KR102124552B1 - 단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크 - Google Patents

단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크 Download PDF

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Abstract

단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크에 대한 예시적인 방법이 개시된다. 빔형성 네트워크는 6개의 빔형성 네트워크 출력들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 빔형성 네트워크 출력은 도파관 입력들의 세트 중 하나에 커플링된다. 또한, 빔형성 네트워크는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 6개의 위상-조절 섹션들로 분할하도록 구성된 분할기들의 캐스케이드된 세트를 포함할 수 있다. 캐스케이드는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제1 레벨 캐스케이드, 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성되는 제2 레벨, 및 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 전자기 에너지를 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성되는 제3 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있다.

Description

단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크{A BEAMFORMING NETWORK FOR FEEDING SHORT WALL SLOTTED WAVEGUIDE ARRAYS}
본원에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에서 설명되는 내용들은 본 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니고, 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술로 인정되는 것도 아니다.
라디오 신호들을 방출하고 리턴되는 반사 신호들을 검출함으로써 환경적 특징부들에 대한 거리들을 능동적으로 추정하기 위해 라디오 검출 및 레인징(RADAR) 시스템들이 사용될 수 있다. 라디오 반사 특징부들에 대한 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시변 주파수 램프를 갖는 신호와 같이 시간이 지남에 따라 주파수가 변하는 신호를 방출할 수 있고, 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수에서의 차이를 레인지 추정치와 관련시킬 수 있다. 일부 시스템들은 또한 수신된 반사 신호들에서의 도플러 주파수 시프트들에 기초하여 반사 객체들의 상대적인 움직임을 추정할 수 있다.
지향성 안테나들은 각각의 레인지 추정치를 베어링과 연관시키기 위한 신호들의 송신 및/또는 수신을 위해 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 지향성 안테나들은 또한 주어진 관심 시야에 방사 에너지를 집중시키기 위해 사용될 수 있다. 측정된 거리들과 방향 정보를 결합하는 것은 주변의 환경적 특징부들이 매핑되도록 허용한다. 따라서, 레이더 센서는 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 자율 차량 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.
일부 예시적인 자동차 레이더 시스템들은 밀리미터(mm) 파 전자기파 길이(예를 들어, 77 GHz에 대해 3.9 mm)에 대응하는 77 기가-헤르쯔(GHz)의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 레이더 시스템들은, 레이더 시스템이 자율 차량 주위의 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있도록 방사 에너지를 타이트한 빔들에 집중시킬 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 압축형이고(통상적으로 직사각형 폼 팩터들을 갖고), 효율적이고(즉, 안테나에서 열로 손실되거나 송신기 전자기기들로 다시 반사되는 77GHz 에너지가 거의 없고), 비용이 저렴하고, 제조가 용이하다 (즉, 이러한 안테나들을 갖는 레이더 시스템은 대량으로 제조될 수 있다).
제1 양태에서, 본 출원은 레이더 시스템과 관련된 실시예들을 개시한다. 레이더 시스템은 도파관 층에 위치된 6개의 방사 도파관들을 포함할 수 있다. 각각의 방사 도파관은 방사 도파관 입력을 가질 수 있다. 추가적으로, 각각의 방사 도파관은 각각의 다른 방사 도파관들과 동일한 높이 및 폭을 가질 수 있다. 방사 도파관들은 방사 도파관의 폭의 중심 및 방사 도파관의 길이에 의해 정의되는 평면 상에서 정렬될 수 있다. 추가로, 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 하나의 방사 엘리먼트에 커플링된다. 레이더 시스템은 또한 도파관 층에 위치된 빔형성 네트워크를 포함할 수 있다. 빔형성 네트워크는 빔형성 네트워크 입력을 포함할 수 있다. 추가적으로, 빔형성 네트워크는 6개의 빔형성 네트워크 출력들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 빔형성 네트워크 출력은 방사 도파관 입력들 중 하나에 커플링된다. 추가로, 빔형성 네트워크는 6개의 위상-조절 섹션들을 포함할 수 있다. 위상-조절 섹션들 각각은 6개의 캐스케이드 출력들 중 각각의 출력에 커플링될 수 있다. 또한 추가로, 빔형성 네트워크는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 6개의 위상-조절 섹션들로 분할하도록 구성된 분할기들의 캐스케이드된 세트를 포함할 수 있다. 캐스케이드는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제1 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있다. 캐스케이드는 또한 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제2 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있다. 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링될 수 있다. 캐스케이드는 또한 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제3 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있다. 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절 섹션들 중 각각의 하나에 커플링될 수 있다.
다른 양태에서, 본 출원은 전자기 에너지를 방사하는 방법을 설명한다. 방법은 빔형성 네트워크 입력에 의해 전자기 에너지를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 6개의 위상-조절 섹션들에 커플링된 6개의 분할된 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해, 수신된 전자기 에너지를 분할기들의 캐스케이드된 세트로 분할하는 단계를 포함한다. 분할하는 단계는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 제1 레벨 캐스케이드에 의해 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함한다. 분할하는 단계는 또한 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 제2 레벨 캐스케이드에 의해 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함하며, 여기서 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링된다. 분할하는 단계는 또한 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 전자기 에너지를 제3 레벨 캐스케이드에 의해 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함하며, 여기서, 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절 섹션들 중 각각의 하나에 커플링된다. 방법은 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해 6개의 위상-조절 섹션들에 의해 6개의 전자기 에너지 스트림들 각각의 위상을 조절하는 단계를 더 포함한다. 방법은 추가적으로, 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들 각각을, 도파관 층에 위치된 6개의 방사 도파관들의 각각의 방사 도파관에 커플링하는 단계를 포함하고, 여기서, 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 하나의 방사 엘리먼트에 커플링된다. 방법은 또한, 각각의 방사 도파관에 대해, 위상 조절된 전자기 에너지 스트림의 적어도 일부를 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 출원은 도파관 층에 위치된 빔형성 네트워크를 설명한다. 빔형성 네트워크는 빔형성 네트워크 입력을 포함한다. 추가적으로, 빔형성 네트워크는 6개의 빔형성 네트워크 출력들을 포함하고, 여기서 각각의 빔형성 네트워크 출력은 도파관들의 세트의 각각의 도파관 입력에 커플링된다. 빔형성 네트워크는 6개의 위상-조절 섹션들에 커플링되는 분할기들의 캐스케이드된 세트를 더 포함하고, 여기서 각각의 캐스케이드는 미리 결정된 테이퍼 프로파일에 기초하여 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 6개의 위상-조절 섹션들에 분배하도록 구성된다. 캐스케이드는 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들로 대략 균등하게 분할하도록 구성된 제1 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있다. 캐스케이드는 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제2 레벨 캐스케이드를 더 포함할 수 있고, 여기서 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링된다. 그리고, 캐스케이드는 또한 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제3 레벨 캐스케이드를 포함할 수 있고, 여기서, 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절 섹션들 중 각각의 하나에 커플링된다. 추가적으로, 각각의 위상-조절 섹션은 각각의 도파관에 대한 각각의 위상 오프셋을 제공하는 각각의 길이를 갖는다.
