KR102199352B1 - 자율 주행을 위한 적응적 편광 레이더 아키텍처 - Google Patents

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Abstract

안테나는 제1 편광으로 동작하도록 구성된 제1 어레이로 배열된 복수의 도파관 안테나 소자를 포함한다. 안테나는 또한 제2 편광으로 동작하도록 구성된 제2 어레이로 배열된 복수의 도파관 출력 포트를 포함한다. 제2 편광은 제1 편광과 상이하다. 안테나는 채널들이 내부에 정의되어 있는 편광-수정 층을 추가로 포함한다. 편광-수정 층은 도파관 안테나 소자들과 도파관 출력 포트들 사이에 배치된다. 채널들은 도파관 안테나 소자들에 대해서는 제1 각도로 배향되고 도파관 출력 포트들에 대해서는 제2 각도로 배향된다. 채널들은 제1 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제1 중간 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성된다. 도파관 출력 포트들은 입력 전자기파들을 수신하고 제2 편광을 갖는 전자기파들을 방사하도록 구성된다.

Description

자율 주행을 위한 적응적 편광 레이더 아키텍처
본 출원은 2017년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/842,704호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
RADAR(radio detection and ranging) 시스템들은 무선 신호들을 방출하고 환경 내의 표면들에서 반사되는 반사된 신호들을 반환하는 것을 검출함으로써 환경 내의 피처들(features)까지의 거리들을 능동적으로 추정할 수 있다. 그 결과, 무선-반사 피처들까지의 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시간의 경과에 따라 주파수가 변하는 신호, 예컨대 시변 주파수 램프를 갖는 신호를 방출하고, 다음에 이러한 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수 차이를 범위 추정치와 관련시킬 수 있다.
어떤 시스템들은 수신된 반사 신호들의 도플러 주파수 시프트에 기초하여 반사 물체들의 상대적인 운동을 또한 추정할 수 있다. 지향성 안테나들(예를 들어, 어레이 안테나들)은 각각의 범위 추정치를 베어링(bearing)과 연관시키기 위해 신호들의 송신 및/또는 수신에 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 지향성 안테나들은 방사된 에너지를 주어진 관심 시야(field of view)에 포커싱하는데 또한 사용될 수 있다. 측정된 거리들과 지향성 정보를 결합하는 것은 주변 환경 피처들이 식별 및/또는 매핑될 수 있게 한다. 따라서, 레이더 센서는 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 예를 들어, 자율주행 차량 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들은 레이더 유닛 상에서 동작하는 하나 또는 다수의 안테나의 편광을 조정하는 것을 포함한다. 일부 예들에서, 레이더 안테나의 편광을 조정하는 것은 안테나로 하여금 안테나가 원래 설계된 편광과 상이한 편광으로 방사하는 레이더 신호들을 송신하거나 수신하게 하는 편광 필터를 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 편광 필터는 하나 또는 다수의 안테나가 상이한 편광 내에서 동작하게 하기 위해 레이더 유닛에 부착되거나 생성될 수 있다. 다른 예들에서, 레이더 안테나의 편광을 조정하는 것은 레이더 안테나의 편광을 트위스트(예를 들어, 수정)하기 위해 레이더 유닛의 개발 중에 레이더 유닛의 내부 구성을 수정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 레이더 유닛 내에서의 추가적인 트위스트 수정은 레이더 유닛 내부에서 횡단하는 전자기파들이 원하는 편광으로 출력되도록 트위스트하게 할 수 있다.
일 양태에서, 본 출원은 레이더 유닛을 설명한다. 레이더 유닛은 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 송신하도록 구성된 복수의 송신 안테나, 및 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 수신하도록 구성된 복수의 수신 안테나를 포함한다. 레이더 유닛은 또한 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 적어도 일부에 결합된 편광 필터를 포함한다. 특히, 편광 필터는 복수의 송신 안테나 중 송신 안테나들의 서브세트가 제2 편광을 갖는 레이더 신호들을 송신하게 하고, 편광 필터는 복수의 수신 안테나들 중 수신 안테나들의 서브세트가 제2 편광을 갖는 레이더 신호들을 수신하게 한다.
다른 양태에서, 본 출원은 레이더 시스템을 설명한다. 레이더 시스템은 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 송신하도록 구성된 복수의 송신 안테나, 및 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 수신하도록 구성된 복수의 수신 안테나를 포함한다. 레이더 시스템은 또한 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 적어도 일부에 결합된 편광 필터를 포함한다. 특히, 편광 필터는 복수의 송신 안테나 중 송신 안테나들의 서브세트가 제2 편광을 갖는 레이더 신호들을 송신하게 한다. 또한, 편광 필터는 또한 복수의 수신 안테나들 중 수신 안테나들의 서브세트가 제2 편광을 갖는 레이더 신호들을 수신하게 한다.
또 다른 양태에서, 본 출원은 레이더 시스템으로 시그널링하는 방법을 설명한다. 본 방법은 송신 안테나들의 어레이를 사용하여 하나 이상의 레이더 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 송신 안테나들의 어레이는 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 송신하도록 구성된다. 추가적으로, 편광 필터는 송신 안테나들의 어레이에 결합되고, 송신 안테나들의 어레이가 제2 편광을 갖는 하나 이상의 레이더 신호를 송신하게 한다. 본 방법은 수신 안테나들의 어레이를 사용하여 하나 이상의 레이더 신호를 수신하는 단계를 추가로 포함한다. 예를 들어, 수신 안테나들의 어레이는 제1 편광을 갖는 레이더 신호들을 수신하도록 구성된다. 또한, 편광 필터는 수신 안테나들의 어레이에 결합되고 수신 안테나들의 어레이가 제2 편광을 갖는 하나 이상의 레이더 신호들을 수신하게 한다.
전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하려는 것은 아니다. 전술한 예시적인 양태들, 실시예들 및 피처들 외에도, 추가적인 양태들, 실시예들 및 피처들이 도면들 및 후속하는 상세한 설명을 참조하여 명확해질 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른, 편광 필터의 단위 셀을 도시한다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른, 편광 필터의 단위 셀 및 도파관을 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른, 편광 필터의 단위 셀 및 2개의 도파관을 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관, 편광 필터의 단위 셀, 및 혼 안테나(horn antenna)를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른, 다른 편광 필터의 단위 셀을 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른, 다른 편광 필터의 단위 셀 및 2개의 도파관을 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른, 편광 필터층을 도시한다.
도 8a는 예시적인 실시예들에 따른, 안테나의 파-방사 부분을 도시한다.
도 8b는 예시적인 실시예들에 따른, 다른 안테나를 도시한다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른, 개방형 도파관 안테나 소자들의 어레이를 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른, 개방형 도파관 안테나 소자들의 다른 어레이 및 편광 필터를 도시한다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른, 도파관 안테나 소자들의 어레이, 편광 필터, 및 도파관 출력 포트들의 어레이를 도시한다.
도 12a는 예시적인 실시예에 따른, 트위스티드 안테나 구성을 도시한다.
도 12b는 예시적인 실시예에 따른, 다른 트위스티드 안테나 구성을 도시한다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른, 트위스티드 안테나를 도시한다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른, 전자기파들을 방사하는 방법을 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부 도면들이 참조된다. 도면들에서, 유사한 심벌들은 통상적으로 상황이 달리 지시하지 않는 한은 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 설명되는 예시적인 실시예들은 한정을 의도하지 않는다. 본 명세서에서 제시되는 주제의 범위로부터 벗어나지 않고서, 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 도시된 본 개시내용의 양태들은 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 명확히 고려된다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
전술한 바와 같이, 레이더 시스템은 미리 결정된 방향들로 레이더 신호들을 방출하여 환경을 측정하기 위해 하나 또는 다수의 송신 안테나를 사용할 수 있다. 환경 내의 표면들과 접촉하면, 레이더 신호들은 다수의 방향으로 반사되거나 산란될 수 있다. 레이더 신호들의 일부는 레이더 시스템을 향해 다시 반사될 수 있고, 하나 또는 다수의 수신 안테나에 의해 캡처된다. 그 후, 수신된 반사 신호들을 처리하여 레이더 시스템에 대한 표면들의 위치들을 결정할 수 있다.
환경 내의 이동 피처들의 모션(예를 들어, 이동 피처의 모션, 레이더 플랫폼에 대한 피처의 상대적 모션, 및/또는 모션의 조합))뿐만 아니라 피처들까지의 거리들을 측정하는 능력으로 인해, 레이더 시스템들은 차량 내비게이션 및 안전성을 돕기 위해 점점 더 많이 사용된다. 특히, 차량들은 차량 제어 시스템이 차량을 둘러싼 환경 내의 다른 피처들 중에서도, 예를 들어, 인근 차량들, 도로 경계들, 날씨 상태들, 교통 표지판들 및 신호들, 및 보행자들을 검출할 수 있게 하기 위해 자율주행 또는 반자율주행 동작 동안 레이더 시스템에 의존할 수 있다. 차량 레이더 시스템들의 수가 계속 성장함에 따라, 레이더의 주변 환경, 예를 들어, 차량의 주변 환경을 정확하게 측정할 수 있고, 또한 레이더 시스템들을 갖는 다수의 차량이 있는 환경에서 동작하는 적당한 레이더 유닛들에 대한 요구가 있다.
본 명세서에 제시된 예시적인 실시예들은 차량의 환경의 정확한 측정들을 캡처하기 위해 차량의 다양한 위치들 및 배향들에 장착될 수 있는 저비용 레이더 유닛들을 포함한다. 특히, 본 명세서에 기술되는 일부 예시적인 레이더 유닛들은 송신 및 수신 안테나들이 레이더 신호들을 송신 또는 수신하는 편광들을 조작할 수 있는 하나 또는 다수의 편광 필터를 포함할 수 있다. 이와 같이, 편광 필터가 레이더 유닛 상에 미치는 위치, 구성 및 영향은 예들 내에서 달라질 수 있다.
예시적인 구현을 예시하기 위해, 레이더 유닛은 송신 어레이 및 수신 어레이를 포함할 수 있으며, 각각의 어레이는 특정 편광들로 레이더 신호들을 초기에 송신 또는 수신하도록 구성된 하나 또는 다수의 안테나로 구성된다. 레이더 신호의 편광과 같은 편광은 횡파(예를 들어, 전자기 레이더 신호)에 적용되는 특성을 나타낸다. 특히, 편광은 횡파의 진동들의 기하학적 배향을 특정한다. 예를 들어, 선형 편광은 전파 방향을 따라 주어진 평면에 대한 전기장 벡터의 한정이다.
더 자세히 설명하면, 레이더 신호가 이동하는 동안 수직 배향을 갖는 경우(즉, 신호가 이동할 때 레이더 신호가 상하 경로에서 교대하는 경우), 레이더 신호는 수직 선형 편광된 레이더 신호로서 설명될 수 있다. 레이더 신호가 이동하는 동안 수평 배향을 갖는 경우(즉, 신호가 이동할 때 레이더 신호가 평행 평면을 따라 좌우로 교대하는 경우), 레이더 신호는 수평 선형 편광된 레이더 신호로서 설명될 수 있다. 이러한 편광들은 레이더 신호들이 횡단할 수 있는 유일한 가능 편광들이 아니다. 오히려, 레이더 신호들은 또한 수평 선형 편광과 수직 선형 편광 사이에서 횡단하는 경사진 편광들과 같은 다른 편광들을 따라 이동할 수 있다. 예를 들어, 경사진 편광으로 이동하는 레이더 신호는 수평 평면으로부터 +45도 또는 -45도로 이동할 수 있다.
이와 같이, 레이더 유닛들은 종종 안테나들이 특정 편광들로 송신 및 수신하도록 설계된다. 예를 들어, 레이더 유닛은 특정 편광(예를 들어, 수직 선형 편광)으로 레이더 신호들을 송신 또는 수신하는 송신 안테나들의 어레이 및 수신 안테나들의 어레이를 포함할 수 있다. 레이더 유닛들은 때때로 대량 생산이 가능하도록 특정 설계를 가질 수 있다. 이러한 상황들에서, 레이더 유닛은 특정 편광에서의 측정들을 캡처할 수 있지만, 레이더 유닛은 다른 편광들에서의 측정들을 캡처하지 못할 수 있다. 그 결과, 차량 또는 다른 엔티티 상에서 동작하는 레이더 시스템은 레이더 시스템이 다수의 편광에서 환경을 측정하는 것을 가능하게 하기 위해 다른 편광들로 송신 및 수신하도록 설계된 추가적인 레이더 유닛들로부터 이익을 얻을 수 있다.
본 명세서에 제시된 일부 예들은 특정 편광 또는 편광들에서 동작하도록 설계된 레이더 유닛들이 다른 편광들에서 동작하는 것을 가능하게 하는 편광 필터들을 사용하는 것을 포함한다. 따라서, 레이더 유닛의 송신 어레이 및/또는 수신 어레이가 특정 편광 또는 편광들로 레이더 신호들을 송신 또는 수신하도록 구성된 안테나들을 포함할 수 있지만, 레이더 유닛은 안테나들 전부 또는 그 일부가 레이더 신호들을 송신 및/또는 수신하는 편광을 변경할 수 있는 하나 또는 다수의 편광 필터들을 추가로 포함할 수 있다.
편광 필터는 안테나들의 극성을 조작하기 위해 방사 안테나들에 대한 다양한 위치들에 결합될 수 있다. 예를 들어, 편광 필터는 방사 소자들 바로 아래에 또는 레이더 유닛의 다른 층에 있는 레이더 유닛에 결합될 수 있다. 추가적으로, 편광 필터는 또한 송신 또는 수신 안테나의 편광을 다양한 각도로 조정할 수 있다. 예를 들어, 레이더 유닛은 주어진 편광에서 다수의 신호를 레이더 유닛 설계의 원래 편광과 직교하는 다른 편광으로 송신(및 수신)하는 것을 조정하기 위해 하나 또는 다수의 편광 필터들로 구성될 수 있다.
신호가 다른 신호와 직교할 때, 이것은 각각의 신호가 환경을 횡단하는 방식으로 인해 각각의 신호가 다른 신호와 독립적으로 분해될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 레이더 유닛이 수직 선형 편광된 신호 및 수평 선형 편광된 신호 모두를 송신할 때, 이러한 신호들은 서로 직교할 수 있다. 실제로, 2개의 직교는 환경 내의 물체들에 의해 반사되고 레이더 유닛에 의해 수신될 수 있다. 이와 같이, 수직 편광된 반사 신호들은 수직 편광된 안테나에 의해 수신될 수 있고 수평 편광된 반사 신호들은 수평 편광된 안테나에 의해 수신될 수 있다. 수직 편광된 신호가 수평 편광된 신호와 직교하기 때문에, 수직 편광된 안테나는 수평 편광된 신호의 어느 것도 수신하지 않을 것이고(또는 매우 작은 백분율의 수평 편광된 신호를 수신할 것이고) 수평 편광된 안테나는 수직 편광된 신호의 어느 것도 수신하지 않을 것이다(또는 매우 작은 백분율의 수직 편광된 신호를 수신할 것이다). 추가적으로, 이것은 레이더가 복잡한 지형, 관목, 나무, 눈, 비, 및 복잡한 표적 등과 같은 교차 편광 변환들을 나타내는 지면 또는 다른 물체들에 의해 반사된 레이더 신호의 임의의 교차 편광된 컴포넌트들을 픽업할 수 있게 할 수 있다. 이것은 차량 제어 시스템 또는 다른 시스템이 레이더를 사용하여 다양한 편광들로 운전 장면을 측정하고 분석하는 것을 포함하여, 환경을 보다 철저하게 분석하는 것을 허용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 편광 필터는 레이더 유닛의 하나 또는 다수의 안테나의 동작을 조작할 수 있는 재료 층을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 편광 필터는 편광 필터없이 제1 편광으로 레이더 신호들을 송신하게 하는 초기 설계를 갖는 송신 안테나들임에도 불구하고 송신 안테나들의 서브세트가 제2 편광으로 레이더 신호들을 송신하게 할 수 있다. 예를 들어, 편광 필터가 수직 선형 편광된 레이더 신호들을 송신하도록 구성된 송신 안테나 상에 배치될 때, 편광 필터는 송신 안테나의 출력을 조정하여 송신 안테나가 상이하게 편광되는(예를 들어, 수평 선형 편광되는) 레이더 신호들을 송신하도록 할 수 있다. 추가적으로, 추가적인 예시적인 실시예들에서, 레이더 유닛은 수평 평면으로부터 대략 +45도 및 -45도 경사진 편광들로 방사하는 레이더 신호들을 송신 안테나들이 송신하게 하고 수신 안테나들이 수신하게 하는 하나 또는 다수의 편광 필터들을 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들은 레이더 유닛의 하나 또는 다수의 안테나의 편광들을 조정하기 위해 다수의 레이더 편광 필터들을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이더 유닛은 안테나들의 제1 서브세트에 결합된 제1 편광 필터 및 안테나들의 제2 서브세트에 결합된 제2 편광 필터를 포함할 수 있다. 상기 구현에서, 제1 편광 필터는 안테나들의 제1 서브세트가 제1 편광(예를 들어, 수직 선형 편광)으로 이동하는 레이더 신호들을 송신 및 수신하게 할 수 있고, 제2 편광 필터는 안테나들의 제2 서브세트가 제2 편광(예를 들어, 수평 선형 편광)으로 이동하는 레이더 신호들을 송신 및 수신하게 할 수 있다. 레이더 유닛들의 다른 예들은 추가적인 편광 필터들을 포함할 수 있다. 추가 예들에서, 편광 필터들이 중첩될 수 있다.
