の両方は、小さな増分ステップにより、ＦｏＶ全体をスキャニングしている。ＦｏＶは、操向角度の関数としての増大したサイドローブに起因してシステムパラメータによって制限され得るが、レーダーシステム６００は、長距離レーダーの場合には、大きなエリアにわたって物体を検出することができる。ボアサイトの両側においてスキャニングする角度の範囲のみならず操向角度／位相シフトの間のステップサイズは、運転環境に基づいて動的に変更することができる。都市環境を通じた自律車両（例えば、自車両）の運転の性能を改善するように、車両、歩行者、又は自転車に乗った人を検出するように交差点及び縁石の監視を維持するためにスキャン距離を増大させることができる。この広いスキャン距離は、フレームレート（再訪率）を劣化させうるが、都市環境は、一般に、低速の運転シナリオを伴っていることから、受け入れ可能であると考えられる。フレームレートが重要である高速フリーウェイシナリオの場合には、スキャン距離を低減することにより、相対的に大きなフレームレートを維持することができる。このケースにおいては、長距離ターゲット検出及び追跡のためには、ボアサイトの両側における数度のビームスキャニングで十分となろう。

[0072] 選択的スキャニングモードにおいては、レーダーシステム６００は、望ましい角度まで操向し、次いで、その角度の周りにおいてスキャニングすることにより、対象のエリアの周りをスキャニングしている。これは、有効ではない物体を有するエリアを照明することによって任意の処理又はスキャニングサイクルを浪費することなしに、レーダーシステム６００が対象のエリア内において物体を検出することを保証している。レーダーシステム６００は、例えば、ボアサイトにおいて３００ｍ以上などのように、長距離において物体を検出可能であることから、道路において曲がりが存在している場合には、直接的計測は、有用な情報を提供しない。むしろ、レーダーシステム６００は、道路の曲がりに沿って操向しそのビームを対象のエリアに向かってアライメントしている。様々な例において、選択的スキャニングモードは、トランシーバ６０６によって生成されたＦＭＣＷ信号のチャープスロープを変更することにより、及び道路の曲がりをカバーするのに必要とされる操向角度まで送信信号の位相をシフトさせることにより、実装することができる。

[0073] 物体は、ＰＳ回路６２０によって制御されている受信アンテナ６１２において受け取られた反射又はエコーにより、レーダーシステム６００によって検出されている。低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）６４０が受信アンテナ６１２とＰＳ回路６２０の間において位置決めされており、これらは、ＰＳ回路６１６～６１８内のＰＳに類似したＰＳを含む。受信動作の場合には、ＰＳ回路６２０は、空間的構成に起因した放射要素の間の受信信号の時間遅延について補償するために、受信アンテナ６１２内の放射要素の間において位相差を生成している。アナログビームフォーミングとも呼称される受信位相シフト処理が、検出された物体の場所又は位置を識別するためにエコーをアライメントするように、受け取られた信号を組み合わせている。即ち、位相シフト処理は、受信アンテナ６１２内の放射要素のそれぞれにおいて異なる時点において到達した受信信号をアライメントしている。送信チェーン上のＰＳ回路６１６～６１８と同様に、ＰＳ回路６２０は、望ましい位相シフトを生成するために、それぞれのＰＳに対する電圧により、バイアス処理することができる。

[0074] 次いで、受信チェーンは、受信アンテナ６１２において受け取られた信号を組み合わせており、組み合わせられた信号は、これからトランシーバ６０６まで伝播している。一例において、受信アンテナ６１２は、６８個の放射要素を含む。その他の例は、望ましい構成に応じて、８個、２６個、３４個、６２個、などを含み得る。アンテナ要素の数が大きいほど、ビーム幅は狭くなる。

[0075] 受信信号がトランシーバ６０６によって受け取られたら、受け取られた信号は、（１）送信アンテナ６０８による送信のために送信チェーンを通じてリルーティングされるか、或いは、（２）レシーバ処理のためにトランシーバ６０６によってユーザー機器（「ＵＥ」）レシーバに提供されている。いくつかの実装形態において、レシーバチェーンは、トランシーバ６０６を通じてトランスミッタチェーンに直接的に結合されている。その他の実装形態において、レシーバチェーンは、ＵＥレシーバに供給する出力ポートに直接的に結合されている（及び送信チェーンを通じてリルーティングされてはいない）。更にその他の実装形態においては、トランシーバ６０６は、トランスミッタチェーンとＵＥレシーバに対する出力の両方に結合されており、トランシーバ６０６は、トランシーバ６０６がトランスミッタチェーンへの受信信号の駆動又はＵＥレシーバへの受信信号の駆動の間において選択しうるように、制御回路を含む。