다른 양태에서, 본 출원은 전자기 에너지를 방사하기 위한 장치를 설명한다. 장치는 전자기 에너지를 수신하기 위한 수단을 포함한다. 장치는 또한 6개의 분할된 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해, 수신된 전자기 에너지를 분할하기 위한 수단을 포함한다. 분할하기 위한 수단은 수신하기 위한 수단으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함한다. 분할하기 위한 수단은 또한 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함하며, 여기서 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 위상-조절을 위한 수단 중 하나에 커플링된다. 분할하기 위한 수단은 또한 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 것을 포함하며, 여기서, 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절을 위한 수단 중 하나에 커플링된다. 방법은 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해 6개의 방사 전자기 에너지 스트림들 각각을 위상-조절하기 위한 수단을 더 포함한다. 방법은 추가적으로, 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들 각각을, 도파관 층에 위치된 6개의 방사 도파관들의 각각의 방사 도파관에 커플링하기 위한 수단을 포함하고, 여기서, 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 방사하기 위한 수단에 커플링된다. 방법은 또한, 각각의 방사 도파관에 대해, 위상 조절된 전자기 에너지 스트림의 적어도 일부를 방사하기 위한 수단을 더 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적이며, 어떠한 방식으로도 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 앞서 설명된 예시적인 양태들, 실시예들 및 특징들에 추가로, 도면들 및 하기 상세한 설명을 참조함으로써 추가적인 양태들, 실시예들 및 특징들이 명백해질 것이다.
도 1은 도파관 상의 방사 슬롯들의 예를 예시한다.
도 2는 10개의 방사 Z-슬롯들을 갖는 예시적인 도파관을 예시한다.
도 3은 6개의 방사 도파관들을 갖는 예시적인 레이더 시스템을 예시한다.
도 4는 6개의 방사 도파관들 및 도파관 급전 시스템을 갖는 예시적인 레이더 시스템을 예시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 시스템의 파-분할 채널들의 네트워크를 예시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도 5의 파-분할 채널들의 네트워크의 대안적인 도면을 예시한다.
도 7은 예시적인 도파관 안테나로 전자기 에너지를 방사하기 위한 예시적인 방법이다.
도 8은 예시적인 도파관 장치의 일부의 분해도를 예시한다.
하기 상세한 설명에서, 본원의 일부를 형성하는 첨부된 도면들을 참조한다. 도면들에서, 유사한 부호들은 통상적으로, 문맥 상 달리 지정되지 않는 한 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 설명되는 예시적인 실시예들은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본원에 제시된 요지의 범위를 벗어남이 없이, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 다른 변경들이 행해질 수 있다. 본원에 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같이 본 개시내용의 양태들은 광범위한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있고, 이들 모두는 본원에서 명시적으로 고려됨을 쉽게 이해할 것이다.
하기 상세한 설명은 밀리미터 전자기파 시그널링에 사용되는 자동차의 고주파수(예를 들어, 77 GHz) 레이더 안테나와 같은 단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크에 대한 장치 및 방법에 관한 것이다. 실제로, 도파관들 및 도파관 안테나들은 다양한 방식들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 인쇄된 도파관 송신선(PWTL) 안테나들의 경우, PWTL 안테나들의 다양한 층들을 함께 접착시키기 위해 전도성 접착제 박막이 사용될 수 있다. 그러나, 안테나의 방사 효율 및 이득이 전도성 접착제 층의 전도도 및 그 정렬 및 라미네이션의 시간에 크게 의존하기 때문에, 이러한 안테나의 성능은 최적보다 낮을 수 있다. 추가적으로, PWTL 구성이 도파관 내에 전송 손실들을 도입할 수 있기 때문에 이러한 도파관의 성능은 최적보다 낮을 수 있다.
이러한 이유로, 납땜(또는 금속 대 금속 퓨전)은 구리 호일/시트들에 부착된 (구리 도금에 의한) 알루미늄 시트 금속 층과 같은 금속 층들 사이에 더 양호한 접착을 제공할 수 있다. 시트 금속들은 다른 예들에서는 호일들이 아닌 다른 시트 금속들에 부착될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 금속 층들이 부착되기 전에, 각각의 금속 층들에 다양한 구조체들이 생성될 수 있다. 부착 이후, 다양한 구조체들은 자율 차량들에 사용하기 위한 도파관 유닛과 같은 도파관 유닛을 형성할 수 있다.
일례에서, 하단 층은 포트 특징부를 가질 수 있다. 포트 특징부는 전자기 에너지(예를 들어, 전자기파)가 도파관 유닛에 진입하게 할 수 있다. 포트 특징부는 신호 생성 유닛으로부터의 전자기 에너지가 도파관 유닛 주위의 환경으로의(또는 도파관 유닛이 커플링된 차량 주위로의) 전달을 위해 도파관 유닛에 커플링되도록 허용할 수 있다. 추가적으로, 포트는 도파관 유닛 내의 전자기 에너지가 도파관 유닛 외부로 커플링되게 할 수 있다. 예를 들어, 도파관 유닛이 전자기 에너지를 수신하는 경우, 도파관 유닛은 전자기 에너지를 포트로부터 프로세싱 전자기기들에 커플링할 수 있다. 따라서, 포트는 도파관 유닛과, 도파관 유닛을 작동시킬 수 있는 신호 생성 및/또는 프로세싱 전자기기들 사이의 게이트웨이로서 기능할 수 있다.
중간 층은 하단 층 및 상단 층 둘 모두에 커플링될 수 있다. 중간 층은 도파관 층으로 지칭될 수 있다. 중간 층은 그 안에 적어도 하나의 도파관을 가질 수 있다. 도파관은 중간 층의 두께에 대해 측정된 폭을 가질 수 있다(예를 들어, 중간 층의 도파관의 최대 폭은 중간 층의 두께와 동일할 수 있다). 추가로, 도파관의 높이는 층들이 서로 부착되는 평면에 평행한 방향에서 측정될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 도파관의 폭은 도파관의 높이보다 크다. 도파관 층의 도파관들은 전자기 에너지의 라우팅, 결합 및 분할과 같은 몇몇 기능들을 수행할 수 있다.
일례에서, 중간 층은 하단 층의 포트로부터의 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 중간 층의 도파관은 전자기 에너지를 분할할 수 있고, 전자기 에너지를 상단 층에 위치된 적어도 하나의 방사 구조체에 라우팅할 수 있다. 다른 예에서, 중간 층은 상단 층의 적어도 하나의 방사 구조체로부터의 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 중간 층의 도파관들은 전자기 에너지를 결합할 수 있고, 전자기 에너지를 하단 층에 위치된 포트에 라우팅할 수 있다.