일부 예시적인 레이더 유닛들은 다수의 편광으로 레이더 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 설계된 안테나들을 갖는 일부 레이더 유닛들을 포함하는 다양한 구성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 레이더 유닛은 각각의 어레이가 수평 선형 편광, 수직 선형 편광, 및 경사진 선형 편광(예를 들어, 수평 평면으로부터 대략 +45도 및 -45도)과 같은 특정 편광으로 레이더 신호들을 송신하거나 수신하도록 설계된 안테나들의 어레이들을 가질 수 있다. 이와 같이, 다수의 편광에서 레이더 신호들을 사용할 수 있는 이러한 레이더 유닛들은 안테나들 전부 또는 그 서브세트의 성능을 수정하기 위해 하나 이상의 편광 필터를 여전히 포함할 수 있다.
편광 필터의 파라미터들은 예들 내에서 달라질 수 있다. 예를 들어, 편광 필터들의 크기, 두께 및 설계는 레이더 유닛들의 설계 및 원하는 성능에 따라 다를 수 있다. 일부 예들에서, 레이더 유닛은 레이더 유닛 상의 안테나들 전부 또는 그 세트를 커버하는 단일 편광 필터를 사용할 수 있다. 다른 예들에서, 레이더 유닛은 중첩할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는 다수의 편광 필터를 포함할 수 있다. 다수의 편광 필터를 포함하는 레이더 유닛은 편광 필터들 사이에 갭들을 가질 수 있거나 편광 필터들은 또한 그 사이의 임의의 공간 내에 정렬될 수 있다.
또한, 일부 실시예들에서, 편광 필터는 레이더 유닛 내에 내장될 수 있다. 예를 들어, 편광 필터는 레이더 유닛의 일부(예를 들어, 층)로서 생성될 수 있다. 편광 필터는 안테나들 위에 배치된 상부 층이거나 또는 다른 층일 수 있다. 다른 실시예들에서, 편광 필터는 레이더 유닛에 부착하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 편광 필터는 패스너들(fasteners) 또는 접착제를 통해 레이더 유닛에 결합될 수 있다. 이와 같이, 일부 예시적인 실시예들은 조정가능한 편광 필터들을 포함할 수 있고, 동일한 레이더 유닛의 상이한 부분들에 결합되어 그들 사이에서 스위칭할 수 있다.
추가 예들에서, 하나 또는 다수의 편광 필터는 하나 또는 다수의 회전 컴포넌트들에 따라 동작할 수 있다. 예를 들어, 레이더 유닛은 하나 또는 다수의 편광 필터의 위치 또는 위치들을 조정할 수 있는 회전 컴포넌트를 포함할 수 있다. 편광 필터의 위치를 조정하는 것은 편광 필터로 하여금 편광 필터의 현재 위치에 의존하는 방식으로 레이더 유닛 상의 안테나들의 편광을 수정하게 할 수 있다. 회전 컴포넌트는 조정을 수행하기 위해 다양한 기술들 또는 전력원들을 사용하여 편광 필터의 위치를 조정할 수 있다.
일부 예들에서, 회전 컴포넌트는 MEMS(microelectromechanical system)이다. MEMS 및 다른 잠재적 회전 컴포넌트들은 마이크로 제조 기술들을 사용하여 제조될 수 있다. MEMS 디바이스들의 사용을 통해, 레이더 유닛은 현장에서 하나 이상의 레이더 유닛들의 편광을 조정할 수 있다. 예로서, 현장 조정(in situ adjustment)은 레이더 유닛(또는 차량)이 차량의 레이더 하드웨어를 물리적으로 교체할 필요없이 레이더 유닛의 편광을 조정할 수 있게 한다.
기저 도파관 채널뿐만 아니라 송신 또는 수신 안테나의 구성, 위치, 및 배향은 안테나가 레이더 신호들을 송신 또는 수신하는 편광, 송신 또는 수신의 폭 및 거리, 및 안테나의 동작 방향에 영향을 줄 수 있다. 이와 같이, 차량 또는 다른 디바이스로부터의 근거리, 중거리, 및 원거리를 포함하는, 다양한 타입의 동작이 가능한 레이더 유닛들을 도시하는 레이더 유닛들의 상이한 레이아웃들이 본 명세서에 제시된다. 레이더 유닛들의 이러한 상이한 레이아웃들은 송신의 편광을 조정하는 하나 또는 다수의 편광 필터들은 물론, 주어진 안테나들에 의한 수신을 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 레이더 유닛의 구성은 레이더 유닛의 안테나들의 성능에 추가로 영향을 줄 수 있다. 특히, 레이더 유닛은 안테나들이 수정된 전자기파들을 원하는 대로 송신하기 전에 원하는 정도까지 전자기파들의 편광을 추가적으로 수정(예를 들어, 트위스트)하도록 내부적으로 구성될 수 있다. 마찬가지로, 레이더 유닛은 레이더 신호들의 반사들을 수신하고 수신된 신호들을 원하는 편광으로 내부적으로 수정(예를 들어, 트위스트)하도록 구성될 수 있다. 예로서, 레이더 유닛은 전자기파들을 원하는 편광(예를 들어, 경사진 편광)으로 수신하고 트위스트할 수 있다.
다수의 편광으로 동작할 수 있는 레이더 유닛들은 다수의 차량 또는 디바이스들이 동일한 영역에서 레이더를 사용할 때 발생할 수 있는 간섭 및 재밍(jamming)을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다. 간섭 또는 재밍은 레이더 유닛이 레이더 유닛의 관점에서 환경을 정확하게 나타내지 않는 레이더 신호들을 수신하게 할 수 있다. 예를 들어, 차량 상에 배치된 레이더 유닛은 상이한 차량의 레이더 시스템에 의해 동일한 범위 및 편광으로 송신된 레이더 신호를 원치않게 수신할 수 있다. 또한, 레이더 신호들의 모든 상이한 송신들 및 반사들은 레이더 유닛들의 성능에 영향을 주는 잡음을 생성할 수 있다.
예로서, 2개의 차량이 서로를 향해 주행하고 있고, 둘 다 수직 편광(또는 수평 편광)을 갖는 레이더 신호들을 송신하고 있다면, 각각의 차량은 다른 차량에 의해 송신된 일부 레이더 신호들을 수신할 수 있다. 다른 차량으로부터의 이러한 레이더 신호들은 차량의 레이더 유닛들을 재밍할 수 있다(또는 이와는 달리 간섭할 수 있다). 그러나, 2개의 차량으로부터의 레이더 신호들이 서로 직교하는 경우, 신호들은 다른 차량의 레이더를 재밍하거나 간섭할 가능성이 훨씬 적을 것이다.
하나보다 많은 편광으로 송신 및 수신할 수 있는 예시적인 레이더 유닛들은 인근 레이더 시스템들에 의해 사용되는 편광과는 상이한 편광들로 레이더 신호들을 송신 및 수신함으로써 재밍 및 간섭을 잠재적으로 회피할 수 있다. 마찬가지로, 레이더 유닛은 다수의 편광 중 하나 이상의 편광(예를 들어, 4개 모두)으로 레이더 신호들을 선택적으로 송신 및 수신할 수 있다. 레이더 시스템은 다수의 편광으로부터의 측정들의 축적을 사용하여 환경을 측정할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 레이더 유닛은 하나 이상의 편광으로 레이더 유닛의 시야를 이미징할 수 있다.
또한, 다수의 편광으로 동작하는 레이더 유닛은 환경의 추가 분석을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 레이더 시스템은 다수의 편광에서의 레이더 측정들에 기초하여 도로 상에 또는 그 근처에 위치된 물(예를 들어, 웅덩이들 및/또는 날씨 상태들)을 검출할 수 있다. 물은 편광-특정 반사 특성을 갖기 때문에, 편광을 변화시키는 것은 도로 상의 물을 검출하는 능력을 향상시킬 수 있다. 차량 제어 시스템은 침수된 도로들을 피하거나 이와는 달리 내비게이션에 적합하지 않은 환경들 주위를 내비게이션하기 위해 상이한 편광들로부터의 향상된 검출을 사용할 수 있다. 마찬가지로, 다수의 편광에서의 레이더 신호들의 측정들은 정지 표지판들 및 거리 표지판들과 같은 금속 교통 표지판들을 검출하는 데 도움을 줄 수 있다.
일부 예들에서, 편광 측정들은 환경에서의 복잡한 RF 반사 물체들(예를 들어, 자동차, 도로 표지판)을 플레이트들, 에지들, 실린더들, 및 삼면체들 등과 같은 정규 산란 컴포넌트들로 분해하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 다수의 편광으로 금속 교통 표지판들의 에지들에서 반사되는 레이더 신호들은 레이더 시스템이 위치를 검출하고 표시판의 경계들을 추정하는 것을 도울 수 있다. 그 결과, 측정들은 표적 분류 및 물체 식별에 잠재적으로 사용될 수 있는 풍부하고 차별적인 피처 공간을 형성하는 것을 도울 수 있다. 또한, 편광 측정들의 멀티-룩 특성(multi-look nature)에 부가하여, 시스템은 측정들을 사용하여 표적들의 편광 스펙트럼을 특성화하고 잠재적으로 분류 능력들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 레이더 측정들 및 분석을 사용하여 환경 내의 검출된 형상들, 도로 장벽들, 다른 차량들, 보행자들, 및 다른 피처들에 기초하여 교통 표지판들을 식별할 수 있다.
다음의 상세한 설명은 단일-입력 단일-출력 단일-입력, 다중-출력(SIMO), 다중-입력 단일-출력(MISO), 다중-입력 다중-출력(MIMO), 및/또는 SAR(synthetic aperture radar) 레이더 안테나 아키텍처의 형태를 취할 수 있는 하나 또는 다수의 안테나 어레이를 갖는 장치와 함께 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 레이더 안테나 아키텍처는 복수의 "듀얼 개방형 도파관"(DOEWG) 안테나를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, "DOEWG"이라는 용어는 수평 도파관 채널의 짧은 섹션에 2개의 부분으로 분리되는 수직 채널을 더한 것을 가리킬 수 있는데, 여기서 수직 채널의 2개의 부분 각각은 안테나에 진입하는 전자기파들의 적어도 일부를 방사하도록 구성되는 출력 포트를 포함한다. 추가적으로, 복수의 DOEWG 안테나는 안테나 어레이로 배열될 수 있다. 그러나, 이 기술은 DOEWG 안테나들에 한정되지 않으며, 본 개시내용의 맥락 내에서 다른 안테나들도 사용될 수 있다.
예시적인 안테나 아키텍처는 예를 들어, 컴퓨터 수치 제어(CNC)로 기계로 가공되고, 적절하게 정렬되고, 함께 조인(join)될 수 있는 다수의 금속 층(예를 들어, 알루미늄 플레이트들)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층은 입력 도파관 채널의 제1 절반을 포함할 수 있고, 여기서 제1 도파관 채널의 제1 절반은 제1 도파관 채널로 전자기파들(예를 들어, 77GHz 밀리미터파들)을 수신하도록 구성될 수 있는 입력 포트를 포함한다. 제1 금속 층은 또한 복수의 파-분할 채널의 제1 절반을 포함할 수 있다. 복수의 파-분할 채널은 입력 도파관 채널로부터 분기하고 또한 입력 도파관 채널로부터 전자기파들을 수신하도록 구성될 수 있는 채널들의 네트워크를 포함하고, 전자기파들을 복수의 전자기파 부분으로 분할하고(즉, 전력 분할기들), 전자기파들의 제각기 부분들을 복수의 파-방사 채널의 제각기 파-방사 채널들로 전파할 수 있다.
일부 예시적인 자동차 레이더 시스템들은 IEEE W 대역(75-110 기가헤르쯔(GHz)) 및/또는 NATO M 대역(60-100GHz)에서의 주파수들과 함께 동작하도록 구성될 수 있다. 일 예에서, 본 시스템은 전자기 파장을 갖는 밀리미터(mm) 파들(예를 들어, 77GHz의 경우 3.9 mm)에 대응하는 77GHz의 전자기파 주파수에서 동작할 수 있다. 이러한 레이더 시스템들은 레이더 시스템이 자율주행 차량 주위의 주변 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있도록 하기 위해서 방사 에너지를 빔들에 집중시킬 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 컴팩트하고, 효율적일 수 있고(즉, 77GHz 에너지가 안테나에서 열로 손실되거나 송신기 전자 장치 내로 다시 반사되지 않아야 하고), 제조하기 쉽고 저렴하다.
일부 예시적인 실시예들에서, 편광 필터는 안테나의 2개의 층들 사이에 배치될 수 있다. 2개의 층 중 하나는 신호들을 방사 또는 수신하는데 사용되는 도파관 안테나 소자들(예를 들어, DOEWG 안테나들의 도파관들)의 어레이를 포함할 수 있다. 다른 층은 도파관 출력 포트들(즉, 편광 필터와 주변 환경 사이의 포트들)을 포함할 수 있다.
편광 필터는 둥근 직사각형 편광-수정 채널들이 도파관 안테나 소자들 및/또는 도파관 출력 포트들에 대해 배치되도록 배치될 수 있다(예를 들어, 도파관 안테나 소자들에 대해 44도와 46도 사이의 각도 회전하고 도파관 출력 포트들에 대해 44도와 46도 사이의 각도로 회전된다).
일부 실시예들에서, 도파관 안테나 소자들 및/또는 도파관 출력 포트들은 직사각형 형상일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 도파관 안테나 소자들 및/또는 도파관 출력 포트들은 원형 형상일 수 있다. 다른 형상들도 역시 가능하다.
편광 필터는 다양한 실시예들에서, CNC 머시닝 또는 금속-도금된 플라스틱 몰딩을 사용하여 제조될 수 있다. 편광 필터는 다양한 예시적인 실시예들에서, 금속 및/또는 유전체로 제조될 수 있다.
둥근 직사각형 채널들은 인커밍(incoming) 전자기파들의 편광을 변경할 수 있는 공진 챔버들의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 편광에서 다른 편광으로의(예를 들어, 수평 TE10 편광에서 수직 TE10 편광으로의) 높은 에너지 누설이 챔버 내에서 발생할 수 있다. 많은 파장 거리에 걸쳐 발생하는 도파관에서 물리적 트위스트들을 사용하는 도파관들에서 편광을 변경하는 대안적인 방법들과 달리, 편광 필터의 두께는 충분한 편광 변환을 여전히 달성하면서 파장(예를 들어, 대응하는 입력 전자기파들의 절반과 전체 파장 사이)보다 작을 수 있다. 둥근 직사각형 편광-수정 채널들은 또한 채널로부터 방출되는 소멸 도파관 모드들이 채널로부터 멀리 전파될수록 충분히 빠르게 소멸되도록 설계될 수 있다. 이들 양쪽 인자로 인해, 편광 변환 동안 더 적은 에너지 손실이 발생할 수 있으며, 이는 편광을 회전/변경하는 대안적인 방법들과 비교할 때 에너지 효율을 증가시킨다.
