KR102307953B1 - 단일 층 pcb 상의 광대역 도파로 론칭 설계 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 전자기 장치와 관련된 실시예들을 개시한다. 일 양태에서, 본 장치는 전자기 신호를 전파하도록 구성된 회로 기판, 전자기 신호를 전파하도록 구성된 도파로, 및 회로 기판과 도파로 사이에 전자기 신호를 결합하도록 구성된 결합 포트를 포함한다. 장치는 회로 기판 상에 배치된 방사 구조체를 추가로 포함한다. 방사 구조체는 회로 기판과 결합 포트 사이의 전계에 구성된 전계 결합 컴포넌트 및 회로 기판과 결합 포트 사이에 자계를 결합하도록 구성된 자계 결합 컴포넌트를 포함한다.

Description

단일 층 PCB 상의 광대역 도파로 론칭 설계
본 출원은 2017년 5월 24일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/603,978호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원의 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 부분에서 설명된 자료는 본 출원의 청구범위에 대한 종래 기술이 아니며, 이 부분에 포함되는 것에 의해서 종래 기술로 인정되는 것도 아니다.
무선 신호들을 방출하고 돌아오는 반사 신호들을 검출함으로써 환경적 특징부들에 대한 거리들을 능동적으로 추정하기 위해 레이더(Radio detection and ranging, RADAR) 시스템들이 사용될 수 있다. 무선-반사성 특징부들까지의 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시간 경과에 따라 주파수가 변하는 신호, 예컨대 시변 주파수 램프를 갖는 신호를 방출하고, 그 다음에 이 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수에서의 차이를 범위 추정치(range estimate)와 관련시킬 수 있다. 어떤 시스템은 수신된 반사 신호들에서의 도플러 주파수 편이들에 기초하여 반사 물체들의 상대적인 운동을 또한 추정할 수 있다. 지향성 안테나들은 각각의 범위 추정치를 베어링(bearing)과 연관시키도록 신호들의 송신 및/또는 수신을 위해 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 지향성 안테나들은 방사된 에너지를 주어진 관심 시야(field of view)에 포커싱하는데 또한 이용될 수 있다. 측정된 거리들과 지향성 정보의 조합은 주변 환경 특징부들이 매핑되는 것을 허용한다. 따라서, 레이더 센서는, 예를 들어, 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 자율 차량 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.
일부 예시적인 자동차 레이더 시스템들은 밀리미터(mm) 전자기 파장(예를 들어, 77GHz에 대해 3.9mm)에 대응하는 77GHz(Giga-Hertz)의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 레이더 시스템들은, 레이더 시스템이 자율 주행 차량 주위의 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있도록 하기 위해서 방사 에너지를 타이트(tight)한 빔들에 집중시킬 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 콤팩트할 수 있고 (통상적으로 직사각형 폼 팩터들: 예를 들어, 높이가 1.3 인치이고, 폭이 2.5인치임), 효율적이며(예를 들어, 77GHz의 에너지가 거의 안테나에서 열로 손실되지 않거나, 또는 송신기 전자 장치로 되돌려 반사됨), 제조하기에 저렴하다.
본 출원은 전자기 장치와 관련된 실시예들을 개시한다. 일 양태에서, 본 장치는 전자기 신호를 전파하도록 구성되는 회로 기판을 포함한다. 장치는 또한 전자기 신호를 전파하도록 구성된 도파로를 포함한다. 장치는 회로 기판과 도파로 사이에서 전자기 신호를 결합하도록 구성된 결합 포트를 추가로 포함한다. 회로 기판은 결합 포트에 근접한다. 또한, 장치는 회로 기판 상에 배치된 방사 구조체를 포함한다. 방사 구조체는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트를 포함한다. 전계 결합 컴포넌트는 회로 기판과 결합 포트 사이에 전계를 결합하도록 구성되고, 자계 결합 컴포넌트는 회로 기판과 결합 포트 사이에 자계를 결합하도록 구성된다.
또 다른 양태에서, 본 출원은 방법을 설명한다. 방법은 회로 기판에 의해 전자기 에너지를 전도하는 단계를 수반한다. 회로 기판은 도파로의 결합 포트에 근접한다. 방법은 회로 기판상에 배치된 방사 구조체에 의해 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사된 전자기 에너지로서 방사하는 단계를 추가로 포함한다. 방사 구조체는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트를 포함한다. 방법은 또한 방사된 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합 포트를 통해 도파로 내로 결합하는 단계를 포함한다. 방사된 전자기 에너지의 일부를 결합 포트를 통해 도파로 내로 결합하는 단계는 회로 기판으로부터의 전계를 전계 결합 컴포넌트에 의해 결합 포트 내로 결합하는 단계 및 회로 기판으로부터의 자계를 자계 결합 컴포넌트에 의해 결합 포트 내로 결합하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 출원은 또 다른 방법을 설명한다. 방법은 도파로에 의해 전자기 에너지를 전파하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 도파로로부터의 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신된 전자기 에너지로서 결합 포트 내로 수신하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 방법은 결합 포트로부터의 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 회로 기판에 결합하는 단계를 포함한다. 결합 포트로부터의 수신된 전자기 에너지의 일부를 회로 기판에 결합하는 단계는 회로 기판 상에 배치된 전계 결합 컴포넌트에 의해 결합 포트로부터의 전계를 회로 기판에 결합하는 단계 및 회로 기판 상에 배치된 자계 결합 컴포넌트에 의해 결합부로부터의 자계를 회로 기판에 결합하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 도파로에 의해 전자기 에너지를 전파하기 위한 수단을 포함하는 시스템이 제공된다. 시스템은 또한 도파로로부터의 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신된 전자기 에너지로서 수신하기 위한 수단을 포함한다. 추가적으로, 시스템은 수신하기 위한 수단으로부터의 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 회로 기판에 결합하기 위한 수단을 포함한다. 수신하기 위한 수단으로부터의 수신된 전자기 에너지의 일부를 회로 기판에 결합하는 것은 전계를 결합하기 위한 수단 및 자계를 결합하기 위한 수단을 포함한다.