상단 층은 적어도 하나의 방사 구조체를 포함할 수 있다. 방사 구조체는 중간 층에 부착된 금속 시트 상에 에칭, 커팅 또는 달리 위치될 수 있다. 방사 구조체는 2개의 기능들 중 적어도 하나를 수행하도록 구성될 수 있다. 첫째로, 방사 구조체는 도파관 내부에서 전파하는 전자기 에너지를 자유 공간으로 방사하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 도파관 내의 안내된 에너지를 자유 공간에서 전파하는 방사된 에너지로 변환시킨다). 둘째로, 방사 구조체는 자유 공간에서 전파하는 전자기 에너지를 수신하고 수신된 에너지를 도파관으로 라우팅하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 자유 공간으로부터의 에너지를 도파관 내에서 전파하는 안내된 에너지로 변환시킨다).
일부 실시예들에서, 방사 구조체는 방사 슬롯의 형태를 취할 수 있다. 방사 슬롯은 길이 치수를 가질 수 있다. 길이 치수는 슬롯에 대한 동작의 공진 주파수에 대응할 수 있다. 슬롯의 공진 주파수는 도파관의 전자기 에너지에 주파수와 동일하거나 실질적으로 근접할 수 있다. 예를 들어, 슬롯의 길이는 도파관의 전자기 에너지의 파장의 대략 절반에서 공진할 수 있다. 일부 예들에서, 슬롯의 공진 길이는 도파관의 높이보다 클 수 있다. 슬롯의 유효 길이가 도파관 내의 에너지가 커플링할 수 있는 슬롯의 길이(즉, 도파관에 개방된 슬롯 부분)이기 때문에, 슬롯이 도파관보다 길면 에너지는 슬롯에 정확하게 커플링되지 않을 수 있다. 따라서, 전자기 에너지는 슬롯으로부터 방사되지 않을 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 슬롯의 전체 길이가 공진 길이와 동일하지만, 슬롯은 여전히 도파관의 높이 내에 피팅되는 방식으로 슬롯이 형상화될 수 있다. 이러한 형상들은 Z, S, 7 또는 다른 유사한 형상들일 수 있다(예를 들어, 형상의 총 길이는 총 슬롯 유효 길이이고, 형상의 굽힘은 더 작은 공간에서 더 긴 슬롯을 허용한다). 따라서, 슬롯은 도파관의 높이보다 긴 슬롯처럼 기능하지만, 여전히 원하는 방사 주파수에서 공진할 수 있다.
도파관 유닛의 제조의 일례에서, 각각의 층 상에 위치되는 구조체들은, 층들이 함께 부착되기 전에 배치, 커팅, 에칭 또는 밀링(mill)될 수 있다. 따라서, 엘리먼트들의 위치는 각각이 기계가공되기 전에 각각의 층 상에 매우 정확하게 위치될 수 있다. 하단 층이 중간 층에 부착되는 경우, 포트는 도파관 섹션 바로 아래에 위치될 수 있다. 따라서, 전체 포트는 중간 층의 도파관에 개방될 수 있다. 추가적으로, 상단 층의 방사 엘리먼트들은, 전체 방사 엘리먼트가 도파관 섹션 바로 위에 위치될 수 있는 방식으로 위치될 수 있다. 따라서, 전체 방사 엘리먼트는 중간 층의 도파관에 개방될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 단벽 도파관 방사를 위한 폴드형(folded) 방사 슬롯들에 대한 예시적인 장치들이 구현될 수 있는 예시적인 도파관들 및 레이더 시스템들을 예시한다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 도파관 유닛(100)의 도파관(102) 상의 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)의 예를 예시한다. 도파관 유닛(100)은 도파관(102) 상의 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)의 하나의 가능한 구성을 제시함을 이해해야 한다.
이러한 안테나의 주어진 애플리케이션은 방사 슬롯들(104, 106a, 106b) 및 도파관(102) 둘 모두에 대한 적절한 치수들 및 크기들을 결정할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 앞서 논의된 바와 같이, 일부 예시적인 레이더 시스템들은 3.9 밀리미터 전자기파 길이에 대응하는 77 GHz의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 주파수에서, 방법(100)을 이용하여 제조된 장치의 채널들, 포트들 등은 77 GHz 주파수에 적절한 주어진 치수들일 수 있다. 다른 예시적인 안테나들 및 안테나 애플리케이션들이 또한 가능하다.
도파관 유닛(100)의 도파관(102)은 H의 길이 및 W의 폭을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도파관의 높이는 Y 방향으로 연장되고, 폭은 Z 방향으로 연장된다. 도파관의 높이 및 폭 둘 모두는 도파관(102)에 대한 동작 주파수에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 77 GHz에서 도파관(102)을 동작시키는 경우, 도파관(102)은 77 GHz 파의 전파를 허용하기 위해 높이 H 및 폭 W로 구성될 수 있다. 전자기파는 도파관을 통해 X 방향으로 전파될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관은 WR-12 또는 WR-10과 같은 표준 크기를 가질 수 있다. WR-12 도파관은 60 GHz(5mm 파장)와 90 GHz(3.33 mm 파장) 사이의 전자기파들의 전파를 지원할 수 있다. 추가적으로, WR-12 도파관은 대략 3.1 mm × 1.55 mm의 내부 치수들을 가질 수 있다. WR-10 도파관은 75 GHz(4 mm 파장)와 110 GHz(2.727 mm 파장) 사이의 전자기파들의 전파를 지원할 수 있다. 추가적으로, WR-12 도파관은 대략 2.54 mm × 1.27 mm의 내부 치수들을 가질 수 있다. WR-12 및 WR-10 도파관들의 치수들은 예시를 위해 제시된다. 다른 치수가 또한 가능하다.
도파관(102)은 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지를 방사하도록 추가로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 도파관(102)의 표면 상에 위치될 수 있다. 추가적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 주로 높이 H 치수를 갖는 도파관(102)의 측면 상에 위치될 수 있다. 추가로, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 Z 방향에서 전자기 에너지를 방사하도록 구성될 수 있다.
선형 슬롯(104)이 종래의 도파관 방사 슬롯일 수 있다. 선형 슬롯(104)은 슬롯의 긴 치수와 동일한 방향에서 편파(polarization)를 가질 수 있다. Y 방향에서 측정된 선형 슬롯(104)의 긴 치수는 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지의 파장의 대략 절반일 수 있다. 77 Ghz에서, 선형 슬롯(104)의 긴 치수는 선형 슬롯 공진을 형성하도록 대략 1.95 mm일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선형 슬롯(104)은 도파관(102)의 높이 H보다 큰 긴 치수를 가질 수 있다. 따라서, 선형 슬롯(104)은 높이 H 치수를 갖는 도파관의 측면에 알맞게 피팅되기에는 너무 길 수 있다. 선형 슬롯(104)은 도파관(102)의 상단 및 하단까지 계속될 수 있다. 추가적으로, 선형 슬롯(104)의 회전은 도파관의 배향에 대해 조절될 수 있다. 선형 슬롯(104)을 회전시킴으로써, 선형 슬롯(104)의 임피던스 및 방사의 편파 및 강도가 조절될 수 있다.