일부 예들에서, 레이더 시스템은 레이더 신호들의 편광을 조정하도록 구성된 하나 이상의 레이더 유닛들을 포함할 수 있다. 특히, 시스템 내의 레이더 유닛은 피드 가이드(feed guide)로부터 입력된 전자기파를 수신하고 전자기파들을 다수의 채널로 분할하는 DOEWG로서 동작하도록 구성될 수 있다. 레이더 유닛은 피드 도파관의 넥(neck)으로부터 분할되고 사전-트위스트된 전자기파를 수신하고 분할된 전자기파들의 추가적인 트위스팅(또는 이와는 달리 수정)을 채널들 내의 하나 또는 다수의 원하는 편광들로 제공할 수 있는 구성을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 추가의 트위스팅은 전자기파들이 수평 선형 편광에서 경사진 편광으로 조정하게 할 수 있다.
이와 같이, 레이더 유닛은 기생 소멸파들의 전부(또는 일부)가 존재하는 것을 중단하고 원하는 전파되는 전자기파들이 원하는 트위스티드 각도(즉, 원하는 편광에서)에서 생존하도록 트위스티드 전자기파들을 안정화하기에 충분한 전파 경로를 허용하는 구성을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 레이더 유닛은 전자기파들을 레이더 신호들로서 환경에 방사하는 것을 돕기 위해 가이드의 단부에서 자유 공간에 대한 임피던스 매칭을 추가로 포함할 수 있다. 추가적으로, 트위스팅 전자기파들이 차량들에 부착할 수 있는 레이더 유닛들의 크기에서 발생할 수 있기 때문에, 전자기파들의 트위스팅을 허용하는 구성은 CNC 머시닝 프로세스를 사용하여 구성될 수 있다. 또한, 트위스티드 구성은 상이한 안테나 어레이들로 구성된 레이더 유닛들과 같은, 다양한 타입의 레이더 유닛들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 전자기파들을 원하는 편광으로 내부적으로 트위스팅하는 레이더 유닛은 1x10의 방사 소자 어레이를 포함할 수 있다.
대응하는 편광-수정 채널들 및 도파관들의 형상 및 재료들에 기초하여, 전파 에너지의 분포는 예를 들어, 안테나 내의 상이한 위치들에서 변할 수 있다. 편광-수정 채널들 및 도파관들의 형상 및 재료들은 전자기 에너지에 대한 경계 조건들을 정의한다. 경계 조건들은 편광-수정 채널들 및 도파관들의 에지들에서 전자기 에너지에 대한 공지된 조건들이다. 예를 들어, 금속 도파관에서, 편광-수정 채널 및 도파관 벽들이 거의 완벽하게 전도성(즉, 도파관 벽들이 완벽한 전기 전도체 - PEC들로서 근사화될 수 있음)이라고 가정하면, 경계 조건들은 벽면들 중 어느 것에서도 전기장이 접하게(즉, 도파관 벽의 평면에서) 향하지 않는다는 것을 명시한다. 경계 조건들이 알려지면, 맥스웰(Maxwell)의 방정식들을 사용하여 전자기 에너지가 편광-수정 채널들 및 도파관들을 통해 어떻게 전파되는지를 결정할 수 있다.
맥스웰의 방정식들은 임의의 주어진 편광-수정 채널 또는 도파관에 대한 몇몇 동작 모드를 정의할 수 있다. 각각의 모드는 전자기 에너지가 편광-수정 채널 또는 도파관을 통해 전파될 수 있는 하나의 특정 방식을 갖는다. 각각의 모드는 연관된 컷오프 주파수를 갖는다. 전자기 에너지가 차단 주파수 아래인 주파수를 갖는다면 편광-수정 채널 또는 도파관에서 모드가 지원되지 않는다. (i) 치수 및(ii) 동작 주파수 양쪽 모두를 적절히 선택함으로써, 전자기 에너지는 특정 모드들에서 편광-수정 채널들 및 도파관들을 통해 전파될 수 있다. 편광-수정 채널들 및/또는 도파관들은 설계 주파수에서 단 하나의 전파 모드가 지원되도록 설계될 수 있다.
4가지 주요 타입의 도파관 전파 모드가 있다: TE(Transverse Electric) 모드들, TM(Transverse Magnetic) 모드들, TEM(Transverse Electromagnetic) 모드들, 및 하이브리드 모드들. TE 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장을 갖지 않는다. TM 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 자기장을 갖지 않는다. TEM 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장 또는 자기장을 갖지 않는다. 하이브리드 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장 및 자기장 둘 다의 일부를 갖는다.
TE, TM, 및 TEM 모드들은 폭 방향 및 높이 방향과 같은 전파 방향에 직교하는 2개의 방향에 대응하는 2개의 첨자 번호들을 사용하여 추가로 특정될 수 있다. 비-제로 첨자 번호는 각각의 편광-수정 채널 또는 도파관(예를 들어, 직사각형 도파관을 가정함)의 폭 및 높이와 동일한 전자기 에너지의 반파장의 각각의 수를 표시한다. 그러나, 제로인 첨자 번호는 그 방향에 대한 필드의 변화가 없다는 것을 표시한다. 예를 들어, TE10 모드는 편광-수정 채널 또는 도파관의 폭이 반-파장이고 높이 방향으로 필드 변동이 없다는 것을 표시한다. 전형적으로, 첨자 번호가 제로와 동일할 때, 각각의 방향에서의 도파관의 치수는 파장의 절반보다 작다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관의 폭이 하나의 파장(즉, 2개의 반파장)이고 높이는 하나의 반파장임을 표시한다.
TE 모드에서 도파관을 동작시킬 때, 첨자 번호들은 또한 도파관의 각각의 방향을 따라 필드-최대치들의 수를 표시한다. 예를 들어, TE10 모드는 도파관이 폭 방향으로 하나의 전기장 최대치를 갖고 높이 방향으로 제로 최대치를 갖는다는 것을 표시한다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관이 폭 방향으로 2개의 전기장 최대치를 갖고 높이 방향으로 하나의 최대치를 갖는다는 것을 표시한다.
안테나들은 레이더 시스템의 송신 측, 수신 측, 또는 송신 측과 수신 측 양쪽 모두에서 사용될 수 있다. 또한, 편광 필터의 추가는 상이한 고유 편광 배향들을 갖는 안테나들이 무선 통신을 사용하여 서로 통신할 수 있게 한다. 예를 들어, 수직 편광을 갖는 안테나는 본래 수평 편광을 갖는 수신 안테나에 신호를 송신할 수 있다. 그러나, 편광-수정 층 및 도파관 출력 포트들을 포함함으로써, 수신 안테나는 수직 편광된 신호를 수신하고 변환할 수 있고, 그에 의해 2개의 컴포넌트 사이의 통신을 가능하게 한다.
일부 응용들에서, 하나 또는 다수의 편광 필터의 포함은 레이더 시스템 내의 다양한 레이더들이 상이한 편광들을 사용하여 측정들을 수행할 수 있게 할 수 있다. 그러한 능력은 단일 장면의 다수의 시점(예를 들어, 수평 편광된 전자기 에너지 중 하나 및 수직 편광된 전자기 에너지 중 하나)을 허용할 수 있다. 예를 들어, 소정 타입들의 험악한 날씨(예를 들어, 눈, 비, 진눈깨비, 및 우박)는 레이더 시그널링에 악영향을 미칠 수 있다. 다수의 편광의 사용은 그러한 악영향을 감소시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상이한 편광들을 사용하는 상이한 레이더들은 레이더 시스템에서 상이한 레이더들 사이의 간섭을 방지할 수 있다. 예를 들어, 레이더 시스템은 SAR(synthetic aperture radar) 기능성을 통해 자율주행 차량의 이동 방향에 수직인 방향으로 질문(즉, 레이더 신호들을 송신 및/또는 수신)하도록 구성될 수 있다. 따라서, 레이더 시스템은 차량이 통과하는 대로변 물체들에 관한 정보를 결정할 수 있다. 일부 예들에서, 이 정보는 2차원(예를 들어, 대로변으로부터 다양한 물체들이 있는 거리들)일 수 있다. 다른 예들에서, 이 정보는 3차원(예를 들어, 검출된 물체들의 다양한 부분들의 포인트 클라우드)일 수 있다. 따라서, 차량은 예를 들어, 도로를 따라 주행할 때 도로의 측면을 "매핑"할 수 있다.
2개의 자율주행 차량이 유사한 레이더 시스템들을 사용하여(예를 들어, 전술한 SAR 기술을 사용하여) 환경을 질문하는 경우, 이들 자율주행 차량이 상이한 편광들(예를 들어, 직교 편광들)을 사용하여 질문을 수행하는 것도 유용할 수 있으며, 이에 의해 간섭을 방지할 수 있다. 추가적으로, 단일 차량은 각각의 레이더 유닛이 다른 레이더 유닛과 간섭하지 않도록 직교 편광들을 갖는 2개의 레이더 유닛을 동작시킬 수 있다. 따라서, 레이더 유닛들을 재설계할 필요없이, 편광 필터들은 레이더 유닛들이 상이한 편광들로 동작하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 다수의 편광 필터들이 함께 캐스케이드될 수 있다. 이것은 대응하는 안테나를 사용하여 유효 편광 변환이 일어날 수 있는 주파수들의 대역폭을 증가시킬 수 있다. 또한, 캐스케이드된 편광 필터들의 다양한 조합들 및 캐스케이드된 편광-수정 층들 내의 둥근 직사각형 편광 채널들의 다양한 치수들은 주파수 필터링 메커니즘으로서 역할할 수 있다. 따라서, 연관된 안테나들은 측정들을 수행할 특정 주파수 대역들 내에서 특정 편광들을 선택할 수 있으며, 그에 의해 간섭을 감소시키고 레이더 시스템에서의 다양한 상이한 레이더 컴포넌트들에 의해 사용되는 추가 레이더 채널들을 제공하는 추가적인 방법을 도입한다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 페그들(102), 관통 구멍들(104) 및 편광-수정 채널(106)을 포함하는 편광 필터(100)를 도시한다. 편광 필터(100)는 다른 구성들을 가질 수 있고, CNC를 사용하여 제조된 금속과 같은 다양한 타입의 재료들로 생성될 수 있다. 또한, 편광 필터(100)는 레이더 유닛의 컴포넌트일 수 있지만, 다른 응용도 가질 수 있다. 추가적으로, 편광 필터(100)는 상기 안테나에 의해 송신된 편광을 회전시키기 위해 복수의 안테나에 걸쳐 복수회 복제될 수 있는 단일 편광 유닛의 일례일 수 있다.
다수의 편광 필터(100)는 추가적인 편광 회전을 허용하도록 추가로 캐스케이드될 수 있다. 또한, 캐스케이드된 편광 필터들은 편광 변환이 발생할 수 있는 주파수들의 증가된 대역폭을 허용할 수 있다.
페그들(102)은 편광 필터(100)가 다른 컴포넌트들에 접속 및/또는 정렬할 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 페그들(102)은 편광 필터(100)를 도파관들 또는 안테나들(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 혼 안테나)와 같은 다른 레이더 컴포넌트들 상의 정렬 구멍과 정렬할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 2개 초과의 페그(102)가 있을 수 있거나, 2개 미만의 페그(102)가 있을 수 있거나, 페그(102)가 전혀 없을 수 있다.
관통 구멍들(104)은 페그들(102)에 의해 수행되는 것들과 유사한 작업들을 수행할 수 있다(예를 들어, 편광 필터(100)를 다른 컴포넌트들과 접속 및/또는 정렬할 수 있다). 예를 들어, 일부 실시예들에서, 관통 구멍들(104)은 스레드될 수 있어, 관통 구멍들(104)이 편광 필터(100)를 다른 레이더 컴포넌트들에 연결하기 위해 패스너들에 의해 맞물리게 할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 4개의 관통 구멍(104)이 있다. 대안적인 실시예들에서, 4개 초과의 관통 구멍(104)이 있을 수 있거나, 4개 미만의 관통 구멍(104)이 있을 수 있거나, 관통 구멍(104)이 전혀 없을 수 있다.
편광-수정 채널(106)은 전자기파들이 편광 수정된 편광 필터(100)의 일부를 나타낸다. 편광-수정 채널(106)의 두께 및 아마도 다른 파라미터들, 그리고 따라서 일부 실시예들에서, 전체 편광 필터(100)의 본체의 두께는 편광 필터(100)를 사용하여 편광 수정될 것으로 예상되는 하나 이상의 파장에 기초하여 정의될 수 있다(예를 들어, 편광 필터(100)가 77GHz 전자기파들을 이용하는 레이더 응용들에서 사용되고 있는 경우, 편광 필터(100)의 두께는 약 3.9 mm, 또는 약 하나의 파장일 수 있다).
하나 이상의 장착 포인트들(예를 들어, 페그들(102) 또는 관통 구멍들(104))에 대한 편광-수정 채널(106)의 각도는 편광 필터(100)가 전자기파에 작용할 때 얼마나 많은 편광 회전이 발생하는지를 정의할 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 편광-수정 채널(106)은 페그들(102) 사이의 라인에 대해 45도 각도에 있다. 따라서, 도파관이 예를 들어, 페그들(102)과 정렬되면, 편광-수정 채널(106)을 통과하는 전자기파들은 45도 편광 회전될 것이다. 이것은 안테나가 원래 구성되었던 것과는 상이한 편광으로 방사하는 레이더 신호들을 송신하거나 수신하는 안테나가 되게 한다. 다른 각도들도 가능하다(예를 들어, 44도 또는 46도).
일부 실시예들에서, 편광-수정 채널(106)은 공기 이외의 재료로 채워지거나 부분적으로 채워질 수 있다. 예를 들어, 유전체를 편광-수정 채널(106)을 채우는데 사용하여 편광-수정 채널(106) 내부의 공진 파장을 변경할 수 있고, 그에 의해 편광 필터(100)를 사용하여 편광-수정이 발생할 수 있는 입력 파장 범위를 변경한다.
일부 실시예에서, 편광-수정 채널(106)의 형상은 변경될 수 있다. 예를 들어, 편광-수정 채널(106)은 원형 또는 실질적으로 원형일 수 있어서, 원형 도파관들과 편광 필터(100)의 정렬을 허용한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 편광-수정 채널(106)은 둥근 직사각형의 형상을 갖는다. 기하학적으로, 이러한 형상은 주어진 반경의 4개의 동일한 원들의 볼록 껍질을 취하고 제1 측면 길이 및 제2 측면 길이를 갖는 직사각형의 4개의 코너에 4개의 원의 중심을 배치함으로써 획득된 형상으로서 정의될 수 있다.
도 2는 편광 필터(100) 및 도파관(202)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 2는 도 1에 도시된 편광 필터(100)(페그들(102), 관통 구멍들(104), 및 편광-수정 채널(106)을 포함함) 뿐만 아니라 둥근 직사각형 도파관(202) 형성 시스템(200)을 포함한다. 이와 같이, 직사각형 도파관(202) 및 편광 필터(100)는 예를 들어, 77GHz의 주파수를 갖는 전자기파들을 수용하도록 크기가 정해진 피처들을 가질 수 있다. 무선 스펙트럼의 내부 및 외부의 다른 주파수들도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도파관(202) 상의 포트의 긴 단부(예를 들어, 도파관(202)의 길이)는 편광 필터(100)의 페그들(102) 사이의 라인에 평행하게 놓일 수 있다. 그 결과, 편광-수정 채널(106)은 직사각형 도파관(202) 상의 포트의 배향에 대해 45도 각도로 결합될 수 있다(다른 각도들도 가능하다). 이것은 시스템(200)이 도파관(202)의 베이스(예를 들어, 편광 필터(100)의 반대편의 도파관(202)의 측면 상의 포트)에서의 입력 편광에 대해 각도(예를 들어, 44도와 46도 사이)만큼 회전되는 편광을 갖는 전자기파들을 방사하도록 구성되는 것을 허용할 수 있다.
다른 실시예들에서, 시스템(200)은 편광-수정 채널(106)에서 특정 편광을 갖는 전자기파들을 수신하고, 수용된 전자기 편광의 편광을 44도와 46도 사이의 각도만큼 회전시키거나 이와는 달리 조정할 수 있다(즉, 송신기가 아니라 수신기로서 역할을 한다). 시스템(200)은 컴포넌트들이 상이한 고유 편광들을 갖더라도 레이더 시스템의 한 단부(예를 들어, 송신단) 상의 컴포넌트와 레이더 시스템의 제2 단부(예를 들어, 수신단) 상의 컴포넌트간의 통신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 편광-수정 채널(106)은 2개의 컴포넌트 사이의 편광의 차이에 대응하는 적절한 각도로 튜닝될 수 있다.