또 다른 양태에서, 도파로에 의해 전자기 에너지를 전파하기 위한 수단을 포함하는 시스템이 제공된다. 시스템은 또한 전파하기 위한 수단으로부터의 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신된 전자기 에너지로서 수신하기 위한 수단을 포함한다. 추가적으로, 시스템은 수신하기 위한 수단으로부터의 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 회로 기판에 결합하기 위한 수단을 포함한다. 수신하기 위한 수단으로부터의 수신된 전자기 에너지의 일부를 회로 기판에 결합하는 것은 전계를 결합하기 위한 수단 및 자계를 결합하기 위한 수단을 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하려는 것이 아니다. 예시적 양태들, 실시예들, 및 위에서 설명한 특징들에 더하여, 추가의 양태들, 실시예들, 및 특징들이 도면들 및 이하의 상세한 설명을 참조하여 분명해질 것이다.
도 1a는 회로 기판으로부터의 전자기 에너지를 도파로 내로 결합하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 1b는 도파로로부터의 전자기 에너지를 회로 기판에 결합하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제1 층을 도시한다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제2 층을 도시한다.
도 2c는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 조립된 뷰를 도시한다.
도 2d는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 조립된 뷰를 도시한다.
도 2e는 예시적인 실시예에 따라 조립된 예시적 안테나의 내부에 형성된 개념적 도파로 채널들을 도시한다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 파 분할 채널들의 네트워크를 도시한다.
도 3b는 예시적인 실시예에 따른 도 3a의 파 분할 채널들의 네트워크의 대체 뷰를 도시한다.
도 4a는 도파로 전이에 대한 예시적인 PCB를 도시한다.
도 4b는 예시적인 실시예에 따른 PCB-장착형 결합 구조체의 조감도(top-down view)를 도시한다.
도 4c는 예시적인 실시예에 따른 PCB-장착형 결합 구조체의 조감도를 도시한다.
도 4d는 예시적인 실시예에 따른 PCB-장착형 결합 구조체의 조감도를 도시한다.
이하의 상세한 설명에서, 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이루어진다. 도면들에서, 맥락이 달리 지시하지 않는 한, 유사한 기호들은 전형적으로 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면, 및 청구범위에 설명된 예시적 실시예들은 제한하려는 것이 아니다. 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 다른 변화들이 본 명세서에 제시된 주제의 범위에서 벗어나지 않고서 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 도시된 본 개시 내용의 양태들은 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 명시적으로 상정된다.
이하의 상세한 설명은 예를 들어, 자율 주행 차량의 레이더 시스템용 안테나를 포함하는 장치, 및 그런 안테나를 작동시키는 방법을 개시한다. 일부 예들에서, 안테나는 DOEWG(dual open-ended waveguide) 안테나일 수 있다. "DOEWG"라는 용어는 수평 도파로 채널에 2개의 부분으로 스플릿되는 수직 채널을 더한 것의 짧은 섹션을 가리킬 수 있는데, 여기서 수직 채널의 2개의 부분 각각은 안테나에 진입하는 전자기파의 적어도 일부를 방사하도록 구성되는 출력 포트를 포함한다. 본 개시내용은 일반적으로 DOEWG 아키텍처를 논의하지만, 이는 인쇄 회로 기판(PCB) 구조체에 결합된 다른 안테나 및 도파로 아키텍처들에도 적용될 수 있다.
추가적으로, 본 개시내용은 일반적으로 RADAR 시스템에 관하여 설명하지만, 본 설계는 RADAR 시스템들로만 제한되지 않고 다른 무선 시스템들로 확장될 수 있다. 예를 들어, 설계는 또한 5세대(5G) 밀리미터파(mm-wave) 통신 및 밀리미터파 백홀 설계와 같은 무선 통신 시스템에서 사용될 수 있다. 추가적으로, 본 개시된 설계는, 77GHz 자동차 RADAR, LMDS 대역(28GHz-31GHz), V-대역 60GHz, E-대역(71-76GHz/81-86GHz), 및 5G 밀리미터파(27GHz-28GHz 및 37GHz-39GHz)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 많은 상이한 주파수 대역들에서 사용될 수 있다.
예시적인 DOEWG 안테나는, 예를 들어, 컴퓨터 수치 제어(CNC)로 기계 가공되고, 적절하게 정렬되고, 함께 조인될 수 있는 2개의 금속 층(예를 들어, 알루미늄 판들)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층은 입력 도파로 채널의 제1 절반을 포함할 수 있고, 여기서 제1 도파로 채널의 제1 절반은 전자기파들을 제1 도파로 채널 내로 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 도파로 채널로부터 분기하고 또한 입력 도파로 채널로부터 전자기파들을 수신하도록 구성될 수 있는 채널들의 네트워크를 포함하고, 전자기파들을 복수의 전자기파 부분으로 분할하고(즉, 전력 분할기들), 및 전자기파들의 제각기 부분들을 복수의 파 방사 채널의 제각기 파 방사 채널들에 전파할 수 있다. 또한, DOEWG는 도파로 내로 전자기 복사를 주입하고 도파로로부터 전자기 방사를 제거하도록 구성된 적어도 PCB 백플레인을 포함할 수 있다.
또한, 제1 금속 층은 복수의 파 방사 채널의 제1 절반을 포함할 수 있고, 여기서 제각기 파 방사 채널들은 파 분할 채널들로부터 전자기파의 제각기 부분들을 수신하도록 구성될 수 있고, 제각기 파 방사 채널들의 제1 절반들은 전자기파의 서브 부분들을 또 다른 금속 층에 전파시키도록 구성된 적어도 하나의 파 지향 부재를 포함한다. 여기서 구성은 도파로의 일부가 도파로 블록의 2개의 부분 각각에 있기 때문에 스플릿-블록 구성으로 알려질 수 있다.
더욱이, 제2 금속 층은 입력 도파로 채널, 복수의 파 분할 채널, 및 복수의 파 방사 채널의 제2 절반들을 포함할 수 있다. 제각기 파 방사 채널들의 제2 절반들은 적어도 하나의 파 지향 부재와 부분적으로 정렬되고 또한 제2 금속 층의 외부로 적어도 하나의 파 지향 부재로부터 전파되는 전자기파의 서브 부분들을 방사하도록 구성되는 적어도 한 쌍의 출력 포트를 포함할 수 있다. 더 특정하게는, 주어진 파 지향 부재와 대응하는 출력 포트들의 쌍의 조합은 전술한 바와 같이 DOEWG의 형태를 취할 수 있다(본 명세서에서는 DOEWG로서 지칭될 수 있다).