추가적으로, 선형 슬롯(104)은 X 방향에서 측정될 수 있는 폭 치수를 갖는다. 일반적으로, 도파관의 폭은 선형 슬롯(104)의 폭을 조절하기 위해 변경될 수 있다. 많은 실시예들에서, 선형 슬롯(104)의 폭은 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지의 파장의 대략 10%일 수 있다. 77 Ghz에서, 선형 슬롯(104)의 폭은 대략 0.39 mm일 수 있다. 그러나, 선형 슬롯(104)의 폭은 다양한 실시예들에서 더 넓거나 더 협소하게 형성될 수 있다.
그러나, 일부 상황들에서, 도파관(102)이 높이 H 치수를 갖는 도파관의 측면 이외의 임의의 측면 상에 슬롯을 갖는 것은 실용적이지 않거나 가능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 제조 프로세스들은 도파관 구조체를 층들로 생성할 수 있다. 층들은 도파관의 오직 일측만을 자유 공간에 노출되게 할 수 있다. 층들이 생성되는 경우, 각각의 도파관의 상단 및 하단은 자유 공간에 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 도파관의 상단 및 하단까지 연장되는 방사 슬롯은 자유 공간으로 완전히 노출되지 않을 것이고, 따라서 도파관의 일부 구성들에서 정확하게 기능하지 않을 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 도파관 내부로부터 전자기 에너지를 방사하기 위해 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)이 사용될 수 있다.
도파관은 전자기 에너지를 방사하기 위해 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)과 같은 변경된 치수들의 슬롯들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 도파관의 측면 상에 반파장 크기의 슬롯이 피팅될 수 없는 상황들에서 도파관 상에서 사용될 수 있다. 폴드형 슬롯들(106a 및 106b) 각각은 연관된 길이 및 폭을 가질 수 있다. 폴드형 슬롯의 곡선 또는 굽힘을 통해 측정되는 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 총 길이는 파의 전자기 에너지의 파장의 대략 절반과 동일할 수 있다. 따라서, 동일한 동작 주파수에서, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 선형 슬롯(104)과 대략 동일한 전체 길이를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은, 이들 각각이 문자 Z와 유사하게 형상화되기 때문에 Z-슬롯들이다. 다양한 실시예들에서, 다른 형상들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, S-슬롯들 및 7-슬롯들 둘 모두가 또한 사용될 수 있다(여기서, 슬롯은 명칭이 지정된 문자 또는 숫자와 유사하게 형상화된다).
폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 또한 각각 회전을 가질 수 있다. 앞서 설명된 바와 유사하게, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 회전은 도파관의 배향에 대해 조절될 수 있다. 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)을 회전시킴으로써, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 임피던스 및 방사의 편파가 조절될 수 있다. 방사 강도는 또한 이러한 회전에 의해 변경될 수 있고, 이는 사이드 로브 레벨(SLL)을 낮추기 위한 배열에 대한 진폭 테이퍼들에 사용될 수 있다. SLL은 어레이 구조체에 대해 추가로 논의될 것이다.
도 2는 도파관 유닛(200)에서 10개의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)을 갖는 예시적인 도파관(202)을 예시한다. 전자기 에너지가 도파관(202)을 따라 전파됨에 따라, 전자기 에너지의 일부는 도파관(202) 상의 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 중 하나 이상에 커플링될 수 있다. 따라서, 도파관(202) 상의 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 전자기 신호를 (Z 방향으로) 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 연관된 임피던스를 가질 수 있다. 각각의 개별적인 방사 Z-슬롯들(204a-204j)에 대한 임피던스는 각각의 슬롯의 치수들 및 각각의 슬롯의 회전 둘 모두의 함수일 수 있다. 각각의 개별적인 슬롯의 임피던스는 각각의 개별적인 방사 Z-슬롯에 대한 커플링 계수를 결정할 수 있다. 커플링 계수는 각각의 Z-슬롯에 의해 방사되는, 도파관(202)을 따라 전파되는 전자기 에너지의 퍼센티지를 결정한다.
일부 실시예들에서, 방사 Z-슬롯들(204a-204j)은 테이퍼 프로파일에 기초하여 회전들을 갖도록 구성될 수 있다. 테이퍼 프로파일은 각각의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)에 대한 주어진 커플링 계수를 특정할 수 있다. 추가적으로, 테이퍼 프로파일은 원하는 빔폭을 갖는 빔을 방사하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 일 실시예에서, 테이퍼 프로파일을 획득하기 위해, 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 연관된 회전을 가질 수 있다. 각각의 방사 Z-슬롯(204a-204j)의 회전은 각각의 슬롯의 임피던스를 상이하게 할 수 있고, 따라서 각각의 방사 Z-슬롯(204a-204j)에 대한 커플링 계수가 테이퍼 프로파일에 대응하게 할 수 있다. 도파관(202)의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)의 테이퍼 프로파일 뿐만 아니라 다른 도파관들의 다른 방사 Z-슬롯들의 테이퍼 프로파일들은 이러한 도파관들의 그룹을 포함하는 안테나 어레이의 빔폭을 제어할 수 있다. 테이퍼 프로파일은 또한 방사의 SLL을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 어레이가 전자기 에너지를 방사하는 경우, 에너지는 일반적으로 메인 빔 및 사이드 로브들로 방사된다. 통상적으로, 사이드 로브들은 어레이로부터의 바람직하지 않은 부작용이다. 따라서, 테이퍼 프로파일은 어레이로부터 SLL(즉, 사이드 로브들에서 방사되는 에너지의 양)을 최소화 또는 감소시키도록 선택될 수 있다.
도 3은 6개의 방사 도파관들(304a-304f)을 갖는 예시적인 레이더 시스템(300)을 예시한다. 6개의 방사 도파관들(304a-304f) 각각은 방사 Z-슬롯들(306a-306f)을 가질 수 있다. 6개의 방사 도파관들(304a-304f) 각각은 도 2에 대해 설명된 도파관(202)과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사 슬롯들을 각각 포함하는 도파관들의 그룹은 안테나 어레이로 공지될 수 있다. 안테나 어레이의 6개의 방사 도파관들(304a-304f)의 구성은 레이더 시스템(300)에 대한 원하는 방사 패턴 및 제조 프로세스 둘 모두에 기초할 수 있다. 레이더 시스템(300)의 방사 패턴의 성분들 중 2개는 빔 폭 뿐만 아니라 빔 각도를 포함한다. 예를 들어, 도 2에 대해 논의된 바와 유사하게, 방사 도파관들(304a-304f) 각각의 방사 Z-슬롯들(306a-306f)의 테이퍼 프로파일은 안테나 어레이의 빔폭을 제어할 수 있다. 레이더 시스템(300)의 빔폭은 대다수의 레이더 시스템의 방사 에너지가 지향되는 안테나 평면(예를 들어, X-Y 평면)에 대한 각도에 대응할 수 있다.