대안적인 실시예들에서, 직사각형 도파관(202)은 그 대신 원형 도파관, 타원형 도파관, 또는 직사각형 도파관으로 대체될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 편광-수정 채널(106)은 결과적으로 상이한 형상(원형, 타원형, 또는 직사각형)으로 설계될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 편광 필터(100)는 필터링을 통해 특정 편광들 또는 주파수들을 선택하는데 사용될 수 있다. 이러한 필터링 고려사항들은 또한 편광-수정 채널(106) 내에서 사용되는 형상, 크기 또는 충전 재료의 변화를 야기할 수 있다. 일부 실시예들에서, 편광-수정 채널(106)은 원형 또는 타원형 편광을 갖는 전자기파들을 송신하고, 아마도 변경하도록 설계될 수 있다.
또한, 편광 필터(100)는 직사각형 도파관의 상부에서 교정 홍채로서 역할할 수 있다. 예를 들어, 직사각형 도파관이 잘못 성형되는 경우(예를 들어, 직사각형 도파관의 일 측이 구부러지면), 편광-수정 채널(106)은 직사각형 도파관의 형상을 보상하는 형상을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(200)은 예를 들어, 레이더 안테나 또는 무선 통신 시스템의 컴포넌트를 형성할 수 있다. 시스템(200)에 대한 다양한 다른 응용들도 가능하다. 이러한 대안의 응용에서, 도파관(202) 또는 편광 필터(100)의 치수는 예를 들어, 각각의 응용에서 사용되는 전자기파들에 대응하는 주어진 파장을 고려하는 다른 구성들을 가질 수 있다.
도 3은 편광 필터(100) 및 도파관들(202, 302)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 편광 필터(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 편광 필터(100)일 수 있고, 도파관(202)은 도 2에 도시된 둥근 직사각형 도파관(202)일 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 도파관(202)은 하부 도파관(202)으로 지칭될 수 있고, 도파관(302)은 상부 도파관(302)으로 지칭될 수 있다. 편광 필터(100), 하부 직사각형 도파관(202), 및 상부 직사각형 도파관(302)은 함께 시스템(300)을 구성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 하부 직사각형 도파관(202)이 안착되거나 고정되는 편광 필터(100)의 측면에 대향하는 편광 필터(100)의 측면 상에 안착되거나 고정되는 상부 직사각형 도파관(302)의 추가로 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사할 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(300)은 예를 들어, 하부 직사각형 도파관(202)의 베이스에서의 입력 편광에 대해 90도의 편광 회전을 갖는 전자기파들을 방사하도록 구성될 수 있다. 그러한 배열은 예를 들어, (예를 들어, 편광 필터(100)의 반대편의 하부 직사각형 도파관(202)의 측면 상의 포트에서의) 입력 전자기파들이 수평 TE10 편광에서 출력(예를 들어, 편광 필터(100)의 반대편의 상부 직사각형 도파관(302)의 측면 상의 포트)에서의 수직 TE10 편광으로 회전될 수 있게 할 수 있다. 입력과 출력 사이의 다른 각도 회전들도 가능하다.
대안적으로, 시스템(300)은 상부 직사각형 도파관(302)의 포트에서 주어진 편광의 전자기파들을 수신하고, 그 후 하부 직사각형 도파관(202)의 베이스에 있는 포트로부터 회전된 편광을 갖는 전자기파들을 방출하기 전에 각도(예를 들어, 75도와 105도 사이의 각도)를 통해 전자기파들의 편광을 회전시키는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 도파관(302)은 예를 들어, 방사 안테나의 도파관 출력 포트를 나타낼 수 있다. 또한, 하부 도파관(202)은 예를 들어, 레이더 시스템 내의 전기 회로에 접속된 도파관 안테나 소자를 나타낼 수 있다.
도 3에 도시된 실시예에서, 상부 도파관(302) 및 하부 도파관(202)은 유사한 형상들 및 크기들일 수 있지만, 서로에 대한 배향에 있어서(예를 들어, 88도와 92도 사이의 각도로) 회전된다. 또한, 수직 축을 중심으로 하는 서로에 대한 회전에 부가하여 또는 대안적으로, 상부 도파관(302) 및 하부 도파관(202) 중 하나 또는 양쪽 모두는 편광 필터(100)의 표면의 평면에 평행하게 놓인 축에 대해 회전될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상부 도파관(302) 및 하부 도파관(202)은 상이한 길이들, 폭들, 높이들, 또는 형상들일 수 있다. 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사하게, 상부 도파관(302)과 하부 도파관(202)이 서로 동일한 형상 또는 크기인지에 관계없이, 상부 도파관(302)과 하부 도파관(202) 중 하나 또는 양쪽 모두는 둥근 직사각형 도파관들과 대조적으로 원형, 타원형, 또는 직사각형 도파관들일 수 있다. 상부 도파관(302) 및 하부 도파관(202)의 각각의 형상들이 동등하지 않으면, 각각의 도파관들의 치수들은 형상 차이를 수용하도록 변경될 수 있다(예를 들어, 하부 도파관(202)이 둥근 직사각형이고 상부 도파관(302)이 직사각형이면, 하부 도파관(202)은 상부 도파관(302)에 의해 수용되는 것들과 등가 모드들을 수용하기 위해 약간 더 길거나 더 넓을 수 있다). 또 다른 실시예들에서, 상부 도파관(302)과 하부 도파관(202) 중 하나 또는 양쪽 모두는 다른 컴포넌트들(예를 들어, 광자 컴포넌트들 또는 전자 컴포넌트들)로 대체될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관(202), 편광 필터(100)의 단위 셀, 및 혼 안테나(404)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 편광 필터(100)는 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시된 편광-수정 단위 셀일 수 있고, 도파관(202)은 도 2 및 도 3에 도시된 도파관(202)일 수 있다. 편광 필터(100), 도파관(202), 및 혼 안테나(404)는 함께 시스템(400)을 구성할 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 시스템(400)에는, 시스템(400)의 다른 컴포넌트들(즉, 도파관(202), 편광 필터(100), 및 혼 안테나(404))을 서로 접속하는데 사용되는 2개의 고정 플레이트(fastening plate)(402)가 포함된다. 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 도파관(202)이 고정되는 측면에 대향하는 편광 필터(100)의 측면에 고정된 혼 안테나(404)를 추가로 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 편광 필터(100)는 고정 플레이트들(402)을 사용하여 혼 안테나(404) 및 도파관(202)에 제거가능하게 접속될 수 있다. 고정 플레이트들(402)은 예를 들어, 반-영구적 방식으로(예를 들어, 혼 안테나(404) 및 도파관(202)에 용접함) 혼 안테나(404) 및 도파관(202)에 각각 직접 접속될 수 있다. 그 후, 고정 플레이트들(402)은 예를 들어, 도시된 바와 같이 볼트를 사용하여 서로, 편광 필터(100) 또는 양쪽 모두에 부착될 수 있다. 볼트들은 도 1에 도시된 페그들(102)을 대체할 수 있다. 대안적으로, 볼트들은 도 1에 도시된 관통 구멍들(104)과 같은 하나 이상의 다른 관통 구멍들을 통해 또는 페그들(102) 내에 정의된 스레드 포트들 또는 관통 구멍들을 통해 스레드될 수 있다. 추가적으로, 시스템(400)은 너트들, 와셔들, 또는 양쪽 모두를 이용하여 고정 플레이트들(402)을 서로 또는 편광 필터(100)에 고정할 수 있다.
대안적인 실시예들에서, 시스템(400) 내에서 고정 플레이트들(402)의 사용은 불필요할 수 있다. 예를 들어, 혼 안테나(404), 도파관(202) 또는 양쪽 모두는 편광 필터(100)의 일부에 직접 접속(예를 들어, 용접 또는 고정)될 수 있고, 그에 의해 고정 플레이트(402)를 사용해야 하는 필요성을 제거할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 고정 플레이트들(402)은 상이하게(예를 들어, 원형이 아니라 직사각형) 형상화될 수 있다.
혼 안테나(404)는 도 4에 도시된 시스템(400)의 방사 소자를 나타낸다. 혼 안테나(404)는 도 3에 도시된 상부 도파관(302) 대신에 사용되는 대체 방사 소자일 수 있다. 혼 안테나(404)를 사용하는 잠재적인 이점들은 도 3에 도시된 상부 도파관(302)과 같은 대안의 안테나 방사 소자들과 비교할 때 개선된 지향성, 대역폭 및 SWR(standing wave ratio)를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 혼 안테나(404)는 대안적인 형상(예를 들어, 부채꼴 혼, 원뿔형 혼, 지수형 혼(exponential horn), 주름형 혼, 듀얼-모드 원뿔형 혼, 대각선형 혼(diagonal horn), 융기형 혼(ridged horn), 격막형 혼(septum horn), 또는 피라미드형 혼과는 대조적으로, 개구-제한 혼(aperture-limited horn))을 가질 수 있거나 상이한 방식으로 크기가 정해진다(예를 들어, 혼 안테나(404)의 출력 포트의 폭 치수는 혼 안테나(404)의 출력 포트의 길이 치수보다 크다). 혼 안테나(404)에 대한 이러한 변경들은 예를 들어, 혼 안테나(404)가 상이한 주파수들의 전자기파들을 보다 효율적으로 또는 상이한 편광들에 대응하여 방사하도록 만들어질 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 도 3 및 4에 도시된 것들 이외에, 다른 방사 소자들(예를 들어, 나비넥타이 안테나들(bowtie antennas) 또는 코너 반사기 안테나들)도 가능하다.
혼 안테나(404)는 도 3에 도시된 상부 도파관(302)과 유사하게, 도파관(202)의 베이스에서 포트에 입력된 편광으로부터 회전된 편광을 갖는 전자기파들을 방사할 수 있다. 예를 들어, 편광은 88도와 92도 사이에서(예를 들어, 대략 수평 TE10 편광에서 대략 수직 TE10 편광으로, 또는 그 반대로) 회전될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 다른 편광-수정(500)의 단위 셀을 도시한다. 도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 도 5에 도시된 편광-수정 단위 셀(500)은 페그들(502), 관통 구멍들(504), 및 편광-수정 채널(506)을 포함한다. 편광-수정 단위 셀(500)은 예를 들어, 다른 컴포넌트들이 내부에(예를 들어, 편광-수정 채널(506)) 및/또는 그 위에(예를 들어, 2개의 페그(502)) 정의된, CNC를 사용하여 제조된 금속의 플레이트일 수 있다. 편광-수정 단위 셀(500)이 안테나 또는 레이더 시스템의 컴포넌트일 수 있지만, 편광-수정 단위 셀(500)은 다양한 다른 응용에서 사용될 수 있다.
다수의 편광-수정 단위 셀(500)은 추가의 편광 회전을 허용하도록 추가로 캐스케이드될 수 있다. 예를 들어, 각각이 편광 수정 단위 셀(500)과 유사한 9개의 캐스케이드된 편광-수정 단위 셀들은 각각 차례로 캐스케이드될 수 있다. 9개의 캐스케이드된 편광-수정 단위 셀들 각각은 인접한 편광-수정 단위 셀들의 편광-수정 채널들(506)로부터 10도 오프셋된 연속적인 편광-수정 채널들(506)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 9개의 캐스케이드된 편광-수정 단위 셀들은 입력 전자기파의 편광을 출력 전자기파의 편광으로 90도만큼 회전시킬 수 있다. 또한, 캐스케이드된 편광-수정 단위 셀들은 편광 변환이 일어날 수 있는 주파수들의 증가된 대역폭을 허용할 수 있다. 예를 들어, 캐스케이드된 편광-수정 단위 셀들의 세트는 광대역(수용된 전자기 주파수들의 관점에서) 편광 회전 디바이스로서 역할을 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 디바이스는 예를 들어, "E-대역"(즉, 60-90GHz) 내의 주파수를 갖는 임의의 전자기파를 회전시킬 수 있을 수 있다.
도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 페그들(502)은 편광-수정 단위 셀(500)이 다른 컴포넌트들에 접속 및/또는 이들과 정렬되는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 페그들(502)은 편광-수정 단위 셀(500)을 도파관들 또는 안테나들(예를 들어, 도 4에 도시된 혼 안테나(404))과 같은 다른 레이더 컴포넌트들 상의 정렬 구멍들과 정렬시킬 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 2개 초과의 페그(502)가 있을 수 있거나, 2개 미만의 페그(502)가 있을 수 있거나, 페그(502)가 전혀 없을 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 실시예와 유사하게, 관통 구멍들(504)은 페그들(502)에 의해 수행되는 것들과 유사한 작업들을 수행할 수 있다(예를 들어, 편광-수정 단위 셀(500)을 다른 컴포넌트들과 접속 및/또는 정렬시킨다). 예를 들어, 일부 실시예들에서, 관통 구멍들(504)이 스레드될 수 있어, 관통 구멍들(504)이 편광-수정 단위 셀(500)을 다른 레이더 컴포넌트들에 접속하기 위해 패스너들에 의해 맞물리게 할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 관통 구멍(504)이 있다. 대안적인 실시예들에서, 4개 초과의 관통 구멍(504)이 있을 수 있거나, 4개 미만의 관통 구멍(504)이 있을 수 있거나, 관통 구멍(504)이 전혀 없을 수 있다.
편광-수정 채널(506)은 이 실시예에서, 전자기파들이 편광 회전된 편광-수정 단위 셀(500)의 컴포넌트이다. 편광-수정 채널(506)의 두께, 및 따라서 일부 실시예들에서, 편광-수정 단위 셀(500)의 본체의 두께는 편광-수정 단위 셀(500)을 사용하여 편광-수정될 것으로 예상되는 하나 이상의 파장(또는 파장의 분율)에 기초하여 정의될 수 있다(예를 들어, 편광-수정 단위 셀(500)이 77GHz 전자기파를 이용하는 레이더 응용들에서 사용되고 있는 경우, 편광-수정 단위 셀(500)의 두께는 약 3.9 mm 또는 약 하나의 파장일 수 있다).
하나 이상의 장착 포인트들(예를 들어, 페그들(502) 또는 관통 구멍들(504))에 대한 편광-수정 채널(506)의 각도는 편광-수정 단위 셀(500)이 전자기파에 작용할 때 얼마나 많은 편광-수정이 발생하는지를 정의할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 실시예와 달리, 도 5에 도시된 편광-수정 채널(506)은 2개의 페그(502) 사이의 라인에 수직인 라인에 대해 10도와 15도 사이에서 회전된다. 대안적인 실시예들에서는 다른 각도들도 가능하다. 전술한 바와 같이, 더 작은 각도들로도 특히 다수의 편광-수정 단위 셀(500)이 캐스케이드될 때, 편광-수정 채널(506)이 편광을 효과적으로 회전시킬 수 있는 인커밍 전자기파의 주파수들의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 편광-수정 채널(506)은 공기 이외의 재료로 채워지거나 부분적으로 채워질 수 있다. 예를 들어, 유전체를 편광-수정 채널(506)을 채우는데 사용하여 편광-수정 채널(506) 내부의 공진 파장을 변경할 수 있고, 그에 의해 편광-수정 단위 셀(500)을 사용하여 편광 회전이 일어날 수 있는 입력 파장 범위를 변경한다.