이 특정 예에서 안테나는 다중 파 분할 채널 및 다중 파 방사 채널을 포함하지만, 다른 예들에서는 안테나는 입력 포트에 의해 수신된 모든 전자기파를 하나 이상의 파 방사 채널에 전파하도록 구성되는 단일 채널만을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모든 전자기파는 단일 DOEWG에 의해 제2 금속 층 외부로 방사될 수 있다. 다른 예들이 마찬가지로 가능하다.
또한, 이 특정 실시예에서뿐만 아니라 본 명세서에 설명된 다른 실시예들에서, 안테나 장치는 적어도 2개의 금속 층으로 구성될 수 있지만, 또 다른 예들에서, 전술한 채널들 중 하나 이상은 단일 금속 층으로 형성되거나, 또는 안테나를 구성하는 2개를 초과하는 금속 층으로 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서의 예들 내에서, DOEWG 안테나의 한 층으로부터 또 다른 층으로 전파되는 전자기파(또는 그의 부분들/서브 부분들)의 개념은 파 지향 부재들과 같은 안테나의 특정 컴포넌트들의 기능을 예시하기 위한 목적으로 설명된다. 실제로, 전자기파는 안테나를 통한 이들의 전파의 특정 포인트들 동안 채널의 임의의 특정 "절반"에 국한되지 않을 수 있다. 오히려, 이들 특정 포인트들에서, 전자기파는 주어진 채널을 형성하기 위해 절반들이 조합될 때 주어진 채널의 양쪽 절반을 통해 자유롭게 전파될 수 있다.
본 명세서에 논의된 일부 실시예에서, 2개의 금속 층은 접착제, 유전체, 또는 다른 재료의 사용 없이, 그리고 2개의 금속 층을 조인시키기 위해 사용될 수 있는 납땜, 확산 본딩 등과 같은 방법을 쓰지 않고 직접 조인될 수 있다. 예를 들어, 2개의 금속 층은 층들을 결합시키는 임의의 추가 수단 없이 2개의 층이 물리적으로 접촉하게 함으로써 조인될 수 있다.
일부 예들에서, 본 개시내용은 도파로로의 또는 그로부터의 전자기 복사를 론칭 또는 수신하는 PCB 상의 방사 구조체를 포함한다. 앞서 논의된 방사 도파로들은 방사 도파로 입력에서 전자기 신호를 수신하고, 방사 도파로의 길이를 따라 전자기 신호를 전파하고, 및 전자기 신호의 적어도 일부를, 결합된 전자기 신호를 방사하도록 구성되는 적어도 하나의 방사 구조체에 결합하도록 구성될 수 있다. PCB와 도파로가 인터페이스를 갖는 경우, 전자기파는 PCB의 트레이스들을 따라 전파되는 것으로부터 도파로에서 전파되는 것으로 전이할 수 있다(또는 그 반대로도 마찬가지이다). PCB는 전자기 신호를 도파로 내로 송신할 수 있거나 도파로로부터 전자기 신호를 수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 방사 구조체를 포함할 수 있다.
안테나와 같은 방사 구조체는, 이것이 유사한 방식으로 신호들을 송신 또는 수신하도록 기능할 수 있다는 점에서, 역(reciprocal) 특성들을 가질 수 있다. 따라서, 본 설명에서는, 송신(또는 수신)과 관련하여 특성들이 설명될 수 있다. 그러나, 방사 구조체는 송신 및 수신 양쪽 모두와 관련하여 유사한 방식으로 기능할 수 있다. 따라서, 방사 구조체는 송신만 하거나 수신만 하는 것으로 제한되지 않을 수 있다.
전자기 신호를 도파로 내로 또는 그로부터 효율적으로 론칭하거나 수신하는 PCB 상의 방사 구조체를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 효율이 낮다면, 전자기 에너지의 작은 비율만이 PCB로부터 도파로 내로 또는 밖으로 결합될 수 있다. 나머지 전자기 에너지는 방사되지 않을 수 있고, 도파로 또는 PCB 내에 반사되거나 포함될 수 있다. 이 전자기 에너지는 레이더 시스템에 원하지 않는 영향을 산출할 수 있다. 따라서, 고효율 방사 구조체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
일 예에서, 방사 구조체에 대한 넓은 동작 대역폭을 갖는 것이 바람직할 수도 있다. 넓은 대역폭은 방사 구조체가 넓은 범위의 주파수들에 걸쳐 동작하도록 허용할 수 있다. 대조적으로, 종래의 방사 구조체들은 좁은 동작 대역폭을 가질 수 있다. 특히, 종래의 방사 구조체는 단지 좁은 범위의 주파수들에서 도파로 내로 효율적으로 방사할 수 있다. 따라서, 종래의 방사 구조체는 그것의 좁은 동작 대역폭 밖에서 효율적으로 동작하지 않을 수 있다. 그러나, 본 개시된 방사 구조체를 사용함으로써, 동작의 대역폭이 증가될 수 있다.
개시된 안테나 장치는 도파로 피드(waveguide feed)로서 기능하도록 구성된 결합 포트를 포함할 수 있다. 도파로 피드는 전자기파가 안테나 장치로 진입하는 것을 가능하게 하는 금속성 구조체의 결합 포트일 수 있다. 전자기파가 안테나 장치에 진입할 때, 이것은 앞서 논의한 바와 같이 분할되고 방사될 수 있다.
안테나 장치의 각각의 결합 포트는 연관된 포트 임피던스를 가질 수 있다. 포트 임피던스는 포트가 안테나 장치 내로 결합하거나 결합 해제할 수 있는 전자기 에너지의 비율에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 에너지가 안테나 장치에 효율적으로 들어가거나 떠날 수 있도록 방사 구조체의 포트 임피던스 및/또는 임피던스를 최적화하는 것이 바람직할 수 있다. 포트 임피던스를 최적화할 수 있는 몇 가지 방법이 있을 수 있다. 또한, 방사 구조체는 방사 구조체를 도파로의 결합 포트에 임피던스 매칭시키기 위한 기하 구조 또는 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 결합 포트는 회로 기판 층을 도파로 층에 결합하는 도파로 블록의 구멍일 수 있다. 임피던스 매칭에 의해, 방사 구조체의 효율이 증가될 수 있다.
