JP6469842B2 - 短壁導波路放射のための折畳式放射スロット - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１４年８月６日に出願された米国特許出願第１４／４５３，４１６号に対する優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

[0002] 本明細書で別段の指示がない限り、本セクションで記載される事項は、本出願の特許請求の範囲に対する先行技術ではなく、かつ、本セクションに含めることにより先行技術として認められるものでもない。

[0003] 電波探知測距（レーダ）システムは、電波信号を発し、反射された反射信号を検出することによって、環境特性への距離を能動的に推定するために使用することができる。電波反射特性の距離は、送信と受信との間の時間遅延に従って決定することができる。レーダシステムは、時間変化する周波数ランプを有する信号などの、時間とともに周波数が変化する信号を発し、その後、発された信号と反射された信号との間の周波数の差異を距離推定値に関連付けることができる。いくつかのシステムは、受信した反射信号のドップラー周波数シフトに基づき、反射物体の相対的な動きを推定することもできる。

[0004] 指向性アンテナは、信号の送信及び／又は受信に使用して、各範囲推定値をベアリングと関連付けることができる。より一般的には、指向性アンテナを使用して、対象の所定の視野に放射エネルギーを集中（ｆｏｃｕｓ）させることもできる。測定された距離と方向情報とを組み合わせることにより、周囲の環境特性をマッピングすることが可能になる。したがって、レーダセンサは、センサ情報によって示される障害物を回避するために、例えば、自律車両制御システムによって使用され得る。

[0005] いくつかの例示的な自動車用レーダシステムは、ミリメートル（ｍｍ）波電磁波長（例えば、７７ＧＨｚに対して３．９ｍｍ）に対応する７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）の電磁波周波数で動作するように構成され得る。これらのレーダシステムは、自律車両の周囲の環境などの環境を高精度にレーダシステムが測定できるようにするために、放射エネルギーを狭いビームに集中させることができるアンテナを使用し得る。そのようなアンテナは、小型（典型的には長方形因子を有する）、効率的（すなわち、７７ＧＨｚのエネルギーのほとんどは、アンテナ内で熱が失われたり、又は反射して送信機電子機器に戻ることがない）、かつ低コストで製造が容易（すなわち、これらのアンテナを備えたレーダシステムは大量に製造することができる）であり得る。

[0006] 第１の態様では、本出願は放射構造に関する実施形態を開示する。一態様では、放射構造は、導波路を介して電磁エネルギーを伝搬するように構成された導波路層を含む。導波路は、高さ寸法及び幅寸法を有することができる。放射構造はまた、導波路層に結合された放射層を含む。放射層は、導波路層の高さ寸法に平行であってもよい。加えて、放射層は、放射素子を含んでもよい。放射素子は、傾斜又は湾曲した経路によって画定されるスロットであってもよい。さらに、放射素子は導波路層に結合されてもよい。さらに、放射素子は導波路の高さ寸法よりも大きい有効長さを有してもよく、有効長さはスロットの傾斜又は湾曲経路に沿って測定される。

[0007] 別の態様では、本出願は電磁エネルギーを放射する方法を説明する。この方法は、導波路層内の導波路を介して電磁エネルギーを伝搬させることを含み得る。導波路は、高さ寸法と幅寸法の両方を有し得る。この方法はまた、導波路からの電磁エネルギーを放射層に配置された放射素子に結合することを含み得る。放射層は、導波路層に結合されてもよく、放射層は、導波路層の高さ寸法に平行であってもよい。加えて、放射層は、放射素子を含み得る。放射素子は、傾斜又は湾曲した経路によって画定されるスロットであってもよい。加えて、放射素子は導波路層に結合されてもよい。さらに、放射素子は導波路の高さ寸法よりも大きい有効長さを有することができる。放射素子の有効長さは、スロットの傾斜又は湾曲した経路に沿って測定され得る。この方法はまた、結合された電磁エネルギーを放射素子に放射することを含み得る。

[0008] さらに別の態様では、本出願は別の放射構造を説明する。放射構造は、導波路を介して電磁エネルギーを伝搬するように構成された導波路層を含み得る。導波路層の導波路は、高さ寸法及び幅寸法を有し得る。加えて、電磁エネルギーは波長を有してもよい。放射構造はまた、導波路層に結合された放射層を有し得る。放射層は、導波路層の高さ寸法に平行であってもよい。加えて、放射層は、放射素子の線形アレイを含み得る。アレイは、複数の放射素子を含む。各放射素子は、傾斜又は湾曲した経路によって画定されるスロットを含み得る。さらに、各放射素子は、導波路層に結合されてもよい。さらに、各放射素子は、導波路の高さ寸法よりも大きな有効長を有し得る。放射素子の有効長さは、スロットの傾斜又は湾曲した経路に沿って測定され得る。さらに、各放射素子はそれぞれの回転を有してもよく、各放射素子のそれぞれの回転は、所望のテーパ形状に基づいて選択され得る。さらに、線形アレイ内の隣接する放射素子間の間隔は、電磁エネルギーの波長の半分にほぼ等しくてもよい。