도 4는 6개의 방사 도파관들(404a-404f) 및 도파관 급전 시스템(402)을 갖는 예시적인 레이더 시스템(400)을 예시한다. 6개의 방사 도파관들(404a-404f)은 도 3의 6개의 방사 도파관들(304a-304f)과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 급전 시스템(402)은 입력 포트(410)에서 전자기 신호를 수신하고, 전자기 신호를 6개의 방사 도파관들(404a-404f) 사이에 분할하도록 구성될 수 있다. 따라서, 방사 도파관들(404a-404f) 각각의 방사 Z-슬롯(406a-406f) 각각이 방사하는 신호는 도파관 급전 시스템을 통해 X 방향으로 전파될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 도파관 급전 시스템(402)은 도 4에 도시된 것과는 상이한 형상들 또는 구성들을 가질 수 있다. 도파관 급전 시스템(402)의 형상 및 구성에 기초하여, 방사된 신호의 다양한 파라미터들이 조절될 수 있다. 예를 들어, 방사된 빔의 방향 및 빔폭 둘 모두는 도파관 급전 시스템(402)의 형상 및 구성에 기초하여 조절될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 도파관 시스템(400)은 도파관 입력(410)에 진입하는 전력을 6개의 방사 도파관들(404a-404f)로 분할할 수 있다. 하나의 입력으로부터의 전력을 6개의 출력들로 분할하기 위해, 도파관 시스템은 3 레벨 캐스케이드 시스템을 사용할 수 있다. (평면(408a 및 408b) 사이의) 제1 레벨 캐스케이드는 도파관 입력(410)으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들(412a 및 412b)로 분할하도록 구성될 수 있다. 도파관 시스템(400)은 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들(412a 및 412b) 각각으로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(414a-414d)로 분할하도록 구성될 수 있는 (평면(408b 및 408c) 사이의) 제2 레벨 캐스케이드를 가질 수 있고, 여기서 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(414b 및 414c) 중 하나는 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링된다(도 6에 도시됨). 도파관 시스템(400)은 또한 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(414a 및 414d) 중 하나로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들(416a-416d)로 분할하도록 구성된 (평면(408c 및 408d) 사이의) 제3 레벨 캐스케이드를 가질 수 있고, 여기서, 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링된다(도 6에 도시됨). 일부 예들에서, 도 6에 도시된 위상-조절 섹션들이 평면(408d)에 위치될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 도파관의 파-분할 채널들(500)의 네트워크를 예시한다. 도 6은 예시적인 실시예에 따른 파-분할 채널들(600)의 네트워크의 대안적인 도면을 예시한다.
일부 실시예들에서, 파-분할 채널들(500)의 네트워크(예를 들어, 앞서 언급된 빔형성 네트워크)는 도 5에 도시된 바와 같이 전력 분할기들의 트리(tree)의 형태를 취할 수 있다. 도 5의 상단 절반의 각각의 전력 분할기(PD1-PD5)는 도 5의 하단 절반에 도시된 예시적인 PD1과 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 에너지는 입력 도파관 채널을 통해 안테나에 진입할 수 있고, 전력 분할기(502)와 같은 각각의 전력 분할기에서 에너지의 더 작은 부분들로 분배(즉, 분할)되고, 각각의 에너지의 양(도시된 바와 같이 에너지 A-F)이 파-방사 채널들 각각에 공급되도록 후속 전력 분할기들을 통해 다수회 분할될 수 있다. 주어진 전력 분할기에서 분할되는 에너지의 양은 전력 분할비(즉, 얼마나 많은 에너지가 하나의 채널(504)에 들어가는지 대 얼마나 많은 에너지가 분할 후 다른 채널(506)에 들어가는지)에 의해 제어될 수 있다. 주어진 전력 분할비는 대응하는 전력 분할기의 치수들에 기초하여 조절될 수 있다. 전력 분할기의 기하구조를 변경함으로써, 전력 분할비가 제어될 수 있다. 예를 들어, (PD1로 도시된) 전력 분할기의 길이, 폭, 분리 거리 및 다른 파라미터들이 조절되어 원하는 전력 분할비를 달성할 수 있다.
추가로, 각각의 전력 분할기 및 연관된 전력 분할비는 파-방사 채널들에서 원하는 전력 테이퍼를 달성하도록 설계/계산될 수 있다. 이러한 경우, 안테나는 안테나의 원거리 방사 패턴의 사이드 로브들이 낮을 수 있도록 (예를 들어, 방사 리플이 에지에서 떨어지는) 테일러(Taylor) 윈도우 또는 다른 윈도우로 설계될 수 있다. 일례로서, 전력 분할기들의 전력 분할비는 에너지 부분들 A, B, C, D, E 및 F가 각각 에너지의 대략 3.2%, 15.1%, 31.7%, 31.7%, 15.1%, 3.2%가 되도록 설정될 수 있다. 다른 예시적인 전력 분할들이 또한 가능하다.
예들 내에서, 2개의 채널들(504, 506) 사이에서 에너지를 분할하는 기술은 도 5의 하단에 도시된 것과 같은 채널들의 구조체(즉, "4-포트 브랜치 라인 커플러")를 사용하는 것일 수 있다. 일례에서, 이러한 기술 및 구조 설계는 도 5에 도시된 바와 같이(또한 도 6에서 608로 도시된) 채널의 단부에 종단기(terminator)(508)를 포함할 수 있고, 여기서 라디오 주파수-흡수 재료의 작은 쐐기들이 위치되어 채널을 통해 그 종단기(508)로 역방향으로 리턴되는 에너지를 흡수할 수 있다. 다른 예에서, 도파관 구조체는 매칭된 부하들을 갖는 하이브리드 커플러들을 특징으로 할 수 있다. 매칭된 부하는 도파관에서 일부 전자기 에너지를 흡수할 수 있다.