또 다른 예에서, 결합 포트는 양방향 포트로서 기능할 수 있다. 이것은 도파로에 피드 신호를 제공하고 도파로로부터 비 방사된 전자기 에너지를 제거하는 두 가지를 할 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1a는 전자기 에너지를 가이드에 결합하는 예시적인 방법(100)의 흐름도이다. 그리고, 도 1b는 가이드로부터의 전자기 에너지를 결합하기 위한 예시적인 방법(110)의 흐름도이다. 여기에 설명되지 않은 다른 동작 방법도 또한 가능하다는 것을 이해해야 한다.
또한, 그러한 안테나의 주어진 적용은 전술한 2개의 금속 층의 다양한 기계 가공된 부분들을 위한 및/또는 여기서 설명되는 안테나의 다른 기계 가공된(또는 기계 가공되지 않은) 부분들/컴포넌트들을 위한 적합한 치수들 및 크기들(예를 들어, 채널 크기, 금속 층 두께 등)을 결정할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 앞서 논의한 바와 같이, 일부 예시적인 레이더 시스템들은 밀리미터 전자기 파장에 대응하는 77GHz의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이 주파수에서, 방법(100) 및 방법(110)에 의해 제조된 장치의 채널, 포트 등은 77GHz 주파수에 알맞은 주어진 치수의 것일 수 있다. 다른 예시적 안테나 및 안테나 적용도 마찬가지로 가능하다.
블록들이 순차적 순서로 도시되어 있지만, 이러한 블록들은 병행적으로, 및/또는 여기서 설명되는 것들과 상이한 순서로 또한 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록들은 더 적은 블록들이 되도록 조합되고, 추가 블록들이 되도록 분할되고, 및/또는 원하는 구현에 기초하여 제거될 수 있다.
더욱이, 도 1a의 방법(100) 및 도 1b의 방법(110)은 도 2a-2f, 3a, 3b 및 4a-4d와 연계하여 설명된 디바이스들에 의해 구현될 수 있다. 도 1b의 방법(110)은 도 1a의 방법(100)의 역일 수 있다. 도 1a의 방법(100)은 개시된 구조체들로 신호를 송신하는 것에 관한 것인 반면, 방법(110)은 개시된 구조체들로 신호를 수신하는 것에 관한 것이다.
실제로, 방법(100)은 레이더 신호들의 송신 동안 수행되는 방법일 수 있다. 블록(102)에서, 방법(100)은 회로 기판에 의해 전자기 에너지(예컨대, 77GHz 밀리미터 전자기파)를 전도하는 단계를 포함한다. 다양한 예들에서, 전자기 에너지는 다양한 실시예들에 의존하여 몇몇 상이한 모드들 중 적어도 하나에서 전파될 수 있다. 일 예에서, 전자기 에너지는 회로 기판 상의 디퍼렌셜(differential) 라인들의 쌍을 따라 전파될 수 있다. 또 다른 예에서, 전자기 에너지는 회로 기판 상의 단일 라인을 따라 전파될 수 있다. 전자기 에너지는 안테나 및/또는 레이더 유닛에 의한 송신을 위한 신호일 수 있다. 다양한 예들에서, 상이한 타입들의 시그널링이 전자기 에너지를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 실제로, 방법(100)은 레이더 신호들의 송신 동안 수행되는 방법일 수 있다.
블록(104)에서, 방법(100)은 회로 기판 상에 배치된 방사 구조체에 의해 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사된 전자기 에너지로서 방사하는 단계를 포함하는데, 여기서 방사 구조체는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트를 포함한다. 회로 기판은 전자기 에너지를 방사하는 적어도 하나의 컴포넌트를 가질 수 있다. 일부 예들에서 이 방사 컴포넌트는 기능적으로 회로 기판 탑재 패치 안테나와 유사할 수 있다. 회로 기판으로부터 전자기 에너지를 방사하기 위해 다양한 다른 타입의 컴포넌트들이 마찬가지로 사용될 수 있다. 다양한 안테나들, 패치들, 슬롯들, 또는 다른 방사 컴포넌트들이 본 개시내용의 맥락에서 마찬가지로 사용될 수 있다. 방사 컴포넌트는 또한 결합 포트로부터 전자기 에너지를 수신할 수 있는 컴포넌트(즉, 컴포넌트가 양방향 방식으로 기능할 수 있음)로서 기능할 수 있다.
방사 컴포넌트는 회로 기판 상에서 전파되는 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사된 전자기 에너지(즉, 회로 기판의 금속성 트레이스 상에 또는 회로 기판 내에 포함되지 않는 전자기 에너지)로 변환하도록 구성된다. 일부 예들에서, 전자기 신호는 회로 기판의 하나 이상의 트레이스를 따라 아래로 전파될 수 있다. 전자기 신호가 방사 컴포넌트에 전파될 때, 방사 컴포넌트는 전자기 신호의 전부 또는 일부를 방사 컴포넌트로부터 멀어지는 전자기 신호로서 방사할 수 있다.
전통적인 회로 기판 대 도파로 전이에서, 방사 컴포넌트는 회로 기판로부터의 전자기 에너지를 도파로의 결합 포트 내로 방사하도록 구성된 정사각형 및/또는 직사각형 패치를 포함할 수 있다. 그러나, 패치 안테나는 제한된 사용 대역폭을 가질 수 있다. 추가적으로, 패치 안테나는 또한 결합 포트의 임피던스에 잘 매칭되지 않을 수 있는 임피던스를 가질 수 있다.
본 개시된 장치는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트 둘 다를 포함하는 방사 구조체를 포함한다. 전계 및 자계 결합 컴포넌트들이 별개의 컴포넌트들로서 설명될 수 있지만, 일부 예들에서 이들은 단일 방사 유닛의 상이한 부분들일 수 있다. 추가적으로, 전계 및 자계 결합 컴포넌트들은 제각기의 전계 또는 자계를 결합하는 것으로서 설명될 수 있지만, 각각의 컴포넌트는 전계 및 자계 둘 다를 결합할 수 있다.