또한, 일부 대안적인 실시예들에서, 편광-수정 채널(506)의 형상은 변경될 수 있다. 예를 들어, 편광-수정 채널(506)은 원형 또는 실질적으로 원형일 수 있어, 원형 도파관들과 편광-수정 단위 셀(500)의 정렬을 허용한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 편광-수정 채널(506)은 둥근 직사각형의 형상을 갖는다(예를 들어, 형상은 실질적으로 직사각형이다). 기하학적으로, 이러한 형상은 주어진 반경의 4개의 동일한 원들의 볼록 껍질을 취하고 제1 측면 길이 및 제2 측면 길이를 갖는 직사각형의 4개의 코너에 4개의 원의 중심을 배치함으로써 획득된 형상으로서 정의될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들은 단일 원형 편광 파를 형성하기 위해 2개 이상의 축퇴 모드(degenerate mode)에 영향을 줄 수 있다. 이러한 실시예들에서, 단위 셀은 입력들로서 선형 편광 파들만을 수신할 때 원형 편광 파를 발진 또는 방사할 수 있다. 예를 들어, 이는 편광-수정 채널의 형상이 낮은 이심률을 갖는 타원, 사다리꼴, 또는 거의 동일한 측면 길이를 갖는 직사각형인 실시예들에서 발생할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른, 다른 편광-수정의 단위 셀(500) 및 2개의 도파관(602/604)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 편광-수정 단위 셀(500)은 도 5에 도시된 편광-수정 단위 셀(500)일 수 있다. 도 6의 실시예에서, 도파관들(602, 604)은 각각 상부 도파관(604) 및 하부 도파관(602)으로 지칭될 수 있다. 편광-수정 단위 셀(500), 하부 도파관(602), 및 상부 도파관(604)은 함께 시스템(600)을 구성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(600)은 도 3에 도시된 시스템(300)과 유사할 수 있다. 그러나, 주요 차이는 편광-수정 단위 셀(500) 및 하부 도파관(602)에 대한 상부 도파관(604)의 배향이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상부 도파관(604)은 (도 3에 도시된 바와 같이, 대략 90도와는 반대로) 대략 30도만큼 하부 도파관(602)으로부터 수직 축을 중심으로 각도 오프셋된다. 다른 시스템들 및 도파관들과 관련하여 전술한 바와 같이, 도 6에 도시된 시스템(600)은 여러 번 캐스케이드되어 편광 회전의 다양한 다른 각도들을 달성할 수 있다(예를 들어, 시스템(600)의 3개의 인스턴스는 대략 90 도만큼 편광 회전되도록 캐스케이드될 수 있다).
전술한 바와 같이, 시스템(600)은 예를 들어, 하부 직사각형 도파관(602)의 베이스에서 입력 편광에 대해 30도의 편광 회전을 갖는 전자기파들을 방사하도록 구성될 수 있다. 그러한 배열은 예를 들어, (예를 들어, 편광 필터(100)의 반대편의 하부 도파관(602)의 측면 상의 포트에서의) 입력 전자기파들이 하나의 TE10 편광에서 출력(예를 들어, 편광 필터(100)의 반대편의 상부 도파관(604)의 측면 상의 포트)에서의 다른 TE10 편광으로 회전될 수 있게 할 수 있다. 입력과 출력 사이의 다른 각도 회전들도 가능하다.
대안적으로, 시스템(600)은 상부 도파관(604)의 포트에서 주어진 편광의 전자기파들을 수신하고, 그 후 하부 도파관(602)의 베이스에 있는 포트로부터 회전된 편광을 갖는 전자기파들을 방출하기 전에 각도(예를 들어, 25도와 35도 사이의 각도)를 통해 전자기파들의 편광을 회전시키는데 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 도파관(604)은 예를 들어, 방사 안테나의 도파관 출력 포트를 나타낼 수 있다. 또한, 하부 도파관(602)은 예를 들어, 레이더 시스템 내의 전기 회로 또는 피드 도파관에 접속된 도파관 안테나 소자를 나타낼 수 있다.
도 6에 도시된 실시예에서, 상부 도파관(604) 및 하부 도파관(602)은 유사한 형상들 및 크기들일 수 있지만, 서로에 대해 배향하여(예를 들어, 25도와 35도 사이의 각도로) 회전된다. 또한, 수직 축을 중심으로 하는 서로에 대한 회전에 부가하여 또는 대안적으로, 상부 도파관(604) 및 하부 도파관(602) 중 하나 또는 양쪽 모두는 편광-수정 단위 셀(500)의 표면의 평면에 평행하게 놓인 축에 대해 회전될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 상부 도파관(604) 및 하부 도파관(602)은 상이한 길이들, 폭들, 높이들, 또는 형상들일 수 있다. 추가적으로, 상부 도파관(604)과 하부 도파관(602)이 서로 동일한 형상 또는 크기인지에 관계없이, 상부 도파관(604)과 하부 도파관(602) 중 하나 또는 양쪽 모두는 둥근 직사각형 도파관들과 대조적으로 원형, 타원형, 또는 직사각형 도파관들일 수 있다. 상부 도파관(604) 및 하부 도파관(602)의 각각의 형상들이 동등하지 않으면, 각각의 도파관들의 치수들은 형상 차이를 수용하도록 변경될 수 있다(예를 들어, 하부 도파관(602)이 둥근 직사각형이고 상부 도파관(604)이 직사각형이면, 하부 도파관(602)은 상부 도파관(604)에 의해 수용되는 것들과 등가 모드들을 수용하기 위해 약간 더 길거나 더 넓을 수 있다).
도 7은 예시적인 실시예들에 따른, 편광 필터(700)를 도시한다. 도 7에 도시된 편광 필터(700)에는 다수의 편광-수정 채널(702)이 내부에 정의되어 있다. 편광-수정 채널들(702)은 편광-수정 채널들의 어레이를 형성할 수 있다. 각각의 편광-수정 채널(702)은 도 1에 도시된 편광-수정 채널(106)과 유사할 수 있다. 또한, 편광 필터(700)는 도 9에 도시된 안테나(900)와 같은 안테나(예를 들어, 레이더 안테나)와 함께 사용되도록 설계될 수 있다.
도시된 바와 같이, 편광-수정 채널들(702)은 편광 필터(700) 내에서 어레이형 방식으로 정의될 수 있다. 편광-수정 채널들(702)은 또한, 예를 들어, 편광 필터(700)의 배향에 대해 44도와 46도 사이의 각도(예를 들어, 45도)에 있을 수 있다. 다른 각도들도 가능하다. 또한, 도 7에 도시된 실시예가 각각의 편광-수정 채널들(702)이 편광 필터(700)에 대해 유사한 배향을 갖는 것으로 도시하고 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 추가적인 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702)은 불규칙적으로 배열될 수 있거나 서로 상이한 각도들을 가질 수 있다. 일부 디바이스들 또는 시스템들에서, 편광-수정 층(700)을 사용하여 발생할 수 있는 편광 회전은 디바이스/시스템 내의 모든 영역들에 대해 등방성이 아닐 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 편광-수정 채널들(702)은 경기장의 형상을 갖는다. 기하학적으로, 경기장(즉, 디스코-직사각형 또는 다른 부분적으로 둥근 형상)은 한 쌍의 대향 측면들에 반원들을 갖는 직사각형으로서 정의된다. 그러나, 편광-수정 채널들(702)은 다양한 대안적인 형상들(예를 들어, 타원, 원, 둥근 직사각형 또는 직사각형) 또는 크기들(예를 들어, 상이한 반경들, 길이들, 폭들 등)을 가질 수 있다. 또한, 편광-수정 채널들(702)은 서로 동일한 크기 또는 형상이 아닐 수 있다. 편광-수정 층(700)에 대한 회전 각도와 같이, 편광-수정 채널들(702)은 아마도 편광-수정 층(700) 주위에 불규칙하게 이격된 다양한 형상들 및 크기들을 가질 수 있다. 또한, 편광-수정 층(700)의 두께는 실시예들 간에 달라질 수 있다. 예를 들어, 편광-수정 층(700)의 두께는 편광-수정 층(700)이 설계된 연관된 전자기파들의 반파장과 전체 파장 사이(예를 들어, 77GHz의 연관된 주파수를 갖는 인커밍 전자기파들의 편광을 회전시키도록 설계된 편광-수정 층(700)에 대해 1.45 mm 내지 3.9 mm)에 있을 수 있다.
일부 예들에서, 편광-수정 층(700)은 또한 하나 또는 다수의 공진 공동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공진 공동은 편광-수정 층(700)의 하부 측 상에 위치할 수 있고 편광-수정 층(700)의 임피던스를 편광 수정 층(700)이 결합된 안테나의 임피던스와 매칭시키도록 기능할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 편광-수정 층(700)은 필터링을 통해 특정 편광들 또는 주파수들을 선택하는데 사용될 수 있다. 이러한 필터링 고려사항들은 또한 편광-수정 채널들(702) 내에서 사용되는 형상, 크기 또는 충전 재료의 변화를 야기할 수 있다. 다른 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702)은 원형 또는 타원형 편광을 갖는 전자기파들을 송신하고, 아마도 변경하도록 설계될 수 있다.
도 8a는 예시적인 실시예들에 따른, 예시적인 안테나의 예시적인 파-방사 더블릿을 도시한다. 예시적인 안테나는 예시적인 실시예들에서 전파를 방사하거나 수신하는데 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 8a는 예시적인 DOEWG(800)의 단면을 도시한다. DOEWG(800)는 수평 피드(즉, 채널), 수직 피드(즉, 더블릿 넥(doublet neck)), 및 파-지향 부재(wave-directing member)(804)를 포함할 수 있다. 수직 피드는 수평 피드로부터의 에너지를 2개의 출력 포트(802)에 결합하도록 구성될 수 있고, 출력 포트들 각각은 DOEWG(800)로부터의 전자기파들의 적어도 일부를 방사하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 입력 포트로부터 가장 먼 DOEWG는 위치(806)에서의 백스톱(backstop)을 포함할 수 있다. 최종 DOEWG 이전에 오는 DOEWG들은 단순히 위치(806)에서 개방될 수 있고 전자기파들은 그 위치(806)를 통해 후속 DOEWG들로 전파될 수 있다. 예를 들어, 복수의 DOEWG는 직렬로 접속될 수 있고, 여기서 수평 피드는 (도 8b에 도시된 바와 같이) 복수의 DOEWG에 걸쳐 공통이다. 도 8a는 방사 소자에 결합되는 전자기 신호의 진폭 및/또는 위상을 튜닝하도록 조정될 수 있는 다양한 파라미터들을 도시한다.
DOEWG(800)와 같은 DOEWG를 튜닝하기 위해, 수직 피드 폭, vfeed_a, 및 단차(804)의 다양한 치수들(예를 들어, dw, dx 및 dz1)은 DOEWG(800)를 벗어나 방사되는 에너지의 상이한 분율들을 달성하도록 튜닝될 수 있다. 단차(804)는 또한 반사 컴포넌트로서 지칭될 수 있는데 그 이유는 단차가 수평 피드 아래로 수직 피드 내로 전파하는 전자기파들의 일부를 반사하기 때문이다. 또한, 일부 예들에서, 반사 컴포넌트의 높이 dz1은 네거티브일 수 있다. 즉, 단차(804)는 수평 피드의 하부 아래로 연장될 수 있다. 유사한 튜닝 메커니즘들이 오프셋 피드를 튜닝하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 오프셋 피드는 방사 소자에 대해 논의된 바와 같이 수직 피드 폭, vfeed_a, 및 단차의 다양한 치수들(예를 들어, dw, dx, 및 dz1) 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, DOEWG(800)의 각각의 출력 포트(802)는 연관된 위상 및 진폭을 가질 수 있다. 각각의 출력 포트(802)에 대해 원하는 위상 및 진폭을 달성하기 위해, 다양한 기하학적 컴포넌트들이 조정될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 단차(반사 컴포넌트)(704)는 수직 피드를 통해 전자기파의 일부를 지향시킬 수 있다. 각각의 DOEWG(800)의 각각의 출력 포트(802)와 연관된 진폭을 조정하기 위해, 각각의 출력 포트(802)와 연관된 높이가 조정될 수 있다. 또한, 각각의 출력 포트(802)와 연관된 높이는 출력 포트(802)의 이 피드 섹션의 높이 또는 깊이일 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 높이 dz2 및 높이 dz3은 2개의 출력 포트(802)에 대한 진폭을 제어하도록 조정될 수 있다. 도 9의 실시예와 같은 일부 실시예들에서, 2개의 출력 포트(802)(도 9에서 참조 번호(902)가 주어짐)는 그 대신에 이들이 동일하게 성형된 바와 같이 도파관 안테나 소자들(예를 들어, 도 9에 도시된 도파관 안테나 소자들(902))이라고 지칭될 수 있고, 도파관들로서 기능할 수 있고 또한 전자기파들을 방사 또는 수신하는 역할을 할 수 있다. 높이 dz2 및 높이 dz3에 대한 조정은 더블릿 넥(예를 들어, 도 8a의 수직 피드)의 물리적 치수들을 변경할 수 있다. 더블릿 넥은 높이 dz2 및 높이 dz3에 기초한 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 높이 dz2 및 높이 dz3이 다양한 더블릿들에 대해 변경되므로, 더블릿 넥의 치수들(즉, 더블릿 넥의 적어도 하나의 측면의 높이)이 변할 수 있다. 일례에서, 높이 dz2가 높이 dz3보다 크기 때문에, 높이 dz2와 연관된(즉, 그에 인접하여 위치한) 출력 포트(802)는 높이 dz3와 연관된 출력 포트(802)에 의해 방사된 신호의 진폭보다 큰 진폭으로 방사할 수 있다.
또한, 각각의 출력 포트(802)와 연관된 위상을 조정하기 위해, 각각의 출력 포트(802)마다 단차가 도입될 수 있다. 높이의 단차는 각각의 단차와 연관된 출력 포트(802)에 의해 방사되는 신호의 위상이 변하게 할 수 있다. 따라서, 각각의 출력 포트(802)와 연관된 높이 및 각각의 단차 양쪽 모두를 제어함으로써, 출력 포트(802)에 의해 송신된 신호의 진폭 및 위상 모두가 제어될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 단차들은 업-단차들(up-steps) 및 다운-단차들(down-steps)의 조합과 같은 다양한 형태들을 취할 수 있다. 추가적으로, 단차들의 수는 위상을 제어하기 위해 증가되거나 감소될 수 있다.
전술한 기하학적 구조에 대한 조정들은 또한 도파관에 접속되는 오프셋 피드의 기하학적 구조를 조정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 방사 특성들을 조정하기 위해 오프셋 피드에 높이들, 폭들, 및 단차들을 조정하거나 추가시킬 수 있다. 오프셋 피드의 기하학적 구조를 조정함으로써 임피던스 매칭, 위상 제어, 및/또는 진폭 제어가 구현될 수 있다.
도 8b는 예시적인 실시예들에 따른, 예시적인 안테나(850)의 예시적인 오프셋 피드 도파관 부분(856)을 도시한다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 도파관(854)은 복수의 방사 소자(852A-852E로서 도시됨) 및 오프셋 피드(856)를 포함할 수 있다. 도 8b에서는 복수의 방사 소자가 더블릿들로서 도시되어 있지만, 다른 방사 구조도 사용될 수 있다. 예를 들어, 싱글렛(singlet)들, 및 도파관에 결합될 수 있는 임의의 다른 방사 구조도 사용될 수 있다.
도파관(854)은 전자기 전력이 도파관(854)의 다양한 방사 소자들(852A-E)에 지향되도록 구성된 다양한 형상들 및 구조들을 포함할 수 있다. 도파관(854)을 통해 전파되는 전자기파들의 일부는 다양한 리세싱된 파-지향 부재(recessed wave-directing member) 및 융기된 파-지향 부재들(raised wave-directing members)에 의해 분할되고 지향될 수 있다. 도 8b에 도시된 파-지향 부재들의 패턴은 파-지향 부재들에 대한 일 예이다. 특정 구현에 기초하여, 파-지향 부재들은 상이한 크기들, 형상들, 및 위치들을 가질 수 있다. 추가적으로, 도파관은 도파관 단부들(860A 및 860B)이 튜닝된 단락들이 되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도파관들의 단부들의 기하학적 구조는 도파관 단부들(860A 및 860B)이 튜닝된 단락들로서 역할하도록 조정될 수 있다.
도파관(854)의 각각의 방사 소자들(852A-E) 중 하나의 각각의 접합에서, 접합은 양방향 전력 분할기로 간주될 수 있다. 전자기 전력의 백분율은 각각의 방사 소자들(852A-E)의 넥에 결합될 수 있고 나머지 전자기 전력은 도파관 아래로 계속 전파될 수 있다. 각각의 방사 소자(852A-E)의 다양한 파라미터들(예를 들어, 넥 폭, 높이들 및 단차들)을 조정함으로써, 전자기 전력의 각각의 백분율이 제어될 수 있다. 따라서, 각각의 방사 소자(852A-E)의 기하학적 구조는 원하는 전력 테이퍼(power taper)를 달성하기 위해 제어될 수 있다. 따라서, 오프셋 피드 및 각각의 방사 소자(852A-E) 각각의 기하학적 구조를 조정함으로써, 각각의 도파관 및 그의 연관된 방사 소자들에 대한 원하는 전력 테이퍼가 달성될 수 있다.