[0009] 別の態様では、本出願は電磁エネルギーを放射する装置を説明する。この装置は、導波路層内に電磁エネルギーを伝搬させるための手段を含み得る。電磁エネルギーを伝搬させる手段は、高さ寸法と幅寸法の両方を有し得る。この装置はまた、電磁エネルギーを伝搬するための手段からの電磁エネルギーを、放射層に配置された放射手段に結合させるための手段を含み得る。放射層は導波路層に結合されてもよく、放射層は導波路層の高さに平行であってもよい。加えて、放射層は、放射するための手段を含み得る。放射手段は、傾斜又は湾曲した経路によって画定され得る。加えて、放射手段は導波路層に結合されてもよい。さらに、放射手段は、導波路の高さ寸法よりも大きい有効長を有し得る。放射手段の有効長さは、スロットの傾斜又は湾曲した経路に沿って測定され得る。装置はまた、結合された電磁エネルギーを放射手段で放射することを含み得る。

[0010] 前述の概要は例示に過ぎず、決して限定することを意図するものではない。上記の例示的な態様、実施形態、及び特徴に加えて、さらなる態様、実施形態、及び特徴は、図面及び以下の詳細な説明を参照することによって明らかになるであろう。

[0011] 導波路上の放射スロットの例を示す図である。 [0012] １０の放射Ｚスロットを備えた例示的な導波路を示す図である。 [0013] ６つの放射導波路を備えた例示的なレーダシステムを示す図である。 [0014] ６つの放射導波路及び導波路供給システムを例示的なレーダシステムを示す図である。 [0015] 例示的な導波路アンテナによる電磁エネルギーを放射する例示的な方法を示す図である。 [0016] 例示的な導波路装置の一部分を示す分解立体図である。

[0017] 以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面を参照する。図面において、類似の記号は、文脈がそうでないと指示しない限り、典型的には同様の構成要素を特定する。詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記載された例示的な実施形態は、限定を意味するものではない。本明細書に提示される主題の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、他の変更が行われてもよい。本明細書に一般的に記載され、図示されている本開示の態様は、広範囲の異なる構成で配置、置換、組み合わせ、分離、及び設計することができ、そのすべてがここで明示的に企図されていることは容易に理解されるであろう。

[0018] 以下の詳細な説明は、ミリメートル電磁波シグナリングのために使用される自動車の高周波（例えば、７７ＧＨｚ）レーダアンテナなどの短壁導波路放射のための折畳式放射スロットのための装置及び方法に関する。実際には、導波路アンテナは様々な手法で製造され得る。例えば、プリント導波路送信線（ＰＷＴＬ）アンテナの場合、導電性接着薄膜を使用してＰＷＴＬアンテナの様々な層を互いに接着することができる。しかし、このようなアンテナの性能は、アンテナの放射効率及び利得が、導電性接着層の導電率、その整列及び積層の時間に大きく依存するため、最適ではない可能性がある。

[0019] この理由から、はんだ付け（又は金属と金属の融着）は、銅箔／シートに接着されたアルミニウム板金層（銅めっきあり）などの金属層の間のより良好な接着性を提供し得る。他の例では、シート金属は、フォイルではなく他のシート金属に接着されてもよい。加えて、いくつかの例では、金属層が接着される前に、様々な構造がそれぞれの金属層に形成されてもよい。接着後、様々な構造物は、自律車両に使用するためのレーダユニットなどのレーダユニットを形成し得る。

[0020] 一例では、最下層はポート機構（ｐｏｒｔ ｆｅａｔｕｒｅ）を有し得る。ポート機構は、電磁エネルギー（電磁波など）がレーダユニットに入ることを可能にし得る。ポート機構は、信号生成ユニットからの電磁エネルギーを、レーダユニットの周りの環境（又はレーダユニットが結合されている車両の周り）への送信のためにレーダユニットに結合させることを可能にする。加えて、ポートは、レーダユニット内の電磁エネルギーをレーダユニットから外に結合させることができる。例えば、レーダユニットが電磁エネルギーを受け取る場合、レーダユニットは、ポートから処理電子機器に電磁エネルギーを結合し得る。したがって、ポートは、レーダユニットと、レーダユニットを動作させることができる信号生成及び／又は処理電子機器との間のゲートウェイ（ｇａｔｅｗａｙ）として機能し得る。