전계 방사 컴포넌트 및 자계 방사 컴포넌트라는 용어는 필드 방사의 근접장 특성 및 방법을 설명한다. 예를 들어, 전계 방사 컴포넌트는 주로 컴포넌트의 근접장에서 전계를 여기시킬 수 있다. 원거리장에서, 이 전계는 전파되는 전자기파(즉, 전계 및 자계 모두)를 유도할 수 있다. 유사하게, 자계 방사 컴포넌트는 주로 컴포넌트의 근접장에서 자계를 여기시킬 수 있다. 전계 방사 컴포넌트에서와 같이, 원거리장에서 자계는 전파되는 전자기파(즉, 전계 및 자계 모두)를 유도할 수 있다.
일부 예들에서, 전계 결합 컴포넌트는 패치의 형태를 취할 수 있다. 패치는 정사각형, 직사각형, 및/또는 수정된 정사각형 또는 직사각형의 형태를 취할 수 있다. 패치는 회로 기판 상에서 전자기 신호를 전파하는 트레이스 라인들에 결합될 수 있다. 전계 결합 컴포넌트는 회로 기판로부터의 전계를 도파로 유닛의 결합 포트 내로 결합할 수 있다. 예를 들어, 전계 결합 컴포넌트는 원거리장 전자기 전파를 야기하는 근접장 전계를 유도할 수 있다. 다이폴 안테나는 전계 결합 컴포넌트의 일 예이다. 자계 결합 컴포넌트는 회로 기판로부터의 자계를 결합 포트 내로 결합할 수 있다. 예를 들어, 자계 결합 컴포넌트는 원거리장 전자기 전파를 야기하는 근접장 자계를 유도할 수 있다. 루프 안테나가 자계 결합 컴포넌트의 일 예이다.
자계 결합 컴포넌트는 전계 결합 컴포넌트의 대역폭 및 효율을 증가시킬 수 있다. 일부 예들에서, 자계 결합 컴포넌트는 전계 결합 컴포넌트 및/또는 전자기 신호를 공급하는 트레이스에 물리적으로 연결될 수 있다. 다른 예들에서, 자계 결합 컴포넌트는 전계 결합 컴포넌트 및/또는 전자기 신호를 공급하는 트레이스로부터 물리적으로 분리될 수 있다. 자계 결합 컴포넌트가 전계 결합 컴포넌트 및 트레이스로부터 분리되는 예들에서, 자계 결합 컴포넌트는 전계 결합 컴포넌트에 의해 방사되고 그것을 재방사하는 전자기 신호의 일부에 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 자계 결합 컴포넌트는 루프 안테나의 형태를 취할 수 있다. 루프는 회로 기판 상의 금속 트레이스들일 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 루프는 전계 결합 컴포넌트에 결합되거나, 또는 전계 결합 컴포넌트와 분리될 수 있다. 루프는 전자기 방사를 결합 포트 내로 론칭하는 근접장 자계를 야기할 수 있다.
블록(106)에서, 방법(100)은 방사된 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합 포트에 의해 도파로 내로 결합시키는 단계를 포함한다. 결합 포트는 도파로와 회로 기판 사이의 통로일 수 있다. 통로는 회로 기판으로부터의 전자기 에너지가 도파로에 진입하는 것을 허용한다. 일부 예들에서, 결합 포트는 포트의 원하는 임피던스에 기초한 치수들을 가질 수 있다. 포트의 임피던스는, 부분적으로, 도파로 내로 결합되는 회로 기판으로부터의 전자기 에너지의 비율에 기여할 수 있다. 포트 임피던스가 포트가 안테나 장치 내로 또는 밖으로 결합할 수 있는 전자기 에너지의 비율에 영향을 미칠 수 있기 때문에, (i) 에너지가 안테나 장치에 효율적으로 진입하거나 떠날 수 있도록 포트 임피던스를 최적화하거나, (ii) 에너지 전송을 최적화하기 위해 회로 기판의 방사 컴포넌트를 설계하는 것이 바람직할 수 있다. 포트 임피던스의 최적화는 포트 치수들을 조정하여 제어될 수 있다.
일부 예들에서, 회로 기판은 본 시스템의 안테나(예를 들어, 레이더) 유닛을 형성하는 블록에 결합될 수 있다. 예를 들어, 다음 도면들에 관하여 논의되는 바와 같이, 시스템은 블록으로 구축될 수 있다. 도파로 및 연관된 빔 형성 네트워크는 블록의 평면 상에 생성될 수 있다. 다양한 예들에서, 회로 기판은 하부 블록의 하부에 장착될 수 있고 결합 포트는 하부 블록의 하부를 관통할 수 있다. 또 다른 예에서, 회로 기판은 블록의 측면에 장착될 수 있다. 이 예에서, 결합 포트는 상부 블록 및 하부 블록 중 하나 또는 둘 모두의 측면을 관통할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 블록(112)에서, 방법(110)은 도파로에 의해 전자기 에너지를 전파하는 것을 포함한다. 도파로에서의 전자기 에너지는 도파로의 적어도 하나의 안테나에 의해 시스템 외부로부터 수신되었을 수 있다. 실제로, 방법(110)은 레이더 신호들의 수신 동안 수행되는 방법일 수 있다. 도파로에 결합된 안테나(들)는 전자기 에너지를 수신하고 도파로를 따라 전자기 에너지를 전파시킬 수 있다.
블록(114)에서, 방법(110)은, 도파로로부터의 방사된 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합 포트에 의해 수신된 전자기 에너지로서 수신하는 단계를 포함한다. 앞서 논의한 바와 같이, 결합 포트는 도파로와 회로 기판 사이의 통로일 수 있다. 방법(110)의 일부로서, 통로는 도파로로부터의 전자기 에너지가 도파로를 떠나 회로 기판의 컴포넌트에 결합하도록 허용한다.