추가적인 예에서, 도파관 구조체는 전자기 에너지를 흡수하지 않는 반응성 엘리먼트들을 포함하는 전력 분할 섹션을 특징으로 할 수 있다. 오히려, 도파관은 전자기 에너지가 최소의 전력 손실로 분할되게 할 수 있는 반응성 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 유사한 도파관은 반응성 엘리먼트들로 구성될 수 있다. 다양한 다른 반응성 컴포넌트들을 통해 상당한 양의 전자기 에너지를 흡수할 필요 없이 전력이 분할될 수 있다. 따라서, 일부 예들에서 에너지 흡수 컴포넌트들보다는 반응성 컴포넌트들이 사용될 수 있기 때문에, 도파관 구조체는 더 에너지 효율적일 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도 5의 파-분할 채널들의 네트워크의 대안적인 도면을 예시한다. 도 6의 도파관(600)은 도 5에 대해 설명된 다양한 엘리먼트들의 예시적인 표현을 도시한다. 예를 들어, 도파관(600)은 단일 입력을 수신하고, 전력 분할기들의 전력 분할비에 기초하여 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들을 출력하도록 구성된다. 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림은 도 6의 A, B, C, D, E 및 F일 수 있다. 추가적으로, 도 6은 6개의 상이한 전력 분할기들을 도시하고, 이들 중 하나가 602로 라벨링된다. 도 6의 전력 분할기들은 도 5의 PD1-PD5와 유사한 방식으로 조직화된다. 추가로, 도 6은 채널의 단부의 종단기(608)를 특징으로 한다. 도 6의 종단기(608)는 도 5의 종단기(508)와 유사할 수 있다. 추가적으로, 종단기(608)와 같은 종단기는 6개의 도파관 채널들 각각의 일단에 위치될 수 있다. 일부 추가적인 예들에서, 종단기(608)와 같은 종단기들은 또한 다른 위치들을 가질 수 있다. 종단기들(또는 부하들)은 각각의 도파관들에 커플링된 포트들 외부에 위치될 수 있다. 다른 예들에서, 포트는 더 아래에 위치될 수 있고, 전자기 에너지 스트림은 A, B, C, D, E 및 F일 수 있다. 종단기(608)와 유사한 종단기들(또는 부하들)에 대한 다른 가능한 위치는 또한 제시된 도파관과 함께 사용될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 방사된 빔의 방향 및 빔폭 둘 모두는 도파관 급전 시스템의 형상 및 구성에 기초하여 조절될 수 있다. 도 5에 대해 논의된 바와 같이, 전력 테이퍼는 도파관 시스템에 커플링된 방사 엘리먼트들에 의해 방사된 빔의 파라미터들을 결정할 수 있다. 송신된 빔의 각도는 도 6의 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들 A, B, C, D, E 및 F에 걸쳐 위상을 변경함으로써 제어될 수 있다. 도 6은 또한 평면(604 및 평면(606)에 의해 정의된 위상 조절 섹션을 특징으로 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 평면들(604 및 606)은 논의를 위한 예시들로서 도시된다.
일례에서, 6개의 각각의 도파관들 각각에 대해, 평면들(604 및 606) 사이의 거리는 그 각각의 도파관에 대한 위상 오프셋을 결정한다. 일례에서, 평면(604)은 도 4의 평면(408d)에 대응할 수 있다. 따라서, 평면들(604 및 606)이 평행하면, 각각의 도파관은 동일한 위상 오프셋을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 도파관이 동일한 오프셋을 갖는 경우, 도파관 시스템에 커플링된 방사 엘리먼트들은 넓은 측 방향으로 방사 빔을 송신할 수 있다. 다른 예들에서, 평면들(604 및 606)은 평행하지 않을 수 있다. 따라서, 평면들(604 및 606) 사이의 각도를 변경함으로써, 방사 엘리먼트들의 송신된 빔의 각도가 조절될 수 있다.
게다가, 위상 조절은 또한 집중된 또는 의사-집중된 위상 반전 섹션들로 수행될 수 있다. 집중된 또는 의사-집중된 위상 반전 섹션들은 측정된 도파관 길이를 사용함으로써 180 도 위상 반전을 제공할 수 있다. 집중된 또는 의사-집중된 위상 반전 섹션들은 또한 도파관 디바이스의 더 단순한 제조를 허용하기 위한 일관된 방식의 위상 조절들을 가능하게 할 수 있고, 또한 도파관이 특정 폼 팩터로 설계되게 할 수 있다.
도 7은 단벽 슬롯형 도파관 어레이들을 급전하기 위한 빔형성 네트워크에 대한 예시적인 방법이다. 블록들(700-708)이 순차적 순서로 예시되어 있지만, 이러한 블록들은 또한 본원에 설명된 것과는 상이한 순서로 및/또는 병렬적으로 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록들은 더 적은 블록들로 결합될 수 있고, 추가적인 블록들로 분할될 수 있고 그리고/또는 원하는 구현에 기초하여 제거될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도파관 안테나의 일부 형상들 및 치수들은 제조하기에 매우 편리할 수 있지만, 공지된 또는 아직 공지되지 않은 것과 연관된 다른 형상들, 치수들 및 방법들이 동등하거나 훨씬 더 편리하게 구현될 수 있다. 제조된 도파관 안테나의 부분들, 예를 들어 본원에서 설명된 것 이외의 형상들 및 치수들을 포함하여 안테나에 형성된 도파관 채널들의 부분들의 다양한 형상들 및 치수들이 또한 가능하다. 후속 및/또는 중간적 블록들은 또한 다른 실시예들에서 수반될 수 있다.
또한, 도 7의 방법의 양태들은 도 1 내지 도 4 및 도 8을 참조하여 설명될 수 있고, 여기서 도 8은 예시적인 도파관 장치(800)의 일부의 분해도를 예시한다.
블록(700)에서, 방법은 도파관 층의 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 블록(700)은 또한 빔형성 네트워크 입력에 의해 전자기 에너지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 일례에서, 빔형성 네트워크 입력에 의해 전자기 에너지를 수신하는 단계는 하단 층의 포트를 통해 수행될 수 있고, 포트로부터의 전자기 에너지를 도파관에 커플링시킬 수 있다.
예시적인 도파관 층(802)이 도파관 층에 형성된 도파관(804)의 일부와 함께 도 8에 도시되어 있다. 도 8은 예시적인 도파관 장치(800)를 단면도로 도시한다(즉, 도 8의 도면은, 예시적인 도파관 장치(800)의 수직 슬라이스가 정면에서 보이는 것처럼 되어 있다). 예들 내에서, 도파관 층에 형성된 하나 이상의 도파관 채널들은, 전자기파들(예를 들어, 밀리미터 전자기파들)이 도파관 안테나로 진입한 후 이 파들을 다양한 방사 슬롯들, 예를 들어, 앞서 설명된 Z-슬롯들로 지향시키도록 구성되는 라우팅 도파관 채널들일 수 있다. 도파관 층에 형성되는 이러한 및/또는 다른 도파관 채널들은 도 1의 도파관(102)에 대해 앞서 언급된 치수들과 같은 다양한 형상들 및 치수들을 가질 수 있다. 예시의 방식으로, 도파관 채널들의 하나 이상의 부분들은 앞서 설명된 내부 치수들에 따라 대략 2.54 mm x 대략 1.27 mm일 수 있고, 여기서 제1 금속 층(802)은 대략 2.54 mm의 두께이다.