[0021] 最下層と最上層の両方に中間層が結合され得る。中間層は、導波路層と呼ばれ得る。中間層は、その中に少なくとも１つの導波路を有し得る。導波路は、中間層の厚さに対して測定される幅を有し得る（例えば、中間層の導波路の最大幅は、中間層の厚さと等しくてもよい）。さらに、導波路の高さは、層が互いに接着される平面に平行な方向に測定され得る。加えて、いくつかの例では、導波路の幅は導波路の高さよりも大きい。導波路層の導波路は、電磁エネルギーの経路づけ（ｒｏｕｔｉｎｇ）、結合、及び分割（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）などのいくつかの機能を実行し得る。

[0022] 一例では、中間層は、最下層のポートから電磁エネルギーを受け取ることができる。中間層の導波路は、電磁エネルギーを分割し、電磁エネルギーを最上層に位置する少なくとも１つの放射構造に送ることができる。別の例では、中間層は、最上層の少なくとも１つの放射構造から電磁エネルギーを受け取ることができる。中間層の導波路は、電磁エネルギーを結合し、電磁エネルギーを最下層に位置するポートに送ることができる。

[0023] 最上層は、少なくとも１つの放射構造を含み得る。放射構造は、中間層に接着された金属シート上にエッチングされ、切断され、又は他の方法で配置され得る。放射構造は、２つの機能のうちの少なくとも１つを実行するように構成され得る。第１に、放射構造は、導波路内を伝搬する電磁エネルギーを自由空間に放射するように構成され得る（すなわち、放射構造は、導波路内の誘導エネルギーを自由空間内を伝搬する放射無誘導エネルギーに変換する）。第２に、放射構造は、自由空間内を伝搬する電磁エネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを導波路内に経路づけるように構成され得る（すなわち、放射構造は、自由空間から無導波路エネルギーを導波路内を伝搬する誘導エネルギーに変換する）。

[0024] いくつかの実施形態では、放射構造は、放射スロットの形態をとり得る。放射スロットは、長さ寸法を有し得る。長さ寸法は、スロットの動作の共振周波数に対応し得る。スロットの共振周波数は、導波路内の電磁エネルギーの周波数に等しいか、又は実質的に近くてよい。例えば、スロットの長さは、導波路内の電磁エネルギーの波長の約半分で共振し得る。いくつかの例では、スロットの共振長さは導波路の高さよりも大きくてもよい。スロットが導波路よりも長い場合、スロットの有効長さは、導波路内（すなわち、導波路に対して開放されているスロットの部分）のエネルギーが結合することができるスロットの長さであるので、エネルギーはスロットに正しく結合しないことがある。したがって、電磁エネルギーはスロットから放射されないことがある。しかし、いくつかの例では、スロットの全長が共振長さに等しいが、スロットは導波路の高さ内にまだ収まるように、スロットを成形することができる。これらの形状は、Ｚ、Ｓ、７、又は他の類似の形状であってもよい（例えば、形状の全長は全スロット有効長さであり、形状の曲がりはより小さい空間でより長いスロットを可能にする）。したがって、スロットは、導波路の高さよりも長いが、依然として所望の放射周波数で共振するスロットのように機能することができる。

[0025] 導波路ユニットの製造の一例では、各層上に配置された構造物は、層が互いに接着される前に、各層上に配置、切断、エッチング又はミリングされ得る。したがって、各素子が機械加工されると、素子の位置は各層上にかなり正確に配置され得る。最下層が中間層に接着されていると、ポートは導波部の直下に配置され得る。したがって、ポート全体が中間層の導波路に対して開放されていてもよい。加えて、最上層の放射素子は、放射素子全体が導波路セクションの真上に配置され得るように位置決めされ得る。したがって、放射素子の全体が中間層の導波路に対して開放されていてもよい。

[0026] 図１〜４は、短壁導波路放射のための折畳式放射スロットのための例示的な装置が実施され得る例示的な導波路及びレーダシステムを示す。

[0027] ここで図面を参照すると、図１は、レーダアンテナユニット１００の導波路１０２上の放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）の一例を示している。レーダアンテナユニット１００は、放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）の導波路１０２上の１つの可能な構成を示すことが理解されよう。

[0028] また、このようなアンテナの所与の用途が、放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）及び導波路１０２の両方の適切な寸法及びサイズを決定し得ることも理解されよう。例えば、上述のように、いくつかの例示的なレーダシステムは、３．９ミリメートル電磁波長に相当する７７ＧＨｚの電磁波周波数で動作するように構成され得る。この周波数では、方法１００によって製造された装置のチャネル、ポート等は、７７ＧＨｚの周波数に適した所定の寸法とすることができる。他のアンテナ及びアンテナの応用例も可能である。