방법(110)의 결합 포트는 방법(100)의 결합 포트와 유사한 방식으로 기능하지만 반대 방향으로 동작할 수 있다(예를 들어, 방법(100)은 전자기 에너지가 회로 기판으로부터 가이드에 진입하도록 야기하는 반면, 방법(110)은 전자기 에너지가 가이드를 떠나 회로 기판으로 가도록 야기한다). 방법(100)과 유사하게, 방법(110)의 결합 포트는 포트의 바라는 임피던스에 기초한 치수들을 가질 수 있다. 포트의 임피던스는, 부분적으로, 도파로 내로 결합되는 회로 기판으로부터의 전자기 에너지의 비율에 기여할 수 있다. 포트 임피던스가 포트가 안테나 장치 내로 또는 밖으로 결합할 수 있는 전자기 에너지의 비율에 영향을 미칠 수 있기 때문에, (i) 에너지가 안테나 장치에 효율적으로 진입하거나 떠날 수 있도록 포트 임피던스를 최적화하거나, (ii) 에너지 전송을 최적화하기 위해 회로 기판의 방사 컴포넌트를 설계하는 것이 바람직할 수 있다. 포트 임피던스의 최적화는 포트 치수들을 조정하여 제어될 수 있다.
블록(116)에서, 방법(110)은 결합 포트로부터의 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 회로 기판의 결합 컴포넌트에 의해 회로 기판에 결합하는 단계를 포함하고, 여기서 결합 포트를 통해 방사된 전자기 에너지의 일부를 도파로 내로 결합하는 단계는 회로 기판으로부터의 전계를 전계 결합 컴포넌트에 의해 결합 포트 내로 결합하고 및 회로 기판으로부터의 자계를 자계 결합 컴포넌트에 의해 결합 포트 내로 결합하는 단계를 포함한다. 회로 기판은 전자기 에너지를 수신하는 방사 컴포넌트를 가질 수 있다. 블록(116)과 관련하여 설명된 방사 컴포넌트는 블록(104)과 관련하여 설명된 방사 컴포넌트와 유사할 수 있다. 그러나, 블록(116)의 방사 컴포넌트는 결합 포트로부터의 전자기 신호들을 회로 기판에 결합하는 기능을 할 수 있다. 방사 컴포넌트는 또한 전자기 에너지를 결합 포트 내로 방사할 수 있는 컴포넌트로서 기능할 수 있다(즉, 컴포넌트가 양방향 방식으로 기능할 수 있다). 전술한 바와 같이, 방사 컴포넌트는 전계 및 자계 방사 컴포넌트들 둘 다를 포함한다.
도 2a 내지 도 2f의 컴포넌트들의 배열은 본 개시내용이 사용될 수 있는 예시적인 시스템 및 배열으로서 도시된다. 도파로들 및 안테나들의 다른 형상, 정렬, 위치, 스타일, 및 다른 배열이 본 명세서에 개시된 PCB 전이 결합 포트와 함께 사용될 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는 도파로들에 대한 하나의 예시적인 레이아웃을 제시한다. 도 2a 내지 도 2f에 도시된 예들은 개시된 광대역 도파로 론칭 설계가 사용될 수 있는 하나의 특정 배열을 디스플레이하기 위한 것이다.
도 2a는 복수의 도파로 채널(202)의 제1 절반을 포함하는 예시적인 제1 금속 층(200)을 도시한다. 이러한 도파로 채널들(202)은 다중의 세장형(elongated) 세그먼트(204)를 포함할 수 있다. 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제1 단부(206)에는 각각이 다른 파 지향 부재들과 유사하거나 상이한 크기들을 갖는 복수의 동일 직선상의 파 지향 부재들(208)이 있을 수 있다. 위의 설명에 따라, 세장형 세그먼트들(204)의 제1 단부들(206)은 본 명세서에서 파 방사 채널들의 제1 절반으로 지칭될 수 있다.
제1 단부(206)에 대향하는 채널들(202)의 제2 단부(210)에서, 세장형 세그먼트들(204) 중 하나는 관통 구멍(212)(즉, 결합 포트)을 포함할 수 있다. 주어진 양의 전력이 대응하는 양의 전자기파(즉, 에너지)를 장치에 공급하기 위해 사용될 수 있고, 관통 구멍(212)은 이러한 파들이 장치 내로 공급되는 위치일 수 있다. 위의 설명에 따라, 입력 포트를 포함하는 도파로 채널들(202)의 단일 채널/세그먼트는 본 명세서에서 입력 도파로 채널로 지칭될 수 있다. 또한, 채널들(202)의 제2 단부(210)는 감쇠 컴포넌트(여기서는 도시되지 않음)에 결합될 수 있다.
장치에 진입할 시에, 전자기파들은 일반적으로, 도시된 바와 같이, 전력 분할기(214)의 어레이(즉, "빔 형성 네트워크")를 향해 +x 방향으로 진행할 수 있다. 어레이(214)는 전자기파들을 분할하고 파들의 제각기 부분들을 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제각기 제1 단부들(206)로 전파시키는 기능을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 파들은 어레이(214)를 떠난 후에 +x 방향으로 파 지향 부재들(208)을 향해 계속 전파될 수 있다. 전술한 설명에 따라, 도파로 채널들의 어레이(214) 섹션은 본 명세서에서 파 분할 채널들로 지칭될 수 있다.
전자기파들의 부분들이 도파로 채널들(202)의 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제1 단부(206)에서 파 지향 부재들(208)에 도달함에 따라, 파 지향 부재들(208)은 전자기 에너지의 제각기 서브 부분들을 통해 도파로 채널들의 제2 절반으로 전파할 수 있다(예를 들어, 도시된 바와 같이 +z 방향으로). 예를 들어, 전자기 에너지는 처음에, 제1 금속 층(200)(예를 들어, 포켓) 내로 리세스되거나 또는 그 내로 추가로 기계 가공된 파 지향 부재에 도달할 수 있다. 해당 리세스된 부재는, 리세스된 부재들이 아니라 오히려 돌출된 부재들일 수 있는 제1 단부(206)를 따라 더 멀리 후속 부재들 각각이 전자기 에너지를 전파하는 것보다 작은 분율(fraction)의 전자기 에너지를 전파하도록 구성될 수 있다.