[0076] 本明細書において記述されている様々な例においては、自律運転車両内におけるレーダーシステム６００の使用は、困難な天候条件においてターゲットを検出するための確実な方法を提供している。例えば、従来、運転速度は、視認性の減少と共に減少していることから、運転者は、濃い霧の中においては劇的に減速することになる。例えば、速度限度が５１５ｋｍ／ｈである欧州のハイウェイ上において、運転者は、視認性が乏しい際には、５０ｋｍ／ｈまで減速する必要があり得る。レーダーシステム６００を使用することにより、運転者（或いは、運転者なし車両）は、天候条件とは無関係に最大安全速度を維持することができる。その他の運転者が減速した場合にも、レーダーシステム６００を有する車両は、その経路内においてこれらの低速で運動している車両及び物体を検出することが可能であり、これらを回避することが可能であり、これらを避けてナビゲートすることができる。

[0077] 次に図７を参照すれば、これは、主題技術の様々な実装形態による自車両用の自律運転システム７００の概略図を示している。自律運転システム７００は、運転機能の部分的な又は完全な自動化を提供する自車両内において使用されるシステムである。運転機能は、交通、横断する歩行者、動物、などを回避するために必要とされる際の車線又は速度の変更などのイベントに応答するために、例えば、操向、加速、制動、及び周囲環境及び運転状態の監視を含むことができる。自律運転システム７００は、ビーム操向レーダーシステム７０２と、カメラ７０４、Ｌｉｄａｒ７０６、インフラストラクチャセンサ７０８、環境センサ７１０、動作センサ７１２、ユーザー選好センサ７１４、及びその他のセンサ７１６などのその他のセンサシステムと、を含む。また、自律運転システム７００は、通信モジュール７１８、センサフュージョンモジュール７２０、システムコントローラ７２２、システムメモリ７２４、及び車両間（Ｖ２Ｖ）通信モジュール７２６を含む。この自律運転システム７００の構成は、例示用の構成であり、図７に示されている特定の構造に限定されることを意図したものではないことを理解されたい。図７には示されていない更なるシステム及びモジュールを自律運転システム７００内において含むことができる。

[0078] 様々な例において、ビーム操向レーダー７０２は、車両の３６０°ＦｏＶの１つの又は複数の部分に合焦し得る動的に制御可能であり操向可能であるビームを提供する少なくとも１つのビーム操向アンテナを含む。ビーム操向アンテナから放射されたビームは、車両の経路内の物体及び周囲環境から反射されて戻り、物体を検出及び識別するためにレーサー７０２よって受け取られ処理されている。レーダー７０２は、必要に応じて、物体を検出及び識別しレーダーモジュールを制御するために、トレーニングされた知覚モジュールを含む。また、カメラ７０４及びＬｉｄａｒ７０６は、格段に長い距離であっても、自車両の経路内の物体及び周囲環境を識別するために使用することができる。

[0079] インフラストラクチャセンサ７０８は、運転しつつ、スマート道路構成からなどのように、インフラストラクチャから、ビルボード情報、交通警報、並びに、信号機、停止サイン、交通警告、などを含むインジケータなどの情報を提供することができる。これは、成長しているエリアであり、この情報から導出される使用及び能力は膨大である。環境センサ７１０は、その他のものに加えて、温度、湿度、霧、視認性、降雨などの外側の様々な状態を検出している。動作センサ７１２は、車両の機能的な動作に関する情報を提供している。これは、タイヤの圧力、燃料のレベル、ブレーキの損耗、などであってよい。ユーザー選好センサ７１４は、ユーザーの好みの一部分である条件を検出することができる。これは、温度調節、スマートウィンドウシェーディング、などであってよい。その他のセンサ７１６は、自車両内の又はその周りの状態を監視する更なるセンサを含み得る。