[0029] レーダアンテナユニット１００の導波路１０２は、高さがＨ、幅がＷである。図１に示したように、導波路の高さはＹ方向に延び、幅はＺ方向に延びている。導波路の高さと幅は両方とも導波路１０２の動作の周波数に基づき選ばれ得る。例えば、導波路１０２を７７ＧＨｚで動作させる場合、導波路１０２は高さＨ及び幅Ｗで構成され、７７ＧＨｚ波の伝搬を可能にし得る。電磁波は導波路を通ってＸ方向に伝搬し得る。いくつかの例では、導波路は、ＷＲ−１２又はＷＲ−１０などの標準サイズを有し得る。ＷＲ−１２導波路は、６０ＧＨｚ（５ｍｍ波長）と９０ＧＨｚ（３．３３ｍｍ波長）との間の電磁波の伝搬を支援し得る。加えて、ＷＲ−１２導波路は、約３．１ｍｍ×１．５５ｍｍの内部寸法を有し得る。ＷＲ−１０導波路は、７５ＧＨｚ（４ｍｍ波長）と１１０ＧＨｚ（２．７２７ｍｍ波長）との間の電磁波の伝搬を支援し得る。加えて、ＷＲ−１２導波路は、約２．５４ｍｍ×１．２７ｍｍの内部寸法を有し得る。例として、ＷＲ−１２及びＷＲ−１０導波路の寸法を示す。他の寸法も可能である。

[0030] 導波路１０２は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーを放射するようにさらに構成され得る。放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）は、図１に示したように、導波路１０２の表面上に配置され得る。加えて、図１に示したように、放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）は、高さＨの寸法を有する導波路１０２の側面に主に配置され得る。さらに、放射スロット（１０４、１０６ａ、１０６ｂ）は、電磁エネルギーをＺ方向に放射するように構成され得る。

[0031] 線形スロット１０４は、従来の導波路放射スロットであってもよい。線形スロット１０４は、スロットの長寸法と同じ方向に偏波を有し得る。Ｙ方向に測定された線形スロット１０４の長寸法は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーの波長の約半分であり得る。７７Ｇｈｚでは、線形スロット１０４の長寸法は、線形スロットを共振させるために約１．９５ｍｍであり得る。図１に示したように、線形スロット１０４は、導波路１０２の高さＨよりも長い長寸法を有し得る。したがって、線形スロット１０４は、高さＨ寸法を有する導波路のちょうど側面に嵌合するには長すぎる可能性がある。線形スロット１０４は、導波路１０２の最上部及び最下部に続くことができる。加えて、線形スロット１０４の回転は、導波路の向きに関して調整され得る。線形スロット１０４を回転させることによって、線形スロット１０４のインピーダンス、及び放射の偏光及び強度が調整され得る。

[0032] 加えて、線形スロット１０４は、Ｘ方向に測定され得る幅寸法を有する。一般的に、線形スロット１０４の帯域幅を調整するために、導波路の幅を変えることができる。多くの実施形態では、線形スロット１０４の幅は、導波路を通って伝搬する電磁エネルギーの波長の約１０％である。７７Ｇｈｚでは、線形スロット１０４の幅は、約０．３９ｍｍであり得る。しかし、線形スロット１０４の幅は、様々な実施形態において、より広く又は狭くし得る。

[0033] しかし、いくつかの状況では、導波路１０２が、高さＨの寸法を有する導波路の側面以外の任意の側面上にスロットを有することは、実用的ではない。例えば、いくつかの製造プロセスは、層状の導波路構造を作り出し得る。これらの層は、導波路の片側のみが自由空間に曝露されるようにすることができる。層が形成されるとき、それぞれの導波路の最上部及び最下部は自由空間に曝露されないことがある。したがって、導波路の最上部及び最下部に延びる放射スロットは、自由空間に完全に曝露されず、したがって、導波路のいくつかの構成では正しく機能しないであろう。したがって、いくつかの実施形態では、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂを使用して、導波路の内部から電磁エネルギーを放射することができる。