전자기 에너지는 도파관 피드(856)를 통해 도파관(854) 내에 주입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 피드(856)는 하부 금속 층 내의 포트(예를 들어, 관통 구멍)일 수 있다. 전자기 신호는 도파관 피드(856)를 통해 안테나 유닛 외부로부터 도파관(854) 내에 결합될 수 있다. 전자기 신호는 인쇄 회로 기판, 다른 도파관, 또는 다른 신호원과 같은 안테나 유닛 외부에 위치된 컴포넌트로부터 올 수 있다. 일부 예들에서, 도파관 피드(856)는 (도 9 및 10에 도시된 바와 같은) 도파관들의 다른 분할 네트워크에 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 본 시스템은 2개의 모드 중 하나에서 동작할 수 있다. 제1 모드에서, 시스템은 송신원(즉, 시스템은 송신 안테나로서 동작할 수 있다)로부터 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 제2 모드에서, 시스템은 처리를 위해 시스템의 외부로부터 전자기 에너지를 수신할 수 있다(예를 들어, 시스템은 수신 안테나로서 동작할 수 있다). 제1 모드에서, 시스템은 도파관 피드에서 전자기 에너지를 수신하고, 복수의 방사 소자에 의한 송신을 위해 전자기 에너지를 분할하고, 방사 소자들에 의해 분할된 전자기 에너지를 방사할 수 있다. 제2 모드에서, 시스템은 복수의 방사 소자에서 전자기 에너지를 수신하고, 수신된 전자기 에너지를 결합하고, 추가 처리를 위해 시스템으로부터 결합된 전자기 에너지를 결합할 수 있다.
도파관 채널들, 도파관 채널들의 부분들, 도파관 채널들의 측면들, 파-지향 부재들 등의 다른 형상들 및 치수들도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 공지된 또는 공지되지 않은 다른 방법이 동일하거나 심지어 보다 큰 편리성으로 도파관 채널들을 제조하도록 구현될 수 있지만, 도파관 채널들의 직사각형 형상은 제조하기에 매우 편리할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이를 도시한다. 도파관 안테나 소자들(902)의 크기 및 형상은 물론, 도 9에 도시된 대응하는 피드 도파관들은 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이가 동작하도록 설계되는 주어진 전자기 주파수(예를 들어, 77GHz) 및/또는 편광(예를 들어, 수평 TE10 편광)에 대응할 수 있다. 도시된 다른 컴포넌트들과 함께, 도파관 안테나 소자들(902)은 안테나 시스템(900)의 일부일 수 있다. 도파관 안테나 소자들(902)은 도 9에 도시된 바와 같이, 어레이로 배열될 수 있다. 또한, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이는 도 8에 도시된 바와 같이 개별 안테나들(850)의 그룹으로 배열될 수 있다. 구체적으로, 도 9에 도시된 실시예는 도 8에 도시된 안테나(850)의 6개의 인스턴스를 포함하여, 6x10 어레이의 도파관 안테나 소자들(902)을 생성한다. 다른 수의 도파관 안테나 소자들(902) 및/또는 안테나들(850)도 가능하다. 안테나 시스템(900)은 예를 들어, 레이더 또는 무선 통신 시스템의 송신단 및/또는 수신단 상에 있을 수 있다. 또한, 안테나 시스템(900)의 2개의 인스턴스를 서로 결합하여 사용함으로써 송신/수신 시스템(예를 들어, 무선 통신 시스템)을 형성할 수 있다. 또한, 안테나 시스템(900)은 TE10 도파관 모드에서 전자기파들을 방사 및/또는 수신하도록 설계될 수 있다.
도 9에 도시된 안테나들(850)의 그룹으로 배열된 도파관 안테나 소자들(902)에 부가하여, 안테나 시스템(900)은 위상 조정 섹션(910) 및 도파관 입력(912)을 추가로 포함할 수 있다. 도파관 입력(912)은 일부 실시예들에서, 전자기 소스(예를 들어, 레이더 소스)에 접속될 수 있다. 위상 조정 섹션(910)은 예를 들어, 도파관 입력(912)에 입력된 전자기파들과 연관된 위상을 조정할 수 있다. 이것은 신호를 송신할 때 적절한 위상이 도파관 안테나 소자들(902) 각각에 분배되는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 위상 조정 섹션(910)은 안테나(850)의 다수의 인스턴스와 연관된 다수의 피드 도파관 사이의 인커밍 전자기파의 전력을 분할하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전술한 바와 같이, 안테나 시스템(900)은 공통 도파관 입력(912)에 접속된 일련의 독립 안테나들(850)을 포함할 수 있다. 독립 안테나들(850) 대신에, 안테나들(850)은 도 9에 도시된 바와 같이 단일 안테나 유닛으로서 기능할 수 있다. 안테나 시스템(900)이 독립 안테나들 또는 단일 안테나 유닛을 기술하는지에 관계없이, 도파관 안테나 소자들(902)은 전자기파들을 방사하고 및/또는 전자기파들을 수신하는 역할을 할 수 있다. 방사 및/또는 수신된 전자기파들은 도 8과 관련하여 설명된 바와 같이, 대응하는 도파관들의 수평 및 수직 피드 아래로 송신될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이 및 편광-수정 층(700)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이는 산업 표준(예를 들어, 자동차 산업 표준)에 따라 설계될 수 있고 편광-수정 층(700)은 그 산업 표준을 수용하는 방식으로 설계될 수 있다. 대안적으로, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이 및 대응하는 편광-수정 층(700)은 하나 이상의 특정 응용들을 위해 설계될 수 있다. 집합적으로, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이 및 편광-수정 층(700)은 안테나(1000)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 10에 도시된 실시예에서와 같이, 안테나(1000)는 도 9에 도시된 위상 조정 섹션(910) 및/또는 도파관 입력(912)을 추가로 포함할 수 있다. 도 10의 예시적 실시예에서, 편광-수정 층(700)의 두께는 안테나(1000)가 송신 또는 수신하도록 설계된 전자기파들의 파장 두께(예를 들어, 1/4 파장과 전체 파장 사이)보다 작을 수 있다. 다른 두께들도 가능하다. 또한, 안테나(1000)는 TE10 도파관 모드에서 전자기파들을 방사 또는 수신하도록 설계될 수 있다.
도 10에 도시된 실시예에서, 편광-수정 층(700) 내에 정의된 편광-수정 채널들(702)은 도파관 안테나 소자들(902)에 의해 방출된 편광을 회전시키는 역할을 할 수 있다. 따라서, 안테나(1000)에 의해 방사되는 전자기파들은 도파관 안테나 소자들(902)에 의해 출력되는 편광에 대해 회전되는 편광일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로 (예를 들어, 안테나(1000)가 레이더 시스템 또는 무선 통신 시스템 내의 수신기로서 역할하는 경우), 편광-수정 층(700) 내에 정의된 편광-수정 채널들(702)은 전자기파를 도파관 안테나 소자들(902)에 송신하기 전에 수신된 전자기파와 연관된 편광을 회전시키는 역할을 할 수 있다.
도 7과 관련하여 전술한 바와 같이, 편광-수정 층(700)은 또한 편광-수정 채널들(702) 각각의 일부로서 공진 공동을 포함할 수 있다. 공진 공동은 각각의 도파관 안테나 소자들(902)과 도파관 안테나 소자들(902)에 결합된 각각의 편광-수정 채널들(702) 사이의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다. 일부 레이더 시스템들에서, 예를 들어, 송신기는 도 10에 도시된 안테나(1000)와 같이 구성될 수 있다. 이러한 송신기는 도 10에 도시된 안테나(1000)와 같이 또한 구성된 수신기와 통신할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 경우들 중 어느 하나에서(즉, 안테나(1000)가 송신기 또는 수신기로서 역할하고 있는지 여부), 편광-수정 채널들(702)에 의해 방사되거나 수용된 편광은 도파관 안테나 소자들(902)에 대해 비스듬히 있다. 이 대응하는 각도는 예를 들어, 44도 내지 46도(예를 들어, 45도)일 수 있다. 다양한 실시예들에서 다양한 대안적인 각도들도 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702)은 모두 도파관 안테나 소자들(902)에 대해 동일한 각도로 배치될 필요는 없다. 이것은 대응하는 안테나가 예를 들어, 다양한 편광을 갖는 전자기파를 방사 및 수신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702)은 모두 서로 동일한 크기 및 형상일 필요는 없다. 이것은 대응하는 안테나가 예를 들어, 다양한 편광(예를 들어, 편광-수정 채널들(702)이 경기장 형상보다는 원형인 경우) 및/또는 다양한 주파수(예를 들어, 편광-수정 채널들(702)이 상이한 주파수에서 공진하도록 크기가 정해진 경우)를 갖는 전자기파들을 방사 및 수신하는 것을 가능하게 할 수 있다. 또한, 편광-수정 채널들(702) 중 하나 이상은 재료(예를 들어, 유전체 재료)로 채워질 수 있고, 그에 의해 대응하는 편광-수정 채널(702)을 통해 전파될 수 있는 관련 전자기파들의 속성들(예를 들어, 공진 주파수) 중 하나 이상을 추가로 변경한다.
일부 실시예들에서, 2개 이상의 편광-수정 층(700)이 도파관 안테나 소자들(902)의 상부에 캐스케이드될 수 있다. 도파관 안테나 소자들(902)의 상부에 캐스케이드된 다수의 편광-수정 층들(700)이 존재하는 경우, 대응하는 편광-수정 채널들(702)은 전자기파들이 대응하는 안테나에 의해 방사 또는 수신될 수 있는 증가된 주파수 대역폭을 제공할 수 있다. 또한, 다수의 편광-수정 층(700)을 캐스케이드하는 것은 방사 또는 수신된 편광의 각도가 도 10에 도시된 각도보다 더 크거나 더 작게 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 대안의 안테나는 2개의 캐스케이드된 편광-수정 층을 가질 수 있다. 제1 층은 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이에 대해 20도 내지 25도의 각도일 수 있고, 제2 층은 제1 층에 대해 20도 내지 25도일 수 있다. 이러한 방식으로, 전자기파들에 의해 거친 편광 회전의 각도(예를 들어, 45도)는 도 11의 실시예에서와 동일할 것이지만, 대역폭은 증가될 수 있다.
도 10에 도시된 안테나(1000)의 설계는 또한 2개의 개별 안테나들 사이의 간섭을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 레이더 시스템은 유사한 설계들을 갖는 2개의 안테나들을 이용할 수 있지만, 하나의 안테나의 편광-수정 층 내의 편광-수정 채널들은 다른 안테나의 편광-수정 층 내의 편광-수정 채널들에 직교하는 각도로 회전된다. 대안적인 예에서, 2개의 개별 안테나들은 서로 평행한 각도로 배향된 편광-수정 채널들을 갖는 편광-수정 층들을 가질 수 있지만, 서로 대면하고 있다(예를 들어, 안테나들이 반대 방향들로 이동하는 차량들에 동일한 배향으로 장착된 경우). 상기 방법들 중 어느 하나는 2개의 안테나가 직교 편광을 이용하기 때문에 간섭을 감소시킬 수 있다. 따라서, 2개의 안테나 사이에서 교차 편광 격리가 발생할 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나에 의해 출력된 신호는 다른 안테나의 편광-수정 층을 통해 송신될 때 40dB(데시벨)만큼 감쇠될 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이, 편광-수정 층(700) 및 도파관 출력 포트들(1102)의 어레이를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 11에 도시된 실시예는 도파관 출력 포트들(1102)의 어레이를 추가하여도 도 10에 도시된 실시예와 유사할 수 있다. 위상 조정 섹션(910) 및 도파관 입력(912)에 부가하여, 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이, 편광-수정 층(700), 및 도파관 출력 포트들(1102)의 어레이는 안테나(1100)를 형성할 수 있다. 또한, 안테나(1100)는 TE10 도파관 모드에서 전자기파들을 방사 또는 수신하도록 설계될 수 있다.
안테나(1100)는 다양한 목적들(예를 들어, 레이더 또는 무선 통신을 사용한 자율주행 차량 내에서의 내비게이션)을 위해 전자기파들(예를 들어, 무선파들)을 송신 및/또는 수신하는데 사용될 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 안테나(1100)는 더 많거나 더 적은 수의 도파관 안테나 소자들(902), 도파관 출력 포트들(1102), 및/또는 편광-수정 채널들(702)을 가질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 안테나(1100)는 위상 조정 섹션(910) 또는 도파관 입력(912)을 갖지 않을 수 있다. 예를 들어, 개별 도파관 안테나 소자들(902) 중 하나 이상은 위상 조정 섹션(910) 및 도파관 입력(912)에 접속된 피드 도파관들이 아닌 광자 또는 전자원(들)에 의해 공급될 수 있다.
도 11의 실시예에서, 도파관 안테나 소자들(902)은 예를 들어, 전자기파들을 출력할 수 있다. 그 후, 이들 전자기파는 편광-수정 채널(702)로 전파될 수 있다. 그 후, 편광-수정 채널들(702)은 연관된 전자기파들의 편광을 정의된 각도(예를 들어, 45도) 만큼 회전시키는 역할을 할 수 있다. 이제 중간 편광을 갖는 전자기파들은 도파관 출력 포트들(1102)에 송신될 수 있다. 도파관 출력 포트들(1102)은 편광-수정 채널들(702)로부터 도파관 출력 포트들(1102)로 송신되는 임의의 소멸파들이 도파관 출력 포트들(1102)의 단부에 위치하는 방사 포트들에 도달하기 전에 충분히 감쇠되는 것을 보장하기에 충분한 길이로 설계될 수 있다. 도파관 출력 포트들(1102)에 진입할 때, 전자기파들은 다른 편광 회전(예를 들어, 추가의 45도)을 겪을 수 있다. 이제 도파관 안테나 소자들(902)에 대해 주어진 각도만큼 회전된 편광을 갖는 연관된 전자기파들(예를 들어, 45도 또는 90도만큼 회전된 편광; 따라서 입력 편광은 출력 편광에 직교함)은 도파관 출력 포트들(1102)을 빠져 나갈 때의 환경에 방사될 수 있다. 이 프로세스는 또한 동일 안테나(1100)를 사용하여 전자기파들을 수신하기 위해 의사-역(pseudo-inverse)으로 발생할 수 있다(즉, 전자기파들은 도파관 출력 포트들(1102)에 의해 수신되고, 편광은 편광-수정 채널들(702)에 진입할 때 회전되고, 편광은 도파관 안테나 소자들(902)에 진입할 때 다시 회전되고, 그 후 전자기파들은 2회 편광으로 회전된 안테나에 부착된 하나 이상의 디바이스에 송신된다).
일부 실시예들에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 어레이 내의 도파관 안테나 소자들(902)의 수, 편광-수정 층(700) 내에 정의된 편광-수정 채널들(702)의 수, 및 어레이 내의 도파관 출력 포트들(1102)의 수는 모두 동일할 것이다. 일부 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702)보다 더 많거나 더 적은 도파관 출력 포트들(1102)이 있을 수 있고, 이는 결과적으로 도파관 안테나 소자들(902)의 수보다 더 많거나 더 적을 수 있다. 또한, 도파관 출력 포트들(1102)의 어레이의 배열은 도 11에 도시된 바와 같이 편광-수정 채널들(702)의 배열에 대응하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 도파관 출력 포트들(1102)의 어레이는 편광-수정 채널들(702)의 간격과 불규칙하게 또는 상이하게 이격될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 도파관 출력 포트들(1102) 각각은 하부 편광-수정 채널(702)에 대해 동일한 양(예를 들어, 44도와 46도 사이)만큼 회전된다. 또한, 편광-수정 채널들(702) 각각은 하부 도파관 안테나 소자(902)에 대하여 동일한 양(예를 들어, 44도와 46도 사이)만큼 회전된다. 이와 같이, 도 11의 안테나(1100)에서, 도파관 출력 포트들(1102) 각각은 하부 도파관 안테나 소자들(902)에 대해 동일한 양(예를 들어, 88도와 92도 사이)만큼 회전된다. 도 11에 도시된 것들 이외의 다른 각도들도 가능하다. 예를 들어, 편광-수정 채널들(702)과 도파관 안테나 소자들(902) 사이의 각도는 15도일 수 있고, 편광-수정 채널들(702)과 도파관 출력 포트들(1102) 사이의 각도는 15도일 수 있어서, 도파관 출력 포트들(1102)과 도파관 안테나 소자들(902) 사이의 각도가 30도가 된다.