[0080] 様々な例において、センサフュージョンモジュール７２０は、自車両及び環境の適切に総合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している。多くのタイプのセンサをセンサフュージョンモジュール７２０によって制御することができる。これらのセンサは、情報を共有するために及び別のシステム上の１つの制御アクションの影響を検討するために、互いに調整することができる。一例においては、輻輳した運転状態において、ノイズ検出モジュール（図示されてはいない）は、車両に干渉し得る複数のレーダー信号が存在していることを識別し得る。この情報は、これらのその他の信号を回避するように、及び干渉を極小化するようにレーダー７０２のスキャンパラメータを調節するために、レーダー７０２内の知覚モジュールによって使用することができる。

[0081] 別の例において、環境センサ７１０は、天候が変化している及び視認性が減少していることを検出することができる。この状況において、センサフュージョンモジュール７２０は、これらの新しい状態においてナビゲートするために車両の能力を改善するようにその他のセンサを構成するべく判定することができる。構成は、カメラ７０４及び／又はＬｉｄａｒ７０６のターンオフ又はこれらの視認性に基づいたセンサのサンプリングレートの低減を含み得る。これは、事実上、現時点の状況のために適合された１つ又は複数のセンサに依存している。また、これに応答して、知覚モジュールは、これらの情報のためにレーダー７０２を構成している。例えば、レーダー７０２は、更に合焦されたビームと、従って、更に微細な検知能力と、を提供するために、ビーム幅を低減することができる。

[0082] 様々な例において、センサフュージョンモジュール７２０は、履歴状態及び制御に基づいてレーダー７０２に直接的制御を送ることができる。また、センサフュージョンモジュール７２０は、その他のセンサ用のフィードバック又は較正として機能するように、自律運転システム７００内のセンサのいくつかを使用することもできる。この結果、動作センサ７１２は、テンプレート、パターン、及び制御シナリオを生成するように、知覚モジュール及び／又はセンサフュージョンモジュール７２０にフィードバックを提供することができる。これらは、正常なアクションに基づいており、或いは乏しい結果に基づいていてもよく、この場合には、センサフュージョンモジュール７２０は、過去のアクションから学習している。

[0083] センサ７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６からのデータは、自律運転システム７００のターゲット検出及び識別性能を改善するために、センサフュージョンモジュール７２０内において組み合わせることができる。センサフュージョンモジュール７２０は、それ自体が、システムコントローラ７２２によって制御されていてもよく、システムコントローラ７２２は、また、自車両内のその他のモジュール及びシステムとやり取りすることができると共にこれらを制御することができる。例えば、システムコントローラ７２２は、異なるセンサ７０２、７０４、７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６を必要に応じてパワーオン又はオフしてもよく、或いは、運転に伴う危険（例えば、鹿、歩行者、自転車に乗った人、又は車両の経路内において突然に出現する別の車両、飛んでくる破片、など）を識別した際に停止するように命令を自車両に提供してもよい。

[0084] 自律運転システム７００内のすべてのモジュール及びシステムは、通信モジュール７１８を通じて互いに通信している。システムメモリ７２４は、自律運転システム７００及び自律運転システム７００を使用している自車両の動作のために使用される情報及びデータ（例えば、静的な活動データ）を保存することができる。Ｖ２Ｖ通信モジュール７２６は、その他の車両と通信するために使用されている。また、Ｖ２Ｖ通信モジュール７２６は、自車両のユーザー、運転者、又は乗員にとって可視ではないその他の車両からの情報を取得することができると共に、任意のタイプの衝突を回避するために車両が互いに調整することを支援することができる。

[0085] 図８は、主題技術の１つ又は複数の実装形態によるレーダーシステムが実装され得る例示用のネットワーク環境８００を示している。例示用のネットワーク環境８００は、送信ライン８５０を介して電子装置８１０に結合されたいくつかの電子装置８２０、８３０、８４０、８４２、８４４、８４６、及び８４８を含む。電子装置８１０は、電子装置８４２、８４４、８４６、８４８を相互に通信自在に結合することができる。１つ又は複数の実装形態において、電子装置８４２、８４４、８４６、８４８の１つ又は複数は、電子装置８１０のサポートを伴うことなしになどのように、互いに直接的に通信自在に結合されている。但し、描かれているコンポーネントのすべてが必要とされるわけではなく、１つ又は複数の実装形態は、図示されてはいない更なるコンポーネントを含むことができる。本明細書において記述されている請求項の範囲を逸脱することなしに、コンポーネントの構成及びタイプの変動を実施することができる。更なるコンポーネント、異なるコンポーネント、又は更に少ない数のコンポーネントを提供することができる。