[0034] 導波路は、電磁エネルギーを放射するために、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂなどの様々な寸法のスロットを含み得る。例えば、半波長サイズのスロットが導波路の側面に嵌合できない状況において、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂが導波路に使用され得る。折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂはそれぞれ、関連する長さ及び幅を有し得る。折畳式スロットの湾曲部又は屈曲部を介して測定されるように、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂの全長は、波中の電磁エネルギーの波長の約半分に等しくてもよい。したがって、同じ動作周波数では、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂは、線形スロット１０４とほぼ同じ全長を有し得る。図１に示したように、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂは、それぞれ文字のＺのような形状である、Ｚスロットである。様々な実施形態において、他の形状も同様に使用され得る。例えば、Ｓスロットと７スロットの両方も使用され得る（ここでスロットはそれに因んだ文字又は番号のような形状になる）。

[0035] 折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂはそれぞれ、回転を有し得る。上記と同様に、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂの回転は、導波路の向きに関して調整され得る。折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂを回転させることによって、折畳式スロット１０６ａ及び１０６ｂのインピーダンス及び放射の偏光が調整され得る。放射強度はまた、低めのサイドローブレベル（ＳＬＬ）に整列させるための振幅テーパに使用できるような回転によって変化させることができる。ＳＬＬについてはアレイ構造に関してさらに説明する。

[0036] 図２は、レーダユニット２００内に１０の放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）を有する例示的な導波路２０２を示す。電磁エネルギーが導波路２０２を伝搬するにつれて、電磁エネルギーの一部は、導波路２０２上の放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）の１つ以上に結合し得る。したがって、導波路２０２上の放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）のそれぞれは（Ｚ方向の）電磁信号を放射するように構成され得る。場合によっては、放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）のそれぞれは、関連するインピーダンスを有し得る。各それぞれの放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）のインピーダンスは、それぞれのスロットの寸法とそれぞれのスロットの回転の両方の関数であり得る。各それぞれのスロットのインピーダンスは、各それぞれの放射Ｚスロットの結合係数を決定し得る。結合係数は、それぞれのＺスロットによって放射される導波路２０２を伝搬する電磁エネルギーの割合を決定する。

[0037] いくつかの実施形態では、放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）は、テーパ形状に基づいて回転するように構成され得る。テーパ形状は、各放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）に対する所与の結合係数を指定し得る。加えて、テーパ形状は、所望のビーム幅でビームを放射するように選択され得る。例えば、図２に示された一実施形態では、テーパ形状を得るために、放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）がそれぞれ関連する回転を有し得る。各放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）の回転は、各スロットのインピーダンスを異なるようにし、したがって各放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）の結合係数をテーパ形状に対応させる。導波路２０２の放射Ｚスロット２０４ａ〜２０４ｊのテーパ形状、並びに他の導波路の他の放射Ｚスロットのテーパ形状は、そのような導波路のグループを含むアンテナアレイのビーム幅を制御し得る。アレイが電磁エネルギーを放射するとき、エネルギーは、主ビーム及びサイドローブに一般に放射される。典型的には、サイドローブはアレイからの望ましくない副作用である。したがって、テーパ形状は、アレイからＳＬＬ（すなわち、サイドローブに放射されるエネルギーの量）を最小限に抑え又は低減するように選択され得る。

[0038] 図３は、６つの放射導波路３０４ａ〜３０４ｆを有する例示的なレーダシステム３００を示す。６つの放射導波路３０４ａ〜３０４ｆのそれぞれは、放射Ｚスロット３０６ａ〜３０６ｆを有し得る。６つの放射導波路３０４ａ〜３０４ｆのそれぞれは、図２に関して説明した導波路２０２と同様であり得る。いくつかの実施形態では、一群の導波路は、それぞれ放射スロットを含み、アンテナアレイとしても知られている。６つの放射導波路３０４ａ〜３０４ｆのアンテナアレイの構成は、レーダシステム３００の所望の放射パターンと製造プロセスの両方に基づき得る。レーダシステム３００の放射パターンの構成要素の２つは、ビーム幅もビーム角も含む。例えば、図２で説明したのと同様に、放射導波路３０４ａ〜３０４ｆのそれぞれの放射Ｚスロット３０６ａ〜３０６ｆのテーパ形状が、アンテナアレイのビーム幅を制御し得る。レーダシステム３００のビーム幅は、その全体にわたって多数のレーダシステムの大半の放射エネルギーが向けられているアンテナ面（例えば、Ｘ〜Ｙ面）に対する角度に対応し得る。