게다가, 하단 층(814)은 도파관 장치(800) 내로 전자기파들을 수신하도록 구성된 입력 포트(822)를 포함할 수 있고, 그 다음, 전자기파들은 하나 이상의 도파관 채널들(804)을 통해 전파되고 방사 엘리먼트(820) 밖으로 방사될 수 있다. 입력 포트(822)는 방사 엘리먼트(820) 바로 아래에 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 입력 포트(822)는 방사 엘리먼트 바로 아래에 위치되지 않고 방사 엘리먼트(820)에 대해 하단 층(814)의 다른 곳에 위치될 수 있음을 이해해야 한다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 입력 포트(822)는 실제로 전자기 에너지가 도파관(804)을 떠날 수 있게 하는 출력 포트로서 기능할 수 있다.
도 7을 다시 참조하면, 블록(702)에서, 방법은 6개의 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해, 수신된 전자기 에너지를 분할기들의 캐스케이드된 세트로 분할하는 단계를 포함한다. 분할은 캐스케이드된 분할기들의 3-레벨 세트로 수행될 수 있다. 제1 레벨은 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들(예를 들어, 도 4의 제1 레벨 가이드들(412a 및 412b))로 분할하도록 구성될 수 있다. 제2 레벨 캐스케이드는 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(도 4의 가이드들(414a-414d))로 분할하도록 구성될 수 있고, 여기서 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(도 4의 가이드들(414b 및 414c)) 중 하나는 위상-조절 섹션들 중 하나에 커플링된다. 제3 레벨 캐스케이드는 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 2개의 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들(도 4의 가이드들(414a 및 414d)) 중 하나로부터의 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 2개의 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들(도 4의 416a-416d)로 분할하도록 구성되고, 여기서, 제3 레벨 빔형성 도파관들 각각은 위상-조절 섹션들 중 각각의 하나에 커플링된다.
블록(704)에서, 방법은 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들을 형성하기 위해 6개의 위상-조절 섹션들에 의해 6개의 전자기 에너지 스트림들 각각의 위상을 조절하는 단계를 더 포함한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 전자기 에너지 스트림의 위상은 각각의 도파관의 위상-조절 섹션의 길이에 기초하여 조절될 수 있다. 도파관을 연장시킴으로써, 전자기파는 도파관 내에서 더 멀리 전파되어 위상 오프셋을 제공할 것이다. 반대로, 도파관을 단축시킴으로써, 전자기파는 도파관 내에서 더 짧은 거리까지 전파되어 위상 오프셋을 제공할 것이다. 따라서, 각각의 도파관은 위상 오프셋을 제공하기 위해 위상-조절 섹션에서 연관된 연장 또는 단축을 가질 수 있다. 도파관의 세트들에 걸친 위상 오프셋은 도파관들과 연관된 안테나들에 의해 송신된 빔의 송신 각도를 조절할 수 있다.
블록(706)에서, 방법은 추가적으로, 6개의 위상 조절된 전자기 에너지 스트림들 각각을, 도파관 층에 위치된 6개의 방사 도파관들의 각각의 방사 도파관에 커플링하는 단계를 포함하고, 여기서, 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 하나의 방사 엘리먼트에 커플링된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 방사 도파관들(404a-404f) 각각은 적어도 하나의 방사 엘리먼트(406a-406f)를 포함할 수 있다. 도파관들(도 6의 A-F)의 위상-조절 섹션으로부터의 출력은 방사 도파관들(404a-404f)에 커플링될 수 있다. 따라서, 각각의 방사 도파관은 (i) 위상에 대해 조절되는 것, 및 (ii) 적용된 전력 테이퍼 팩터를 갖는 것 둘 모두가 행해진 전자기 에너지를 수신할 수 있다.
블록(708)에서, 방법은 각각의 방사 도파관에 대해, 위상 조절된 전자기 에너지 스트림의 적어도 일부를 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계를 포함한다. 예시의 방식으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 상단 층(812)은 적어도 하나의 방사 구조체(820)를 포함할 수 있다. 방사 구조체(820)는 중간 층(802)에 부착된 금속 시트 상에 에칭, 커팅 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있다. 방사 구조체(820)는 도파관(804) 내부로부터 커플링된 전자기 에너지를 자유 공간으로 방사하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 도파관(804) 내의 안내된 에너지를 자유 공간에서 전파하는 안내되지 않는 에너지로 변환시킨다).
일부 실시예들에서, 하나 이상의 도파관 채널들 중 적어도 일부는 방사 및 하단 금속 층들 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 도파관 채널들의 제1 부분은 방사 금속 층으로 형성될 수 있는 한편, 하나 이상의 도파관 채널들의 제2 부분 및 제3 부분은 각각 도파관 및 하단 금속 층으로 형성될 수 있고, 여기서 제2 및 제3 부분들은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 이러한 실시예들에서, 방사, 도파관 및 하단 층들이 함께 커플링되는 경우, 층들은 함께 커플링되어 제2 및/또는 제3 층들의 하나 이상의 도파관 채널들의 부분들은 제1 금속 층의 하나 이상의 도파관 채널들의 제1 부분과 실질적으로 정렬되고, 따라서 전자기파들(예를 들어, 밀리미터 전자기파)을 전파하도록 구성될 수 있는 도파관 안테나의 하나 이상의 도파관 채널들을 형성한다. 이 예에서, 도파관의 일부가 또한 방사 층 및/또는 하단 층에 위치될 수 있기 때문에, 도파관의 폭은 도파관 층의 폭보다 더 넓을 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 이상의 도파관 채널들은 완전히 도파관 금속 층 내에 형성될 수 있다. 이러한 다른 실시예들에서, 방사 및 하단 금속 층들은 전자기파들의 방사를 용이하게 하도록 구성될 수 있는 다른 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 방사 금속 층은 밀리미터 전자기파들과 같은 도파관 장치(800)로부터 전자기파들을 방사하도록 구성된 슬롯을 포함하는 방사 엘리먼트와 같은 방사 엘리먼트(820)를 포함할 수 있다. 슬롯은 하나 이상의 도파관 채널들의 치수에 대한 회전 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 슬롯은 Z-슬롯 또는 다른 타입의 슬롯일 수 있다.
전술된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 프로세스들이 방사, 도파관, 하단 및/또는 추가적 층들과 관련될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 본원에 설명된 배열들은 오직 예시의 목적임을 이해해야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 배열들 및 다른 엘리먼트들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 동작들, 순서들 및 동작들의 그룹 등)이 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 엘리먼트들은 완전히 생략될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명된 엘리먼트들 중 다수는 이산적 또는 분산형 컴포넌트들로서 또는 임의의 적합한 조합 및 위치에서 다른 컴포넌트들과 함께 구현될 수 있는 기능적 개체들이다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본원에 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 자명할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 실시예들은 예시의 목적이며 제한적인 것으로 의도되지 않고, 그 범위는 하기 청구항들에 의해 표시된다.