[0086] いくつかの実装形態において、送信ライン８５０の１つ又は複数は、Ethernet送信ラインである。この観点において、電子装置８２０、８３０、８４０、８４２、８４４、８４６、８４８、及び８１０は、Institute of Electrical and Electronics Engineers（ＩＥＥＥ）の８０２．３規格（例えば、８０２．３ｃｈ）において記述されているものなどの１つ又は複数の物理層仕様の１つ又は複数の態様と相互動作可能な物理層（ＰＨＹ）を実装することができる。電子装置８１０は、スイッチ装置、ルーティング装置、ハブ装置、或いは一般的に、電子装置８２０、８３０、８４０、８４２、８４４、８４６、及び８４８を通信自在に結合し得る任意の装置であってもよく、或いはこれらを含んでいてもよい。

[0087] １つ又は複数の実装形態において、例示用のネットワーク環境８００の少なくとも一部分は、乗用車などの車両内において実装されている。例えば、電子装置８４２、８４４、８４６、８４８は、パワートレーンシステム、シャーシシステム、テレマティクスシステム、エンターテインメントシステム、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、或いは一般的には、車両内において使用され得る任意のシステムなどの様々なシステムを車両内において含んでいてもよく、或いはこれらに結合されていてもよい。図８において、電子装置８１０は、中央処理ユニットとして描かれており、電子装置８２０は、レーダーシステムとして描かれており、電子装置８３０は、ＬｉＤＡＲシステムとして描かれており、電子装置８４０は、エンターテインメントインターフェイスユニットして描かれており、電子装置８４２、８４４、８４６、８４８は、フォワードビュー、リアビュー、及びサイドビューカメラなどのカメラ装置として描かれている。１つ又は複数の実装形態において、電子装置８１０及び／又は電子装置８４２、８４４、８４６、８４８の１つ又は複数は、インターネットなどのパブリック通信ネットワークに通信自在に結合することができる。

[0088] 図９は、主題技術の様々な実装形態による自律車両内のビーム操向レーダーが物体を検出及び識別するために使用される例示用の環境を示している。自車両９００は、ＦｏＶ又は特定のエリアをスキャニングするためにレーダー信号を送信するビーム操向レーダーシステム９０６を有する自律車両である。更に詳しく後述するように、レーダー信号は、複数の送信ビーム９１８を結果的にもたらすように調節され得るスキャンパラメータの組に従って送信されている。スキャンパラメータは、その他のものに加えて、ＦｏＶを定義するスキャニングされたエリアの合計角度、それぞれの増分送信ビームのビーム幅又はスキャン角度、レーダー信号内のチャープの数、チャープ時間、チャープセグメント時間、チャープスロープ、などを含むことができる。ＦｏＶの全体又はその一部分は、このような送信ビーム９１８を編集したものによってスキャニングすることが可能であり、これは、連続的な隣接するスキャン位置において又は特定の又はランダムな順序において存在し得る。ＦｏＶという用語は、本明細書においては、レーダー送信を参照して使用されており、妨害されていない視野を有する光学的なＦｏＶを意味してはいないことに留意されたい。また、スキャンパラメータは、これらの増分送信ビームの間の時間インターバルのみならず、全体的な又は部分的なスキャン用の開始及び停止角度位置を通知することができる。

[0089] また、様々な例において、自車両９００は、カメラ９０２及びＬｉｄａｒ９０４などのその他の知覚センサを有することもできる。これらの知覚センサは、自車両９００のために必要とされてはいないが、ビーム操向レーダー９０６の物体検出能力の増強において有用であり得る。カメラ９０２は、可視物体及び状態を検出するために及び様々な機能の性能を支援するために、使用することができる。また、Ｌｉｄａｒ９０４も、物体を検出するために及び自車両９００の制御を調節するようにこの情報を提供するために、使用することができる。この情報は、ハイウェイ上の輻輳、道路状態、並びに、車両のセンサ、アクション、又は動作に影響し得ることになるその他の状態などの情報を含むことができる。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ように、（例えば、リアビューカメラにおいて）カメラセンサを利用している。カメラは、テクスチャ、色、及びコントラスト情報を非常に詳細にキャプチャすることができるが、人間の眼と同様に、これらは、悪天候状態及び照明の変動の影響を受けやすい。カメラ９０２は、高分解能を有し得るが、５０メートル超の物体を解明することができない場合がある。