[0039] 図４は、６つの放射導波路４０４ａ〜４０４ｆ及び導波路給電システム４０２を有する例示的なレーダシステム４００を示す。６つの放射導波路４０４ａ〜４０４ｆは、図３の６つの放射導波路３０４ａ〜３０４ｆと同様であり得る。いくつかの実施形態では、導波路給電システム４０２は、入力ポートで電磁信号を受け取り、６つの放射導波路４０４ａ〜４０４ｆ間で電磁信号を分配（ｄｉｖｉｄｅ）するように構成され得る。このように、放射導波路４０４ａ〜４０４ｆのそれぞれの各放射Ｚスロット４０６ａ〜４０６ｆが放射する信号は、導波路給電システムを通ってＸ方向に伝搬し得る。様々な実施形態において、導波路給電システム４０２は、図４に示されているものと異なる形状又は構成を有し得る。導波路給電システム４０２の形状及び構成に基づき、放射信号の様々なパラメータが調整され得る。例えば、放射ビームの方向及びビーム幅は、導波路給電システム４０２の形状及び構成に基づき調整され得る。

[0040] 図５は、ミリメートル電磁波を伝搬するように構成された７７ＧＨｚ導波路折畳式スロットアンテナなどの、例示的な導波路アンテナによる電磁エネルギーを放射するための例示的な方法である。ブロック５００〜５０４は順番に示されているが、これらのブロックは、並列に、及び／又は本明細書に記載されたものとは異なる順序で実行されてもよい。また、様々なブロックがより少ないブロックに結合され、追加のブロックに分配され、及び／又は所望の実施に基づき除去され得る。

[0041] いくつかの実施形態では、導波路アンテナのいくつかの形状及び寸法は、製造するにはきわめて便利であるが、他の形状、寸法、及び既知又はまだ既知ではないそれと関連した方法が、同等に、又はより便利に実施され得る。本明細書に記載されたもの以外の形状及び寸法を含む、アンテナに形成された導波路チャネルの部分などの製造された導波路アンテナの部分の様々な形状及び寸法も可能である。後続及び／又は中間ブロックも他の実施形態では包含され得る。

[0042] さらに、図５の方法の態様は、図１〜４及び図６を参照して説明することができ、図６は例示的な導波路装置６００の一部分を示す分解立体図である。この例では、導波路装置６００は、最上層６１２と最下層６１４との間の導波路層６０２を含む積層構造を有する。

[0043] ブロック５００では、この方法は、導波路層の導波路を介して電磁エネルギーを伝搬することを含む。加えて、ブロック５００は、最下層のポートを介して電磁エネルギーを受け取り、このポートから導波路内に電磁エネルギーを結合することも含み得る。

[0044] 例示的な導波路層６０２が、導波路層に形成された導波路６０４の一部と一緒に図６に示されている。図６は、例示的な導波路装置６００の断面図を示す（すなわち、図６は、例示的な導波路装置６００の縦断面を正面から見たかのような図である）。実施例内では、導波路層内に形成された１つ以上の導波路チャネルは、電磁波が導波路アンテナに入った後、電磁波（例えば、ミリメートル電磁波）を上記のＺスロットなどの様々な放射スロットに誘導するように構成された導波路チャネルを経路づけし得る。導波路層内に形成されたこれら及び／又は他の導波路チャネルは、図１の導波路１０２に関して上述した寸法などの、様々な形状及び寸法を有し得る。一例として、導波路チャネルの１つ以上の部分は、導波路層６０２が厚さ約２．５４ｍｍである上記の内部寸法に応じて、約２．５４ｍｍ×約１．２７ｍｍであり得る。

[0045] さらに、最下層６１４は、その後、導波路６０４を通って伝搬され、放射素子６２０から放射され得る、導波路装置６００内で電磁波を受け取るように構成された入力ポート６２２を含み得る。入力ポート６２２は放射素子６２０の真下にあるように示されているが、いくつかの実施形態では、入力ポート６２２は、放射素子６２０に対して最下層６１４のどこにでも配置され、放射素子の真下には配置され得ないことが理解されよう。加えて、いくつかの実施形態では、入力ポート６２２は、実際に出力ポートとして機能し、電磁エネルギーが導波路６０４を出ることを可能にし得る。

[0046] 図５に戻って参照すると、ブロック５０２では、この方法は、導波路層に結合された放熱層に配置された放射素子に導波路からの電磁エネルギーを結合することを含む。電磁エネルギーが下方へ導波路を伝搬すると、電磁エネルギーの一部は、図２に関して説明した放射Ｚスロット（２０４ａ〜２０４ｊ）などの放射素子の１つ以上内に結合し得る。場合によっては、放射素子のそれぞれは関連インピーダンスを有し得る。前述のように、各それぞれの放射素子のインピーダンスは、それぞれのスロットの寸法の両方とそれぞれのスロットの回転の関数であり得る。各それぞれの放射素子のインピーダンスは、各それぞれの放射素子と導波路の間の結合係数を決定し得る。結合係数は、それぞれの放射素子によって放射される下方へ導波路を伝搬する電磁エネルギーの割合の尺度である。