Claims (20)

  1. 레이더 시스템으로서,
    도파관 층에 위치된 방사 도파관들의 세트 - 각각의 방사 도파관은 방사 도파관 입력을 갖고, 각각의 방사 도파관은 각각의 다른 방사 도파관과 동일한 높이 및 폭을 갖고, 상기 방사 도파관들의 세트는 상기 방사 도파관들의 세트 중 적어도 하나의 폭의 중심 및 상기 방사 도파관들의 세트 중 적어도 하나의 길이에 의해 정의되는 평면 상에서 정렬되고, 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 하나의 방사 엘리먼트에 커플링됨 -; 및
    상기 도파관 층에 위치된 빔형성 네트워크를 포함하고, 상기 빔형성 네트워크는,
    빔형성 네트워크 입력,
    빔형성 네트워크 출력들의 세트 - 각각의 빔형성 네트워크 출력은 상기 방사 도파관 입력 중 하나에 커플링됨 -, 및
    상기 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 분할하도록 구성된 분할기들의 캐스케이드된 세트를 포함하고, 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는,
    상기 빔형성 네트워크 입력으로부터의 상기 전자기 에너지를 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제1 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트,
    제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 상기 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제2 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트 - 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 상기 빔형성 네트워크 출력들 중 하나에 커플링됨 -, 및
    각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 상기 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제3 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트이고, 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관은 상기 빔형성 네트워크 출력들 중 각각의 하나에 커플링되는, 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는 적어도 2개의 제1 레벨 빔형성 도파관들 사이에 균등하게 전력을 분할하도록 구성되는, 레이더 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사 도파관들의 세트의 각각의 방사 도파관은 미리 결정된 진폭 테이퍼 팩터를 갖고, 상기 빔형성 네트워크는 상기 각각의 방사 도파관의 상기 미리 결정된 진폭 테이퍼 팩터에 비례하는 진폭을 갖는 전자기 신호를 상기 각각의 방사 도파관의 방사 도파관 입력에 제공하도록 구성되는, 레이더 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는 반응성 엘리먼트들을 포함하는, 레이더 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는 매칭된 부하들을 각각 갖는 하이브리드들을 포함하는, 레이더 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    각각의 빔형성 도파관은 각각의 방사 도파관의 폭과 동일한 폭을 갖는, 레이더 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방사 도파관들의 세트의 각각의 방사 도파관은 대응하는 위상-조절 섹션의 길이에 의해 정의되는 미리 결정된 위상 시프트를 갖는, 레이더 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는,
    각각의 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의되는 각각의 슬롯을 포함하고,
    각각의 상기 방사 도파관의 높이보다 큰 유효 길이를 갖고,
    상기 유효 길이는 상기 각각의 슬롯의 상기 각각의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정되는, 레이더 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방사 엘리먼트는 77 기가헤르쯔(GHz)에서 동작하고 밀리미터(mm) 전자기파들을 전파하도록 구성되는, 레이더 시스템.
  10. 전자기 에너지를 방사하는 방법으로서,
    빔형성 네트워크 입력에 의해 전자기 에너지를 수신하는 단계;
    방사 도파관들의 세트에 커플링된 전자기 에너지 스트림들의 세트를 형성하기 위해, 수신된 전자기 에너지를 분할기들의 캐스케이드된 세트로 분할하는 단계 - 상기 분할하는 단계는,
    상기 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 제1 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트에 의해 제1 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 단계,
    제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 상기 전자기 에너지를 제2 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트에 의해 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 단계 - 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나는 상기 방사 도파관들의 세트 중 각각의 방사 도파관에 커플링됨 -, 및
    각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 하나로부터의 상기 전자기 에너지를 제3 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트에 의해 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관들에 대한 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하는 단계 - 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관은 상기 방사 도파관들의 세트 중 각각의 방사 도파관에 커플링됨 - 를 포함함 -;
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트의 각각의 개별적인 출력을, 도파관 층에 위치된 상기 방사 도파관들의 세트의 각각의 방사 도파관에 커플링하는 단계 - 각각의 방사 도파관은 방사 층에 위치된 적어도 하나의 방사 엘리먼트에 커플링됨 -; 및
    각각의 방사 도파관에 대해, 상기 전자기 에너지 스트림들 각각의 적어도 일부를 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트에 의해 상기 제1 레벨 빔형성 도파관들 사이에 균등하게 전력을 분할하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 방사 도파관들의 각각의 방사 도파관은 미리 결정된 진폭 테이퍼 팩터를 갖고, 상기 각각의 방사 도파관의 상기 미리 결정된 진폭 테이퍼 팩터에 비례하는 진폭을 갖는 전자기 신호를 상기 각각의 방사 도파관의 방사 도파관 입력에 제공하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는 반응성 엘리먼트들을 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는 매칭된 부하들을 각각 갖는 하이브리드들을 포함하는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    각각의 빔형성 도파관은 각각의 방사 도파관의 폭과 동일한 폭을 갖는, 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 방사 도파관들의 세트의 각각의 방사 도파관은 대응하는 위상-조절 섹션의 길이에 의해 정의되는 미리 결정된 위상 시프트를 갖는, 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는,
    각각의 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의되는 각각의 슬롯을 포함하고,
    각각의 상기 방사 도파관의 높이보다 큰 유효 길이를 갖고,
    상기 유효 길이는 상기 각각의 슬롯의 상기 각각의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정되는, 방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 전자기 에너지는 77 기가헤르쯔(GHz)의 주파수를 갖는, 방법.
  19. 도파관 층에 위치되는 빔형성 네트워크로서,
    빔형성 네트워크 입력,
    빔형성 네트워크 출력들의 세트 - 각각의 빔형성 네트워크 출력은 도파관들의 세트의 각각의 도파관 입력에 커플링됨 -, 및
    미리 결정된 테이퍼 프로파일에 기초하여 상기 빔형성 네트워크 입력으로부터의 전자기 에너지를 상기 빔형성 네트워크 출력들에 분배하도록 구성되는 분할기들의 캐스케이드된 세트
    를 포함하고,
    상기 분할기들의 캐스케이드된 세트는,
    상기 빔형성 네트워크 입력으로부터의 상기 전자기 에너지를 제1 레벨 빔형성 도파관들로 균등하게 분할하도록 구성된 제1 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트,
    제1 레벨 빔형성 도파관들 각각으로부터의 상기 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제2 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트 - 각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 적어도 하나는 상기 빔형성 네트워크 출력들 중 하나에 커플링됨 -, 및
    각각의 개별적인 제1 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제2 레벨 빔형성 도파관들 중 적어도 하나로부터의 상기 전자기 에너지를 각각의 개별적인 제2 레벨 빔형성 도파관에 대한 각각의 제3 레벨 빔형성 도파관들로 분할하도록 구성된 제3 레벨의 상기 분할기들의 캐스케이드된 세트를 포함하고,
    각각의 제3 레벨 빔형성 도파관은 상기 빔형성 네트워크 출력들 중 각각의 하나에 커플링되는, 빔형성 네트워크.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 빔형성 네트워크는 77 기가헤르쯔(GHz)에서 동작하도록 구성되는, 빔형성 네트워크.
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