[0090] Ｌｉｄａｒセンサは、通常、光のパルスが物体まで移動しセンサまで戻ってくるのに所要する時間を算出することにより、物体までの距離を計測している。車両の上部において位置決めされた際に、Ｌｉｄａｒセンサは、周囲環境の３６０°の３Ｄビューを提供することができる。その他の方式は、フル３６０°のビューを提供するために、車両の周りの異なる場所においていくつかのＬｉｄａｒを使用することができる。但し、Ｌｉｄａｒ９０４などのＬｉｄａｒセンサは、依然として、法外に高価であり、嵩張り、天候状態の影響を受けやすく、短距離（例えば、１５０～３００メートル未満）に限定されている。その一方で、レーダーは、多年にわたって車両内において使用されており、全天候状態において動作する。また、レーダーセンサは、その他のタイプのセンサよりもはるかに乏しい処理を使用しており、物体の背後の物体を検出し運動する物体の速度を判定するという利点を有する。分解能の観点においては、Ｌｉｄａｒ９０４によって放出されたレーザービームは、小さなエリア上において合焦され、ＲＦ信号よりも小さな波長を有し、約０．２５度の分解能を実現することができる。

[0091] 様々な例において及び更に詳しく後述するように、ビーム操向レーダー９０６は、３６０°の真の３Ｄビジョン及び自車両９００の経路及び周囲環境の人間のような解釈を提供することができる。ビーム操向レーダー９０６は、少なくとも１つのビーム操向アンテナによって３６０°ＦｏＶ内のすべての方向においてＲＦビームを成形及び操向する能力を有しており、迅速に、及び約３００メートル以上の長距離にわたって高い程度の精度を伴って、物体を認識している。レーダー９０６の長距離能力と共に、カメラ９０２及びＬｉｄａｒ９０４の短距離能力は、自車両９００内のセンサフュージョンモジュール９０８がその物体検出及び識別を改善することを可能にしている。

[0092] 図示のように、ビーム操向レーダー９０６は、遠距離（例えば、３５０ｍ超）における車両９２０のみならず、短距離（例えば、１００ｍ未満）における車両９１０及び９１４の両方を検出することができる。短い時間量における及び十分な距離及び速度分解能による両方の車両の検出は、自車両の運転機能の完全な自律性のために必須である。レーダー９０６は、非常に短い時間において長距離物体を検出し、次いで、検出された車両の相対的に微細な速度分解能を得ることに合焦することを可能にする調節可能な長距離レーダー（ＬＲＲ）モードを有する。本明細書においては記述されていないが、レーダー９０６は、ＬＲＲと短距離レーダー（ＳＲＲ）モードの間において、時間において交互に変化する再構成の能力を有する。ＳＲＲモードは、相対的に低いゲイン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の、駐車及びダウンタウン移動を支援するための、及び環境の広いエリアに関する情報をキャプチャするための、迅速な決定を実施することができる。ＬＲＲモードは、狭い制御されたビーム及び大きなゲインを有する長距離を可能にしており、これは、高速用途の場合に強力であり、この場合に、相対的に長い処理時間は、相対的に大きな信頼性を許容している。それぞれのビーム位置ごとの過剰な滞留時間は、ブラインドゾーンを生成し得ると共に、調節可能なＬＲＲモードは、レーダー動作用のアンテナゲイン、送信パワー、及び望ましい信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を維持しつつ、高速物体検出が長距離において発生し得ることを保証している。