[0047] ブロック５０４では、この方法は、放射素子と結合された電磁エネルギーを放射することを含む。一例として、図６に示したように、最上層６１２は、少なくとも１つの放射素子６２０を含み得る。放射素子６２０は、導波路層６０２に接着された金属シート上にエッチングされ、切断され、又は他の方法で配置され得る。放射素子６２０は、自由空間に出て導波路６０４の内部から接続された電磁エネルギーを放射するように構成され得る（すなわち、放射素子は、導波路６０４内の誘導エネルギーを自由空間に伝搬する無誘導エネルギーに変換する）。

[0048] いくつかの実施形態では、方法５００は、逆の順序（すなわち、電磁エネルギーは導波路装置６００によって受け取られ得る）で実行され得る。放射素子６２０は、自由空間に伝搬する電磁エネルギーを受け取り、受け取ったエネルギーを導波路６０４内へ経路づけするように構成され得る（すなわち、放射構造は、無誘導エネルギーを自由空間から導波路に伝搬する誘導エネルギーに変換する）。導波路６０４内部のエネルギーは、導波路６０４を通ってポート６２２（この例では、出力ポートとなる）に伝搬する。

[0049] いくつかの実施形態では、１つ以上の導波路チャネルの少なくとも一部が、放射層及び最下部金属層の少なくとも１つ内に形成され得る。例えば、１つ以上の導波路チャネルの第１の部分が放射金属層内に形成され得るが、１つ以上の導波路チャネルの第２の部分及び第３の部分は、それぞれ、導波路層及び最下部金属層内に形成され、ここで第２の部分及び第３の部分は同一であってもなくてもよい。このような実施形態では、放射層、導波路層、及び最下層が結合されている場合、これらの層は、第２の及び／又は第３の層の１つ以上の導波路チャネルの部分が第１の金属層の１つ以上の導波路チャネルの第１の部分と整列するように結合され、したがって、電磁波（例えば、ミリメートル電磁波）を伝搬するように構成され得る１つ以上の導波路チャネルを導波路アンテナに形成し得る。この例では、導波路の一部も放射層及び／又は最下層に配置され得るように、導波路の幅は導波路層の幅よりも広くてもよい。

[0050] 他の実施形態では、１つ以上の導波路チャネルは、導波路金属層内に完全に形成され得る。このような他の実施形態では、放射及び最下部金属層は、電磁波の放射を促進するように構成され得る他の要素を含み得る。例えば、図６に示したように、放射金属層は、ミリメートル電磁波などの電磁波を導波路装置６００から放射するように構成されたスロットを含む放射素子などの、放射素子６２０を含み得る。このスロットは、１つ以上の導波路チャネルの寸法に対して回転配向を有し得る。例えば、スロットは、Ｚスロット又は別のタイプのスロットであり得る。

[0051] 上記のものを含むがこれらに限定されない様々なプロセスは、放射、導波路、最下部、及び／又は追加の層と関係し得ることが理解されよう。また、本明細書に記載の構成は一例の目的のためであることが理解されよう。したがって、当業者は、他の構成及び他の要素（例えば、機械、装置、インターフェース、動作、順序、及び動作のグループ、等）を代わりに使用できることを理解するであろうし、いくつかの要素は、所望の結果に応じて完全に省略され得る。さらに、記載されている要素の多くは、任意の適切な組み合わせ及び場所で、個別の又は分散した構成要素として、又は他の構成要素と連携して実施することができる機能エンティティである。

[0052] 様々な態様及び実施形態が本明細書に開示されているが、他の態様及び実施形態が当業者には明らかであろう。本明細書で開示された様々な態様及び実施形態は例示目的のためであり、限定することは意図されず、範囲は以下の特許請求の範囲によって示されている。

Claims (16)