일부 실시예들에서, 편광-수정 채널들(702) 및/또는 도파관 안테나 소자들(902)에 대한 도파관 출력 포트들(1102)의 회전은 도파관 출력 포트들 사이에서 변할 수 있다(예를 들어, 하나의 도파관 출력 포트는 하부 도파관 안테나 소자에 대해 75도 회전되고, 다른 것은 하부 도파관 안테나 소자에 대해 90도 회전된다). 이러한 변동은 예를 들어, 안테나(1100)에 의해 방출되는 다수의 편광 각도들에 맡길 수 있다. 또한, 이러한 각도들의 변동은 어레이 내의 도파관 출력 포트들의 대응하는 배열 또는 다양한 도파관 출력 포트들의 대응하는 크기/형상이 이러한 차이들을 수용하도록 변경될 수 있게 할 수 있다.
추가적으로, 전술한 바와 같이, 도파관 출력 포트들(1102) 중 하나 이상은 (편광-수정 층(700)의 평면 표면에 수직인 수직 축을 중심으로 회전되는 것과는 반대로) 편광-수정 층(700)의 평면 표면에 평행한 축을 중심으로 추가적으로 또는 대안적으로 회전될 수 있다. 이것은 예를 들어, 안테나(1100)의 지향성을 허용할 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 도파관 출력 포트들(1102)은 둥근 직사각형들로서 성형된다. 또한, 도 11에 도시된 출력 포트들(1102)과 연관된 치수들은 안테나(1100)에 의해 송신 및/또는 수신될 전자기파들의 특정 파장들(예를 들어, 파장들은 77GHz의 주파수를 갖는 전자기파들과 연관됨)에 대응할 수 있다. 그러나, 도파관 출력 포트들(1102) 중 하나 이상은 대안적으로 형상화된 및/또는 크기가 정해진 출력 포트들(예를 들어, 혼 안테나 또는 실질적으로 원형인 도파관)에 의해 대체될 수 있다. 또한, 도파관 출력 포트들(1102)은 추가적으로 또는 대안적으로 공기 이외의 재료(예를 들어, 유전체 재료)로 전체적으로 또는 부분적으로 충전될 수 있다. 임의의 이들 인자들(예를 들어, 도파관 출력 포트들(1102)의 형상, 크기, 또는 충전) 뿐만 아니라 다른 인자들은 안테나(1100)와 연관된 필터링 특성들을 향상시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 도파관 출력 포트들(1102) 중 하나 이상이 유전체로 채워진 경우, 각각의 도파관 출력 포트(들)(1102)와 연관된 공진 파장이 변경될 수 있고, 따라서 각각의 도파관 출력 포트(들)(1102)를 통한 특정 파장들의 송신을 향상시키거나 감소시킨다.
유사하게 전술한 바와 같이, 도파관 출력 포트(1102) 어레이들의 다수의 층이 캐스케이드될 수 있다. 이것은 예를 들어, 안테나(1102)와 효과적으로 사용될 수 있는 주파수들의 대역폭을 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 캐스케이드는 도파관 출력 포트들(1102)과 도파관 안테나 소자들(902) 사이의 각도를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도파관 출력 포트(1102) 어레이 층들이 뒤따르는 편광-수정 층들(700)의 대안적인 층들이 유사한 효과들을 달성하기 위해 캐스케이드될 수 있다. 예를 들어, 대안적인 안테나 설계는 도파관 안테나 소자들의 어레이, 이어서 2개의 편광-수정 층들, 이어서 도파관 출력 포트들의 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 설계에서, 추가적인 편광 회전을 수행하는 각각의 연속적인 층 사이에 각도가 있을 수 있다(예를 들어, 제1 편광-수정 층에서의 편광-수정 채널들은 도파관 안테나 소자들의 어레이에 대해, 각도, 예를 들어, 25도 내지 35도이고, 제2 편광-수정 층 내의 편광-수정 채널들은 제1 편광-수정 층에서의 편광-수정 채널들에 대해, 다른 각도, 예를 들어, 25도 내지 35도이고, 도파관 출력 포트들의 어레이는 제2 편광-수정 층에서의 편광-수정 채널들에 대해, 또 다른 각도, 예를 들어, 25도 내지 35도이다). 또한, 이러한 캐스케이드된 층들 내의 도파관 출력 포트들(1102) 및/또는 편광-수정 채널들(702)의 각도들, 크기들, 형상들, 분포들, 또는 수들은 층마다 달라질 수 있다.
도 12 내지 도 13은 하나 또는 다수의 단차들, 리지들 또는 조합을 사용하여 포트들 모두(또는 서브세트)에 대한 원하는 전력 분할비들, 임피던스 매칭을 제공할 수 있는 DOEW의 스로트(throat)에 통합된 편광 회전을 갖는 안테나들의 구성들을 추가로 도시한다. 도시된 예시적인 안테나들은 전자기파들의 원하는 트위스티드 편광을 제공할 수 있으면서도, 전체적으로 소형 크기 및 위치를 유지하는 능력을 가진다. 일부 인스턴스들에서, 도 12 내지 도 13에 도시된 안테나들은 안테나 블록의 상부 부분에 통합되는 회전 부분을 포함할 수 있다. 따라서, 이전의 설명과 달리, 분할-블록 안테나 구조 내에서 편광 트위스트가 달성될 수 있고, 따라서 편광 필터는 편광 회전을 달성하는데 사용되지 않을 수 있다.
도 12a는 예시적인 트위스티드 안테나 구성(1200)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 안테나 구성(1200)은 레이더 유닛의 일부로서 레이더 신호들을 각각 송신 또는 수신할 수 있는 방사 소자들(1202, 1204, 1206, 및 1208)을 포함한다. 방사 소자들(1202-1208)의 구성은 각각의 방사 소자(1202-1208)가 레이더 신호들을 송신하거나 수신하는 편광을 조정할 수 있다. 예를 들어, 내부 구성(1200)은 전송되거나 수신되는 레이더 신호들의 편광을 90도만큼 트위스트하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 구성(1200)의 도파관에 대한 방사 소자들(1202-1208)의 트위스티드 구성은 송신되거나 수신되는 전자기파들의 편광을 45도만큼 조정할 수 있다. 예를 들어, 방사 소자들(1202-1208)은 레이더 신호들이 수직 선형 편광 대신에 수평 편광으로부터 45도로 기울어져서 송신되게 할 수 있다. 다른 예들에서, 방사 소자들(1202-1208)은 더 크거나 더 작은 범위로 레이더 신호들의 편광을 조정할 수 있다. 예로서, 방사 소자들(1202-1208)의 구성은 90도만큼(예를 들어, 수평 선형 편광으로부터 수직 선형 편광으로) 편광을 조정할 수 있다. 추가적인 예들에서, 편광 수정의 정도는 방사 소자들(1202-1208)의 세트 간에 상이할 수 있다.
도 12b는 다른 트위스티드 안테나 구성(1210)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 안테나 구성(1210)은 트위스티드 방사 소자들(1212, 1214, 1216, 1218, 1220, 및 1222)을 포함한다. 다른 예들에서, 안테나 구성(1210)의 구성, 수량 또는 방사 소자들, 및 다른 파라미터들이 상이할 수 있다.
방사 소자들(1212-1222)은 안테나 구성(1210)의 성능을 조정하는 방식으로 안테나 구성(1210)의 내부 직렬 피딩 도파관에 접속한다. 특히, 트위스티드 구성은 각각의 방사 소자가 원하는 대로 상이한 편광으로 동작하도록 방사 소자들(1212-1222)의 동작을 수정할 수 있다. 예를 들어, 방사 소자들(1212-1222)은 경사진 편광(예를 들어, 수평으로부터 +45도 또는 -45도 경사진 편광)으로 레이더 신호들을 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예들에서, 레이더 신호들의 편광의 수정 정도는 방사 소자들(1212-1222)의 구성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 방사 소자들(1212-1222)은 안테나 구성(1210)의 도파관에 대한 방사 소자들(1212-1222)의 구성에 따라 전자기파들의 편광을 90도만큼 변경할 수 있다. 또한, 전자기파를 도파관으로 향하게 하는 피드의 타입(예를 들어, 병렬, 직렬)은 예들 내에서 다를 수 있다.
도 13은 트위스티드 안테나(1300)를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 도파관(1304)은 다수의 방사 소자(1302A-1302E로서 도시됨)를 포함할 수 있다. 방사 소자들(1302A-1302E)이 더블릿들로서 도시되어 있지만, 다른 방사 구조들도 사용될 수 있다. 예를 들어, 도파관에 결합될 수 있는 싱글릿 및 임의의 다른 방사 구조는 다른 예시적인 구현들일 수 있다.
도파관(1304)은 전자기 전력을 도파관(1304)에 결합된 다양한 방사 소자들(1302A-1302E)로 지향하도록 구성된 다양한 형상들 및 구조들을 포함할 수 있다. 도파관(1304)을 통해 전파되는 전자기파들의 일부는 다양한 리세싱된 파-지향 부재 및 융기된 파-지향 부재들에 의해 분할되고 지향될 수 있다. 도 13에 도시된 파-지향 부재들의 패턴은 파-지향 부재들에 대한 일 예이다. 특정 구현에 기초하여, 파-지향 부재들은 상이한 크기들, 형상들, 및 위치들을 가질 수 있다.
도파관(1304)의 각각의 방사 소자들(1302A-1302E) 중 하나의 각각의 접합에서, 접합은 양방향 전력 분할기로 간주될 수 있다. 이와 같이, 전자기 전력의 백분율은 각각의 방사 소자들(1302A-1302E)의 넥에 결합될 수 있고, 나머지 전자기 전력은 도파관(1304) 아래로 계속 전파될 수 있다. 각각의 방사 소자(1302A-1302E)의 다양한 파라미터들(예를 들어, 넥 폭, 높이들 및 단차들)을 조정함으로써, 전력 분할기와 연관된 모든 영향받은 포트들에서 임피던스 매칭이 유지되는 동안 전자기 전력의 각각의 백분율이 제어될 수 있다. 따라서, 각각의 방사 소자(1302A-1302E)의 기하학적 구조는 원하는 전력 테이퍼를 달성하기 위해 제어될 수 있다. 각각의 오프셋 피드 및 각각의 방사 소자(1302A-1302E)의 기하학적 구조의 조정들은 도파관(1304)에 대한 원하는 전력 테이퍼를 야기할 수 있고 연관된 방사 소자들(1302A-1302E)이 달성될 수 있다.
전자기 에너지는 도파관 피드를 통해 도파관(1304) 내에 주입될 수 있다. 예를 들어, 도파관 피드는 일부 실시예들에서, 하부 금속 층 내의 포트(예를 들어, 관통 홀)일 수 있다. 전자기 신호는 도파관 피드를 통해 안테나 유닛 외부로부터 도파관(1304) 내에 결합될 수 있다. 전자기 신호는 인쇄 회로 기판, 다른 도파관, 또는 다른 신호원과 같은 안테나 유닛 외부에 위치된 컴포넌트로부터 올 수 있다. 일부 예들에서, 도파관 피드는 도파관의 다른 분할 네트워크에 결합될 수 있다.
일부 예들에서, 본 시스템은 2개의 모드 중 하나에서 동작할 수 있다. 제1 모드에서, 시스템은 송신원(즉, 시스템은 송신 안테나로서 동작할 수 있다)로부터 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 제2 모드에서, 시스템은 처리를 위해 시스템의 외부로부터 전자기 에너지를 수신할 수 있다(예를 들어, 시스템은 수신 안테나로서 동작할 수 있다). 제1 모드에서, 시스템은 도파관 피드에서 전자기 에너지를 수신하고, 복수의 방사 소자에 의한 송신을 위해 전자기 에너지를 분할하고, 방사 소자들에 의해 분할된 전자기 에너지를 방사할 수 있다. 제2 모드에서, 시스템은 복수의 방사 소자에서 전자기 에너지를 수신하고, 수신된 전자기 에너지를 결합하고, 추가 처리를 위해 시스템으로부터 결합된 전자기 에너지를 결합할 수 있다.
도 13에 추가로 도시된 바와 같이, 방사 소자들(1302A-1302E)은 회전된 위치에 각각 도시되어 있다. 특히, 회전은 방사 소자들(1302A-1302E)로 하여금 원하는 대로 상이한 편광으로 동작하게 하는 각각의 방사 소자의 성능을 조정할 수 있다. 예를 들어, 방사 소자들(1302A-1302E)의 트위스티드 구성은 방사 소자들(1302A-1302E)로 하여금 넥으로부터 분할되고 사전-트위스티드된 전자기파들을 수신하게 하고, 이어서 전자기파들의 편광을 원하는 편광(예를 들어, 수평으로부터 45도 기울어짐)으로 조정하게 할 수 있다. 도파관(1304)과 방사 소자들(1302A-1302E) 사이의 구성은 전자기파들을 안정화시킬 수 있는 충분한 전파 경로들을 포함한다. 전자기파의 안정화는 또한 트위스티드 안테나(1300)와 연관된 기생 소멸파를 감소시키거나 심지어 제거할 수 있다. 트위스티드 안테나(1300)의 구성 및 전파 경로들의 결과로서, 원하는 전파되는 전자기파들만이 원하는 트위스트 각도에서 잔존할 수 있다.
추가적으로, 도파관(1304)은 도파관 단부들(1306A 및 1306B)이 튜닝된 단락들이 되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 도파관들의 단부들의 기하학적 구조는 도파관 단부들(1306A 및 1306B)이 튜닝된 단락들로서 역할하도록 조정될 수 있다. 일부 구현들에서, 도파관 단부들(1306A, 1306B) 또는 다른 컴포넌트들은 도파관(1304)의 단부에서 자유 공간에 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 이와 같이, 트위스티드 안테나(1300)는 전자기파들을 반사가 없는 자유 공간으로 방사할 수 있다.
도파관 채널들, 도파관 채널들의 부분들, 도파관 채널들의 측면들, 파-지향 부재들 등의 다른 형상들, 구성들, 및 치수도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 공지된 또는 공지되지 않은 다른 방법이 동일하거나 심지어 보다 큰 편리성으로 도파관 채널들을 제조하도록 구현될 수 있지만, 도파관 채널들의 직사각형 형상은 제조하기에 매우 편리할 수 있다. 추가적인 예들에서, 방사 소자들(1302A-1302E)은 방사 소자들(1302A-1302E)이 원하는 대로 상이한 편광들에서 레이더 신호들을 송신 또는 수신하도록 도파관(1304)에 대해 상이한 구성을 가질 수 있다.
또한, 일부 예들은, 서브세트가 트위스티드 안테나(1300)의 다른 방사 소자들에 비해 상이한 편광으로 동작하도록 방사 소자들(1302A-1302E)의 서브세트를 상이한 구성들을 갖도록 포함할 수 있다. 예를 들어, 방사 소자들(1302A, 1302B, 및 1302C)은 제1 편광으로 동작하도록 구성될 수 있고, 방사 소자들(1302D, 1302E)은 제1 편광과 상이한 제2 편광으로 동작하도록 구성될 수 있다. 안테나(1300)는 다른 시스템들로부터의 레이더와의 잠재적 재밍을 감소시키기 위해 하나 또는 다수의 편광으로 동작하는 레이더 시스템의 일부일 수 있다. 또한, 안테나(1300)의 구성은 안테나(1300)가 동작하는 동안 원치 않는 잡음을 감소시키는 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.
도 14는 예시적인 실시예들에 따른, 전자기파들을 방사하는 방법(1400)을 도시한다. 방법(1400)은 일부 예시적인 실시예들에서, 도 11에 도시된 안테나(1100)를 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 방법(1400)은 일부 실시예들에서, (방사와는 반대로) 전자기파들을 수신하기 위해 의사-역으로(pseudo-inversely) 수행될 수 있다. 방법(1400)은 예를 들어, 자율주행 차량에 장착된 레이더 시스템을 사용하여 자율주행 차량의 내비게이션을 돕기 위해 수행될 수 있다. 대안적으로, 방법(1400)은 무선 통신 기술들을 사용하여 통신하는데 수행될 수 있다.