[0093] 図１０は、主題技術の様々な実装形態によるリフレクトアレイアンテナが無線通信を改善するために配備されている実施形態を示している。無線ネットワーク１０００は、ＢＳ１００２などの少なくとも１つの無線基地局（「ＢＳ」）の送信及び受信範囲内においてＵＥにサービスしている。ＢＳ１００２は、ＵＥ１００４Ａ－Ｈなどのそのカバレージエリア内のＵＥとの間において無線信号を送信及び受信している。カバレージエリアは、環境内の建物又はその他の構造によって中断される場合がある、これは、無線信号の品質に影響し得る。更に詳しく後述するように、ＵＥ１００４Ａ－Ｈ用の無線カバレージは、その近傍におけるリフレクトアレイアンテナ１００６の設置により、大幅に改善することができる。リフレクトアレイアンテナ１００６は、図１Ａ～図１Ｃのリフレクトアレイ構成１００であり、或いはその少なくとも一部分を含んでいる。単一のリフレクトアレイアンテナ１００６が例示を目的として示されているが、必要に応じて、複数のこのようなリフレクトアレイアンテナを無線ネットワーク１０００内において配置することができる。

[0094] 様々な例において、リフレクトアレイアンテナ１００６は、ＢＳ１００２とＵＥ１００４Ａ－Ｈの間における能動型リレーとして機能することができる。リフレクトアレイアンテナ１００６は、所定の入射角度（或いは、方向）においてＢＳ１００２から信号を受け取り、信号をＵＥ１００４Ａ－Ｈについて狙いが定められている１つ又は複数の指向性ビームとして反射している。図１０に描かれているように、カットアウト１００８は、２つのリフレクトアレイを有するリフレクトアレイアンテナ１００６を示しており、この場合に、第１リフレクトアレイは、同一平面上のフィード要素を有する反射器要素と、特定の偏向において第１リフレクトアレイから反射されたＲＦビームを通過させるように第２リフレクトアレイとして機能する偏向グリッドと、を有する。カットアウト１００８は、仰角角度θ_ＩＮ及び方位角度φ_ＩＮを有する入射角度から到来する入射ビームを描いており、仰角角度θ_ＯＵＴ及び方位角度φ_ＯＵＴを有する反射角度において放射する反射ビームを描いている。入射ビームは、第１リフレクトアレイによって受け取られ、第１リフレクトアレイ内の１つ又は複数のフィード要素は、第１リフレクトアレイに反射されて戻るように、受け取られた入射ビームに基づいて、第１偏向におけるフィードシグナリングにより、第２リフレクトアレイを照明している。第１リフレクトアレイは、第２リフレクトアレイを通過する第２偏向を有する送出ビームを生成するように、反射ビームの偏向を変更している。リフレクトアレイアンテナ１００６の指向性は、更に詳しく後述するように、無線ネットワーク１０００の幾何学的構成（例えば、ＢＳ１００２の配置、リフレクトアレイアンテナ１００６との関係における距離、など）のみならず、ネットワーク１０００内のリフレクトアレイアンテナ１００６のアンテナ仕様を検討することにより、実現されている。特定の設計を実装するために及び特定のカバレージエリア制約を充足するために、様々な構成、形状、及び寸法を使用することができる。リフレクトアレイアンテナ１００６は、任意の無線ネットワーク環境内において配置することが可能であり、これは、郊外の静かなエリア内に又は高密度の都市ブロックなどの交通量の多いエリア内に位置し得る。リフレクトアレイアンテナ１００６などの及び本明細書において開示されているように設計されたリフレクトアレイの使用は、場合によっては、現時点の５Ｇデータレートの１００倍の大きな性能改善を結果的にもたらし得る。リフレクトアレイアンテナ１００６は、低費用であり、リフレクトアレイの製造及びセットアップが容易であり、その動作に対する手動的な調節を必要とすることなしに自己較正され得る。

[0095] また、開示されている例に関する以上の説明は、当業者が本開示を実施又は使用することを可能にするために提供されていることを理解されたい。これらの例に対する様々な変更については、当業者に容易に明らかとなり、本明細書において定義されている一般的な原理は、本開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、その他の例に適用することができる。従って、本開示は、本明細書において示されている例に限定されることを意図したものではなく、本明細書において開示されている原理及び新規な特徴と一貫性を有する最も広い範囲を付与することを要する。