1. 導波路を介して電磁エネルギーを伝搬するように構成された導波路層であって、前記導波路は高さ寸法及び幅寸法を有する導波路層と、
   前記導波路層に結合された放射層と、を含む放射構造であって、
   前記放射層は前記導波路の前記高さ寸法に対して平行であり、
   前記放射層は複数の放射素子を含み、各放射素子は、
   傾斜又は湾曲経路によって画定されるスロットを含み、
   前記導波路層に結合され、かつ
   前記導波路の前記高さ寸法よりも大きい有効長さを有し、前記有効長さは、前記スロットの前記傾斜又は湾曲経路に沿って測定され、
   前記複数の放射素子のうちの第１の放射素子は、前記導波路の向きに関して第１の回転を有する第１のスロットを含み、
   前記複数の放射素子のうちの第２の放射素子は、前記導波路の向きに関して第２の回転を有する第２のスロットを含み、
   前記複数の放射素子のうちの第３の放射素子は、前記導波路の向きに関して第３の回転を有する第３のスロットを含み、
   前記第１の回転、前記第２の回転、及び前記第３の回転は、互いに異なる、放射構造。
2. 前記スロットは、Ｚ字状を有する傾斜経路によって画定され、前記Ｚ字状は中心部分と２つのアームを含み、各アームは、前記中心部分の対向端で前記中心部分に接続されている、請求項１に記載の放射構造。
3. 前記スロットは、Ｓ字状を有する湾曲経路によって画定される、請求項１に記載の放射構造。
4. 前記導波路は、約７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作し、ミリメートル（ｍｍ）電磁波を伝搬するように構成されている、請求項１の放射構造。
5. 前記幅寸法は、前記高さ寸法よりも大きい、請求項１の放射構造。
6. 各放射素子は、それぞれの回転を有し、各放射素子の前記それぞれの回転は、所望のテーパ形状に基づき選択される、請求項１の放射構造。
7. 各放射素子は、他の放射素子と前記同じ有効長さを有する、請求項１の放射構造。
8. 導波路層の導波路を介して電磁エネルギーを伝搬することであって、前記導波路は高さ寸法及び幅寸法を有する、伝搬することと、
   前記電磁エネルギーを前記導波路から前記導波路層に結合された放射層に配置された複数の放射素子に結合することと、
   前記放射層は、前記導波路の前記高さ寸法に対して平行であり、
   前記放射層は、前記複数の放射素子を含み、各放射素子は、
   傾斜又は湾曲経路によって画定されるスロットを含み、
   前記導波路層に結合されるとともに、
   前記導波路の前記高さ寸法よりも大きい有効長さを有し、前記有効長さは、前記スロットの前記傾斜又は湾曲経路に沿って測定され、かつ
   前記複数の放射素子のうちの第１の放射素子は、前記導波路の向きに関して第１の回転を有する第１のスロットを含み、
   前記複数の放射素子のうちの第２の放射素子は、前記導波路の向きに関して第２の回転を有する第２のスロットを含み、
   前記複数の放射素子のうちの第３の放射素子は、前記導波路の向きに関して第３の回転を有する第３のスロットを含み、
   前記第１の回転、前記第２の回転、及び前記第３の回転は、互いに異なり、
   前記結合された電磁エネルギーを前記複数の放射素子で放射することと、を含む
   電磁エネルギーを放射する方法。
9. 前記スロットは、Ｚ字状を有する傾斜経路によって画定され、前記Ｚ字状は中心部分と２つのアームを含み、各アームは前記中心部分の対向端で前記中心部分に接続されている、請求項８に記載の方法。
10. 前記スロットは、Ｓ字状を有する湾曲経路によって画定されている、請求項８に記載の方法。
11. 前記導波路は、約７７ギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作し、ミリメートル（ｍｍ）電磁波を伝搬するように構成されている、請求項８の方法。
12. 前記幅寸法は、前記高さ寸法よりも大きい、請求項８の方法。
13. 各放射素子はそれぞれの回転を有し、各放射素子の前記それぞれの回転は、所望テーパ形状に基づき選択される、請求項８の方法。
14. 各放射素子は、前記他の放射素子と前記同じ有効長さを有する、請求項８の方法。
15. 導波路を介して電磁エネルギーを伝搬するように構成された導波路層であって、前記導波路は高さ寸法及び幅寸法を有し、前記電磁エネルギーは波長を有する、導波路層と、
    前記導波路層に結合された放射層と、を含む放射構造であって、
    前記放射層は、前記導波路の前記高さ寸法に対して平行であり、
    前記放射層は放射素子の線形アレイを含み、前記アレイは、
    複数の放射素子であって、各放射素子は、
    傾斜又は湾曲経路によって画定されるスロットを含み、
    前記導波路層に結合され、かつ
    前記導波路の前記高さ寸法よりも大きい有効長さを有し、前記有効長さは、前記スロットの傾斜又は湾曲経路に沿って測定され、
    それぞれの回転を有し、各放射素子の前記それぞれの回転は、所望のテーパ形状に基づき選択される、複数の放射素子と、を含み、
    前記線形アレイの隣接した放射素子間の間隔が、前記波長の半分にほぼ等しい、放射構造。
16. 前記スロットは、Ｚ字状を有する傾斜経路によって画定され、前記Ｚ字状は、中心部分と２つのアームを含み、各アームは、前記中心部分の対向端で前記中心部分に接続されている、請求項１５の放射構造。