또한, 각각의 후속 부재는 그 이전에 오는 부재가 그런 것보다 제1 단부(206)에서 해당 특정 세장형 세그먼트(204)를 따라 진행하는 전자기파들의 보다 큰 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 단부(206)의 원단(far end)에 있는 부재는 전자기파들의 최고 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 각각의 파 지향 부재(208)는 다양한 치수들을 갖는 다양한 형상들을 취할 수 있다. 다른 예들에서, 하나보다 많은 부재가 리세스될 수 있거나 또는 어떤 부재도 리세스되지 않는다. 또 다른 예들이 마찬가지로 가능하다. 또한, 변화하는 양의 세장형 세그먼트가 가능하다.
제2 금속 층은 하나 이상의 도파로 채널의 제2 절반을 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 도파로 채널의 제2 절반의 제각기 부분들은 하나 이상의 도파로 채널의 제1 절반의 세장형 세그먼트와 실질적으로 정렬된 세장형 세그먼트, 및 세장형 세그먼트의 단부에서, 적어도 하나의 파 지향 부재와 부분적으로 정렬되고 또한 제2 금속 층의 외부로 적어도 하나의 파 지향 부재로부터 전파되는 전자기파들을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 쌍의 관통 구멍들을 포함한다.
예들 내에서, 제2 절반의 세장형 세그먼트는, 2개의 세그먼트가 임계 거리 내에 있을 때 또는 세그먼트들의 중심들이 임계 거리 내에 있을 때 제1 절반의 세장형 세그먼트와 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 2개의 세그먼트의 중심들이 서로 약 ±0.051mm 이내에 있으면, 세그먼트는 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 예에서, 2개의 절반이 조합되는 경우(즉, 2개의 금속 층이 함께 조인되는 경우), 세그먼트들의 에지들은, 세그먼트의 제1 절반의 에지와 세그먼트의 제2 절반의 대응 에지가 서로 약 ±0.051mm 내에 있다면 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 예들에서, 2개의 금속 층을 조인할 때, 이들의 측부들이 서로 동일한 평면에 있지 않도록 하나의 층이 다른 층에 대하여 각을 이룰 수 있다. 이러한 다른 예들에서, 2개의 금속 층, 및 그에 따른 세그먼트들의 2개의 절반은 이 각도 오프셋이 약 0.5도 미만일 때 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 한 쌍의 관통 구멍들은 하나 이상의 도파로 채널의 제2 절반의 세장형 세그먼트들에 수직일 수 있다. 또한, 적어도 한 쌍의 관통 구멍들의 제각기 쌍들은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이, 주어진 한 쌍의 관통 구멍들은 제1 부분에서 만나서 단일 채널을 형성할 수 있다. 해당 단일 채널은 대응하는 파 지향 부재에 의해 전파된 전자기파들의 적어도 일부를 수신하고 전자기파들의 적어도 일부를 제2 부분에 전파하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 부분은 더블릿(doublet)으로 구성된 2개의 출력 포트를 포함할 수 있고, 한 쌍의 관통 구멍들의 제1 부분으로부터 전자기파들의 적어도 일부를 수신하고 해당 전자기파들의 적어도 일부를 2개의 출력 포트 외부로 전파하도록 구성될 수 있다.
도 2b는 전술한 제2 금속 층(220)을 예시한다. 제2 금속 층(220)은 도 2a에 도시된 제1 금속 층(200)의 복수의 도파로 채널(202)의 제2 절반(즉, 입력 도파로 채널, 파 분할 채널들, 및 파 방사 채널 채널들의 제2 절반)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도파로 채널들(202)의 제2 절반은 채널들의 2개의 절반의 적합한 정렬을 용이하게 하기 위해 채널들의 제1 절반의 일반적인 형태를 취할 수 있다. 제2 절반(222)의 세장형 세그먼트들은 전력 분할기들(224)의 어레이의 제2 절반들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전자기파들은 어레이(224)를 통해 진행할 수 있는데, 여기서 이들은 부분들로 분할되고, 이 부분들은 이후 세장형 세그먼트들(222)의 제2 절반들의 제각기 단부들(226)로 진행한다(즉, 도시된 바와 같이 +x 방향으로).
또한, 주어진 세장형 세그먼트의 단부(226)는 제1 금속 층(200)의 파 지향 부재들(208)과 적어도 부분적으로 정렬될 수 있는 다중 쌍의 관통 구멍들(228)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 관통 구멍들의 각각의 쌍은 반사 요소라고도 지칭되는 대응하는 파 지향 부재와 적어도 부분적으로 정렬될 수 있어서, 전자기파들의 주어진 서브 부분이 전술한 대로 제1 금속 층(200)으로부터 제2 금속 층(220)으로 전파될 때, 그러한 서브 부분들이 이후, 도시된 바와 같이 관통 구멍들의 쌍(예를 들어, 출력 포트들의 쌍)의 외부로 -z 방향으로 방사되도록 한다. 다시금, 주어진 파 지향 부재 및 출력 포트들의 대응 쌍의 조합은 전술한 바와 같이 DOEWG를 형성할 수 있다.
또한, 모든 DOEWG들의 조합은 본 명세서에서 DOEWG 어레이로 지칭될 수 있다. 안테나 이론에서, 안테나가 더 큰 방사 개구를 가질 때(예를 들어, 표면 영역이 DOEWG 어레이를 포함하는 경우에, 안테나의 얼마나 큰 표면 영역이 방사하는지), 해당 안테나는 더 높은 이득(dB) 및 더 좁은 빔 폭을 가질 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예들에서, 더 높은 이득의 안테나는 채널당 더 많은 DOEWG들을 가지며 더 많은 채널들(예를 들어, 세장형 세그먼트들)을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 예시적인 안테나는 자율 주행 차량 목적들에 적합할 수 있지만(예를 들어, 세그먼트 당 5개의 DOEWG를 갖는 6개의 세장형 세그먼트), 다른 실시예가 마찬가지로 가능할 수 있고, 이러한 다른 실시예는 자동차 레이더를 포함하지만 이에 국한되지는 않는 다양한 애플리케이션을 위해 설계되고/기계 가공될 수 있다.