[0096] 項目の任意のものを分離するための「及び（and）」又は「又は（or）」という用語を伴う本明細書において使用されている一連の項目に先行する「～の少なくとも１つ（at least one of）」というフレーズは、リストのそれぞれの構成要素（即ち、それぞれの項目）ではなく、リストを全体として修飾している。「～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してはおらず、むしろ、このフレーズは、項目の任意のものの少なくとも１つ及び／又は項目の任意の組合せの少なくとも１つ及び／又は項目のそれぞれのものの少なくとも１つを含む意味を許容している。例として、「Ａ、Ｂ、及びＣの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ、又はＣの少なくとも１つ」というフレーズは、それぞれ、Ａのみ、Ｂのみ、又はＣのみ、Ａ、Ｂ、及びＣの任意の組合せ、及び／又はＡ、Ｂ、及びＣのそれぞれのものの少なくとも１つを意味している。

[0097] 更には、「含む（include）」、「有する（have）」という用語、或いは、これらに類似したものが説明及び請求項において使用されている範囲において、このような用語は、「有する（comprise）」が請求項における遷移語として利用されている際に解釈されているように、「有する（comprise）」という用語に類似した方式で包含的なものとなることが意図されている。

[0098] 単数形の要素に対する参照は、その旨が具体的に記述されていない限り、「１つの及び唯一の（one and only one）」を意味することを意図してはおらず、むしろ「１つ又は複数（one or more）」を意味することが意図されている。「いくつかの（some）」という用語は、１つ又は複数を意味している。下線を有する及び／又はイタリック体である見出し及びサブ見出しは、利便のみを目的として使用されており、主題技術を限定するものではなく、主題技術の説明の解釈との関連において参照されてはならない。当技術分野において既知である又は当業者に後から既知となる本開示の全体を通じて記述されている様々な構成の要素のすべての構造的且つ機能的均等物は、引用により、本明細書において明示的に包含されており、主題技術によって包含されることが意図されている。更には、本明細書において開示されているものは、そのような開示が以上の説明において明示的に記述されているかどうかとは無関係に、いずれも、公有状態となることを意図してはいない。

[0099] 本明細書は、多くの具体的事項を含んでいるが、これらは、特許請求され得るものの範囲に対する制限として解釈されてはならず、むしろ、主題の特定の実装形態の説明として解釈することを要する。また、別個の実装形態の文脈において本明細書において記述されている特定の特徴は、単一の実装形態において組合せとして実装することもできる。また、逆に、単一の実装形態の文脈において記述されている様々な特徴は、別個に複数の実装形態において又は任意の適切なサブ組合せとして実装することもできる。更には、特徴は、特定の組合せにおいて機能するものとして上述されている場合があり、場合によっては、そのように当初特許請求されている場合があるが、特許請求された組合せからの１つ又は複数の特徴は、いくつかのケースにおいては、組合せから除去することが可能であり、特許請求された組合せは、サブ組合せ又はサブ組合せの変動をも対象とし得る。

[0100] 本明細書の主題は、特定の態様の観点において記述されているが、その他の態様を実装することが可能であり添付の請求項の範囲に含まれている。例えば、動作は、図面において特定の順序において描かれているが、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の特定の順序において又は連続的な順序において実行されることを又はすべての図示の動作が実行されることを必要としているものと理解してはならない。請求項において記述されているアクションは、異なる順序において実行することが可能であり、依然として望ましい結果を実現し得る。一例として、添付図面において描かれているプロセスは、必ずしも、望ましい結果を実現するために図示の特定の順序又は連続的な順序を必要としてはいない。更には、上述の態様における様々なシステムコンポーネントの分離は、すべての態様においてこのような分離を必要としているものと理解してはならず、記述されているプログラムプロダクトコンポーネント及びシステムは、一般に、単一ハードウェア内において１つに統合することが可能であり、或いは複数のハードウェア製品としてパッケージ化することができることを理解されたい。その他の変形も、添付の請求項の範囲に含まれている。

Claims (20)