블록(1402)에서, 방법(1400)은 제1 어레이 내의 복수의 도파관 안테나 소자로부터 제1 편광을 갖는 전자기파들을 방출하는 단계를 포함한다. 제1 어레이 내의 도파관 안테나 소자들은 예를 들어, 도 9에 도시된 도파관 안테나 소자들(902)의 어레이와 유사할 수 있다. 예로서, 차량의 일부에 결합된(또는 일부에 내장된) 레이더 유닛은 전자기파들을 방출할 수 있다.
블록(1404)에서, 방법(1400)은 도파관 안테나 소자들과 제2 어레이로 배열된 복수의 도파관 출력 포트들 사이에 배치된 편광-수정 층 내에 정의된 채널들에 의해, 제1 편광을 갖는 전자기파들은 수신하는 단계를 포함한다. 채널들은 도파관 안테나 소자들에 대해 제1 각도로 배향될 수 있다. 제1 각도는 예를 들어, 44도 내지 46도(예를 들어, 45도)일 수 있다. 또한, 편광-수정 층 및 채널들은 예를 들어, 도 7에 도시된 편광-수정 층(700) 및 편광 회전 채널들(702)일 수 있다. 또한, 도파관 출력 포트들은 예를 들어, 도 11에 도시된 도파관 출력 포트들(1102)일 수 있다.
블록(1406)에서, 방법(1400)은 편광-수정 층 내에 정의된 채널들에 의해, 중간 편광을 갖는 전자기파들을 송신하는 단계를 포함한다.
블록(1408)에서, 방법(1400)은 도파관 출력 포트들에 의해, 중간 편광을 갖는 전자기파들을 수신하는 단계를 포함한다. 도파관 출력 포트들은 채널들에 대해 제2 각도로 배향될 수 있다. 제2 각도는 예를 들어, 44도 내지 46도(예를 들어, 45도)일 수 있다.
블록(1410)에서, 방법(1400)은 도파관 출력 포트들에 의해, 제2 편광을 갖는 전자기파들을 방사하는 단계를 포함한다. 제2 편광은 제1 편광과 상이할 수 있다. 제2 편광은 또한 중간 편광과 상이할 수 있다. 또한, 제1 편광은 중간 편광과 상이할 수 있다. 제1 편광, 중간 편광, 및 제2 편광은 각각 다음과 같을 수 있다: 수평 TE10 편광, 수평과 수직 사이의 45도에서의 TE10 편광, 및 수직 TE10 편광.
도파관 채널들, 도파관 채널들의 부분들, 도파관 채널들의 측면들, 파-지향 부재들 등의 다른 형상들 및 치수들도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예들에서, 도파관 채널들의 직사각형 형상 또는 둥근 직사각형 형상이 제조하기에 매우 편리할 수 있지만, 공지되거나 아직 알려지지 않은 다른 방법들은 동일하거나 또는 심지어 보다 큰 편리성으로 도파관 채널들을 제조하도록 구현될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 구성은 제1 편광으로 동작하도록 구성된 제1 어레이로 복수의 도파관 안테나 소자 및 제2 편광으로 동작하도록 구성된 제2 어레이로 배열된 복수의 도파관 출력 포트를 포함할 수 있다. 특히, 제2 편광은 제1 편광(예를 들어, 서로 직교함)과 상이할 수 있다. 안테나 구성은 또한 편광-수정 층이 도파관 안테나 소자들과 도파관 출력 포트들 사이에 배치되도록 채널들이 내부에 정의되어 있는 편광-수정 층을 포함할 수 있다. 이와 같이, 채널들은 도파관 안테나 소자들에 대해 제1 각도로 배향되고 도파관 출력 포트들에 대해 제2 각도로 배향될 수 있다. 예를 들어, 제1 각도는 44도와 46도 사이일 수 있고, 제2 각도는 44도와 46도 사이일 수 있다. 또한, 채널들은 제1 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제1 중간 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 도파관 출력 포트들은 입력 전자기파들을 수신하고 제2 편광을 갖는 전자기파들을 방사하도록 구성될 수 있다.
추가적인 예들에서, 도파관 안테나 소자들 및 도파관 출력 포트들은 실질적으로 직사각형 형상일 수 있다. 다른 예들에서, 도파관 안테나 소자들 및 도파관 출력 포트들은 실질적으로 원형 형상일 수 있다. 또한, 채널들은 둥근 직사각형들로서 성형될 수 있고, 채널들은 유전체 재료로 채워질 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 편광-수정 층의 두께는 달라질 수 있다. 예를 들어, 편광-수정 층의 두께는 제1 편광을 갖는 입력 전자기파들의 절반과 전체 파장 사이에 있을 수 있다.
또한, 일부 예들은 또한 2차 채널들이 내부에 정의되어 있는 2차 편광-수정 층을 포함할 수 있다. 특히, 2차 편광-수정 층은 편광-수정 층과 도파관 출력 포트들 사이에 배치될 수 있고, 2차 채널들은 도파관 안테나 소자들에 대해 제3 각도로 배향되고 도파관 출력 포트들에 대해 제4 각도로 배향될 수 있다. 또한, 2차 채널들은 제1 중간 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제2 중간 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 중간 편광은 제2 중간 편광과 상이할 수 있다. 예로서, 레이더 안테나와 연관된 사용가능한 주파수들의 대역폭은 77GHz 대역 내에 있을 수 있다. 일부 인스턴스들에서, 제1 각도는 25도와 35도 사이일 수 있고, 제2 각도는 50도와 70도 사이일 수 있고, 제3 각도는 50도와 70도 사이일 수 있고, 제4 각도는 25도와 35도 사이일 수 있다. 다른 각도들도 가능하다.
또한, 도면들에 도시된 다양한 소자들의 다른 레이아웃들, 배열들, 수량들 또는 크기들도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 안테나 또는 안테나 시스템의 주어진 응용은 도면들에 도시된 편광-수정 단위 셀들의 다양한 기계로 가공된 부분들에 대한 및/또는 본 명세서에 설명된 안테나(들) 및 안테나 시스템(들)의 다른 기계로 가공된(또는 기계로 가공되지 않은) 부분들/컴포넌트들에 대한 적절한 치수들 및 크기들(예를 들어, 채널 크기, 금속 층 두께 등)을 결정할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 일부 예시적인 레이더 시스템은 밀리미터 전자기 파장에 대응하는 77GHz의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이 주파수에서, 장치의 채널들, 포트들 등은 77GHz 주파수에 적절한 주어진 치수들일 수 있다. 다른 예시적인 안테나들 및 안테나 응용들도 가능하다.
또한, 단어 "안테나"는 전자기 스펙트럼의 무선 주파수들 내에서만 전자기파들을 포함하는 응용들로 제한되지 않아야 한다. 용어 "안테나"는 본 명세서에서 임의의 전자기파를 송신 및/또는 수신할 수 있는 디바이스를 설명하기 위해 광범위하게 사용된다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 임의의 안테나들 또는 안테나들의 컴포넌트들은 광학 광을 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 임의의 안테나들 또는 안테나들의 컴포넌트들은 광학 소스들(예를 들어, 광섬유들 또는 광학 레이저들)에 의해 공급될 수 있다. 이러한 예시적인 안테나들은 예를 들어, 컴퓨팅 디바이스들 내의 광학 인터커넥트들로서 사용될 수 있다. 또한, 이러한 안테나들 내의 컴포넌트들의 대응하는 형상들 및 치수들은 파장에 따라 달라질 수 있다(예를 들어, 광학 실시예들에서 사용되는 컴포넌트들은 무선 실시예들에서의 밀리미터 피처 크기들과는 대조적으로 수백 나노미터의 스케일로 피처 크기들을 가질 수 있다). 또한, 레이더 유닛들은 차량 레이더 시스템의 일부로서 동작할 수 있다. 이와 같이, 레이더 유닛은 차량 컴포넌트 상에 배치되거나, 차량 컴포넌트 내에 내장되거나, 또는 일부 예들에서 조합될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 배열들은 단지 예시의 목적들을 위한 것임을 이해해야 한다. 이와 같이, 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 배열들 및 다른 요소들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 기능들, 순서들, 및 기능들의 그룹화들 등)이 대신 사용될 수 있고 일부 요소들은 원하는 결과들에 따라 모두 함께 생략될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 설명되어 있는 요소들 중 다수는 개별 또는 분산 컴포넌트들로서 또는 다른 컴포넌트들과 함께, 임의의 적합한 조합과 위치에서 구현될 수 있는 기능 개체들이다.
본 명세서에 다양한 양태들 및 실시예들이 개시되었지만, 본 기술의 통상의 기술자에게는 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 예시의 목적을 위한 것이고, 제한을 의도하지 않으며, 다음의 청구항에 의해 진정한 범위가 지시된다.

Claims (20)

  1. 안테나로서,
    제1 편광으로 동작하도록 구성된 제1 어레이로 배열된 복수의 도파관 안테나 소자;
    제2 편광으로 동작하도록 구성된 제2 어레이로 배열된 복수의 도파관 출력 포트 -상기 제2 편광은 상기 제1 편광과 상이함-;
    채널들이 내부에 정의되어 있는 편광-수정 층; 및
    상기 편광-수정 층에 결합된 회전 컴포넌트를 포함하고,
    상기 편광-수정 층은 상기 도파관 안테나 소자들과 상기 도파관 출력 포트들 사이에 배치되고,
    상기 채널들은 상기 도파관 안테나 소자들에 대해서는 제1 각도로 배향되고 상기 도파관 출력 포트들에 대해서는 제2 각도로 배향되고,
    상기 채널들은 상기 제1 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제1 중간 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성되고,
    상기 도파관 출력 포트들은 상기 입력 전자기파들을 수신하고 상기 제2 편광을 갖는 전자기파들을 방사하고,
    상기 회전 컴포넌트는 상기 도파관 안테나 소자들 및 상기 도파관 출력 포트들에 대해 상기 편광-수정 층의 위치를 조정하도록 구성되는 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 안테나 소자들 및 상기 도파관 출력 포트들은 직사각형 형상인 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 안테나 소자들 및 상기 도파관 출력 포트들은 원형 형상인 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 채널들은 둥근 직사각형들로서 성형되는 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 편광은 상기 제2 편광과 직교하는 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 각도는 44도와 46도 사이이고, 상기 제2 각도는 44도와 46도 사이인 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 편광-수정 층의 두께는 상기 제1 편광을 갖는 상기 입력 전자기파들의 절반 파장과 전체 파장 사이에 있는 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 채널들은 유전체 재료로 채워지는 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    2차 채널들이 내부에 정의되어 있는 2차 편광-수정 층을 추가로 포함하고,
    상기 2차 편광-수정 층은 상기 편광-수정 층과 상기 도파관 출력 포트들 사이에 배치되고,
    상기 2차 채널들은 상기 도파관 안테나 소자들에 대해서는 제3 각도로 배향되고 상기 도파관 출력 포트들에 대해서는 제4 각도로 배향되고,
    상기 2차 채널들은 상기 제1 중간 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제2 중간 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성되고,
    상기 제1 중간 편광은 상기 제2 중간 편광과 상이한 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안테나와 연관된 사용가능한 주파수들의 대역폭은 77GHz 대역 내에 있는 안테나.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 각도는 25도와 35도 사이이고, 상기 제2 각도는 50도와 70도 사이이고, 상기 제3 각도는 50도와 70도 사이이고, 상기 제4 각도는 25도와 35도 사이인 안테나.
  12. 레이더 시스템으로서,
    송신기 및 수신기를 포함하고,
    상기 송신기는:
    제1 편광으로 동작하도록 구성된 제1 어레이로 배열된 복수의 제1 도파관 안테나 소자;
    제1 채널들이 내부에 정의되어 있는 제1 편광-수정 층; 및
    상기 제1 편광-수정 층에 결합된 제1 회전 컴포넌트를 포함하고,
    상기 제1 편광-수정 층은 상기 제1 도파관 안테나 소자들에 인접하여 배치되고,
    상기 제1 채널들은 상기 제1 도파관 안테나 소자들에 대해 제1 각도로 배향되고,
    상기 제1 채널들은 상기 제1 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제2 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성되고,
    상기 제1 회전 컴포넌트는 상기 제1 도파관 안테나 소자들에 대해 상기 제1 편광-수정 층의 위치를 조정하도록 구성되고,
    상기 수신기는:
    상기 제1 편광으로 동작하도록 구성된 제2 어레이로 배열된 복수의 제2 도파관 안테나 소자; 및
    제2 채널들이 내부에 정의되어 있는 제2 편광-수정 층을 포함하고,
    상기 제2 편광-수정 층은 상기 제2 도파관 안테나 소자들에 인접하여 배치되고,
    상기 제2 채널들은 상기 제2 도파관 안테나 소자들에 대해 상기 제1 각도로 배향되고,
    상기 제2 채널들은 상기 제2 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 상기 제1 편광을 갖는 출력 전자기파들을 상기 제2 도파관 안테나 소자들로 송신하도록 구성되는 레이더 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 송신기는:
    제3 채널들이 내부에 정의되어 있는 제3 편광-수정 층을 추가로 포함하고,
    상기 제3 편광-수정 층은 상기 제1 편광-수정 층에 인접하여 배치되고,
    상기 제3 채널들은 상기 제1 채널들에 대해 제2 각도로 배향되고,
    상기 제3 채널들은 상기 제2 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 제3 편광을 갖는 출력 전자기파들을 송신하도록 구성되고;
    상기 수신기는:
    제4 채널들이 내부에 정의되어 있는 제4 편광-수정 층을 추가로 포함하고,
    상기 제4 편광-수정 층은 상기 제2 편광-수정 층에 인접하여 배치되고,
    상기 제4 채널들은 상기 제2 채널들에 대해 제2 각도로 배향되고,
    상기 제4 채널들은 상기 제3 편광을 갖는 입력 전자기파들을 수신하고 상기 제2 편광을 갖는 출력 전자기파들을 상기 제2 채널들로 송신하도록 구성되는 레이더 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 각도는 20도와 25도 사이이고, 상기 제2 각도는 20도와 25도 사이인 레이더 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 레이더 시스템은:
    차량을 추가로 포함하고, 상기 레이더 시스템의 상기 송신기가 상기 차량의 일부에 결합되는 레이더 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 채널들 및 상기 제2 채널들은 둥근 직사각형들로서 성형되는 레이더 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 각도는 44도와 46도 사이인 레이더 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제1 편광-수정 층의 두께는 상기 제1 편광을 갖는 상기 입력 전자기파들의 파장보다 작은 레이더 시스템.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 제1 채널들과 상기 제2 채널들은 유전체 재료로 채워지는 레이더 시스템.
  20. 방법으로서,
    제1 어레이로 배열된 복수의 도파관 안테나 소자로부터 제1 편광을 갖는 전자기파들을 방출하는 단계;
    상기 도파관 안테나 소자들과 제2 어레이로 배열된 복수의 도파관 출력 포트들 사이에 배치되는 편광-수정 층 내에 정의된 채널들에 의해, 상기 제1 편광을 갖는 상기 전자기파들을 수신하는 단계 -상기 채널들은 상기 도파관 안테나 소자들에 대해 제1 각도로 배향됨-;
    상기 편광-수정 층 내에 정의된 상기 채널들에 의해, 중간 편광을 갖는 전자기파들을 송신하는 단계;
    상기 도파관 출력 포트들에 의해, 상기 중간 편광을 갖는 전자기파들을 수신하는 단계 -상기 도파관 출력 포트들은 상기 채널들에 대해 제2 각도로 배향됨-;
    상기 도파관 출력 포트들에 의해, 제2 편광을 갖는 전자기파들을 방사하는 단계 -상기 제2 편광은 상기 제1 편광과 상이하고, 상기 제2 편광은 상기 중간 편광과 상이하고, 상기 제1 편광은 상기 중간 편광과 상이함-; 및
    상기 편광-수정 층에 결합된 회전 컴포넌트에 의해, 상기 도파관 안테나 소자들 및 상기 복수의 도파관 출력 포트들에 대해 상기 편광-수정 층의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 방법.
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