1. 複数の層を有するアンテナシステムであって、
   高周波集積回路（ＲＦＩＣ）層と、
   ＲＦ信号の送信及び受信用の経路を生成する複数の放射要素を有するアンテナ層と、
   前記アンテナ層にほぼ平行に位置決めされた偏向層と、
   を有するアンテナシステム。
2. 信号プレーン層と、グラウンドプレーン層と、を更に有する、請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記偏向層は、反射表面を形成するグリッド構造を有するリフレクトアレイ構造である、請求項１に記載のアンテナシステム。
4. 前記グリッド構造は、少なくとも１つの反射器要素を有するセルのアレイを含む、請求項３に記載のアンテナシステム。
5. 前記セルのアレイは、
   前記アンテナ層との関係において第１角度位置において位置決めされた第１セルと、
   前記アンテナ層との関係において第２角度位置において位置決めされた第２セルであって、前記第１及び第２角度位置は異なっている、第２セルと、
   を有する、請求項５に記載のアンテナシステム。
6. 前記セルのアレイの軸は、入射電界との関係において傾斜しており、前記セルのアレイは、反射されたビームを重畳し偏向を変更するように構成されている、請求項６に記載のアンテナシステム。
7. 車両レーダーシステム内において位置決めされている、請求項１に記載のアンテナシステム。
8. トラフィックインフラストラクチャシステム内において位置決めされている、請求項１に記載のアンテナシステム。
9. リフレクトアレイアンテナシステムであって、
   第１偏向において反射表面として動作するように及び前記第１偏向とは異なる第２偏向において透明表面として動作するように構成された偏向グリッドを有する第１リフレクトアレイと、
   リフレクトアレイセルのアレイを有し前記第１リフレクトアレイに実質的に平行に構成された第２リフレクトアレイであって、前記第２リフレクトアレイは、第１軸に沿って視野をスキャニングするように前記第１軸に沿って構成されたフィード要素の第１の組と、第２軸に沿って前記視野をスキャニングするように前記第１軸に直交する前記第２軸に沿って構成されたフィード要素の第２の組と、を有し、前記第２リフレクトアレイは、前記偏向グリッドにおける反射のために前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組の１つ又は複数によって前記第１偏向における高周波（ＲＦ）ビームを放射するように及び前記偏向グリッドを通じた透過のために前記第２偏向において反射ＲＦビームを放射するように構成されている、第２リフレクトアレイと、
   を有するリフレクトアレイアンテナシステム。
10. 前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組は、パッチ要素を有する、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
11. 前記第２リフレクトアレイ内の前記リフレクトアレイセルのアレイは、前記第２偏向において前記反射ＲＦビームを生成するために、位相シフトを前記第１偏向における前記ＲＦビームに適用している、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
12. 前記第１リフレクトアレイ及び前記第２リフレクトアレイは、既定の距離だけ分離されている、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
13. 前記フィード要素の第１の組又は前記フィード要素の第２の組内のフィード要素は、前記ＲＦビームの重畳がその場所において既定のゲインを有する組み合わせられたビームを生成するように、前記第２リフレクトアレイ上の共通場所に向かって同時にＲＦビームを放射している、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
14. 前記フィード要素の第１の組又は前記フィード要素の第２の組内のフィード要素は、順番にスイッチングされている、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
15. 前記第１リフレクトアレイは、既定の量だけその偏向を変更するように位相シフトを前記第１偏向における前記ＲＦビームに適用している、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
16. 前記第１リフレクトアレイは、第１位相分布を有し、前記第２リフレクトアレイは、フィード照明に由来するＲＦビームが前記第２リフレクトアレイから前記第１リフレクトアレイ内のターゲット反射器要素に反射されるようにするために前記第１位相分布にマッピングされた第２位相分布を有する、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
17. 前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組のそれぞれは、セルが前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組のそれぞれと前記第２リフレクトアレイの周囲との間において前記第２リフレクトアレイの表面上においてパターン化されるように、両方の軸に沿って構成されたフィード要素のサブアレイを含む、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
18. 前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組のそれぞれは、フィード要素の両方の行がエッジからエッジに延在するように及び前記第２リフレクトアレイの中心において交差するように、両方の軸において１つの行として前記第２リフレクトアレイの全体表面に跨って横方向において構成されている、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
19. 前記第２リフレクトアレイは、ＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）層及び前記ＲＦＩＣ層上において配設されたアンテナ層を有し、前記アンテナ層は、前記リフレクトアレイセルのアレイを有し、前記ＲＦＩＣ層は、フィード照明に由来する前記ＲＦビームにゲインを適用するように構成された複数のＲＦＩＣコンポーネントを有する、請求項９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。
20. 前記フィード要素の第１の組及び前記フィード要素の第２の組内のそれぞれのフィード要素は、前記ＲＦＩＣ層内の前記複数のＲＦＩＣコンポーネントの個々のものに結合されている、請求項１９に記載のリフレクトアレイアンテナシステム。

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