예를 들어, 이러한 다른 실시예들에서, 안테나는 최소로 하나의 DOEWG를 포함할 수 있다. 이러한 배열로, 출력 포트들은 모든 방향들로(예를 들어, 낮은 이득, 넓은 빔 폭으로) 에너지를 방사할 수 있다. 일반적으로, 세그먼트들/DOEWG들의 상한은 제1 및 제2 금속 층들에 사용되는 금속의 유형에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 높은 저항을 갖는 금속은 전자기파가 도파로 채널을 따라 진행함에 따라 해당 파를 감쇠시킬 수 있다. 이와 같이, 더 크고 더 높은 저항의 안테나(예를 들어, 더 많은 채널, 더 많은 세그먼트, 더 많은 DOEWG 등)가 설계될 때, 입력 포트를 통해 안테나 내로 주입되는 에너지는 그렇게 많지 않은 에너지가 안테나 외부로 방사되는 정도까지 감쇠될 수 있다. 그러므로, 더 큰 안테나를 설계하기 위해, 제1 및 제2 금속 층들에 대해 보다 작은 저항의 (및 더 전도성의) 금속들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들 중 적어도 하나는 알루미늄일 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 금속 층들 중 적어도 하나는 구리, 은, 또는 또 다른 전도성 재료일 수 있다. 또한, 알루미늄 금속 층들은 구리, 은, 또는 다른 저 저항/고 전도성 재료로 도금되어 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 예들이 마찬가지로 가능하다.
안테나는 하나 이상의 도파로 채널의 제1 절반을 하나 이상의 도파로 채널의 제2 절반과 정렬하여 하나 이상의 도파로 채널을 형성하도록 하기 위해 제1 금속 층을 제2 금속 층에 조인하도록 구성되는 적어도 하나의 파스너(fastener)를 포함할 수 있다(예를 들어, 스플릿 블록의 복수의 파 분할 채널의 제1 절반을 스플릿 블록의 복수의 파 분할 채널의 제2 절반과 정렬시키고, 복수의 파 방사 채널의 제1 절반을 복수의 파 방사 채널의 제2 절반과 정렬시킨다). 일부 실시예에서 이것을 용이하게 하기 위해, 제1 금속 층, 제1 복수의 관통 구멍(도 2a에 도시되지 않음)이 적어도 하나의 파스너를 수용하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 제2 금속 층에서, 제2 복수의 관통 구멍(도 2b에 도시되지 않음)은 제1 복수의 관통 구멍과 실질적으로 정렬될 수 있고, 제2 금속 층을 제1 금속 층과 조인하기 위한 적어도 하나의 파스너를 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 파스너가 정렬된 제1 및 제2 복수의 관통 구멍에 제공될 수 있고 2개의 금속 층이 함께 조인되는 방식으로 고정될 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 파스너는 다중 파스너일 수 있다. 나사 및 정렬 핀과 같은 기계적 파스너(및 파스닝(fastening)을 용이하게 하기 위해 사용되는 기술)는 2개의 금속 층을 함께 조인하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 2개의 금속 층은 그 사이의 접착제 층을 갖지 않고 서로 직접 조인될 수 있다. 또한, 2개의 금속 층은 접착, 확산 본딩, 납땜, 경납땜 등과는 상이한 방법을 사용하여 함께 조인될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 그러한 방법들은 공지되거나 아직 알려지지 않은 금속 층들을 조인시키기 위한 임의의 방법들에 부가하여 또는 대안으로서 사용될 수 있는 것이 가능하다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 블라인드 구멍이 제1 금속 층 및/또는 제2 금속 층의 복수의 관통 구멍에 부가하여 또는 대안으로 제1 금속 층 및/또는 제2 금속 층 내에 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 블라인드 구멍은 파스닝(예를 들어, 하우징 나사들 또는 정렬 핀들)을 위해 사용될 수 있거나 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
도 2c는 예시적인 안테나(240)의 조립도를 도시한다. 예시적인 안테나(240)는 제1 금속 층(200) 및 제2 금속 층(220)을 포함할 수 있다. 제2 금속 층(220)은 정렬 핀, 나사 등을 수용하도록 구성되는 복수의 구멍(242)(관통 구멍 및/또는 블라인드 구멍)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층(200)은 제2 금속 층(220)의 구멍들(242)과 정렬되는 복수의 구멍(도시되지 않음)을 마찬가지로 포함할 수 있다.
또한, 도 2c는 주어진 폭(246) 및 주어진 길이(248)의 DOEWG 어레이(244)를 도시하는데, 이것들은 안테나(240)의 채널들 및 DOEWG들의 수에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 예시적 실시예에서, DOEWG 어레이는 약 11.43mm의 폭 및 약 28.24mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 그러한 예시적인 실시예에서, 이러한 치수들은, 예시적인 안테나(240)의 다른 치수들에 더하여 또는 그에 대한 대안으로, 최대 약 0.51mm 에러를 허용할 수 있는 허용 오차로 기계 가공될 수 있지만, 다른 실시예들에서는 더 많거나 더 적은 에러가 요구될 수 있다. DOEWG 어레이의 다른 치수들도 마찬가지로 가능하다. 또한, 일부 예들에서, 다른 형상의 출력들이 방사 구조체들에 대해 사용될 수 있다. 도 2c에서 타원형으로 도시되었지만, 방사 구조체들은 임의의 형상을 취할 수 있고, 본 개시내용에서는 그 형상이 그렇게 중요하지 않다. 일부 예에서, 방사 구조체는 정사각형, 원형, 선형, z형 등일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들(200, 220)은 알루미늄 판들(예를 들어, 약 6.35mm 원재료(stock))로부터 기계 가공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제1 금속 층(200)은 적어도 3mm 두께(예를 들어, 약 5.84mm 내지 6.86mm)일 수 있다. 또한, 제2 금속 층(220)은 6.35mm의 원재료로부터 약 3.886mm의 두께로 기계 가공될 수 있다. 다른 두께들이 역시 가능하다.
일부 실시예에서, 2개의 금속 층(200, 220)의 조인은 에어 갭 또는 2개의 층의 메이팅 면들 사이의 다른 불연속성을 초래할 수 있다. 이러한 실시예에서, 이러한 갭 또는 연속성은 안테나 장치의 길이의 중심에 근접할 수 있거나 (또는 대개 가능한 한 근접할 수 있고), 약 0.05mm 이하의 크기를 가질 수 있다.
도 2d는 예시적인 안테나(240)의 또 다른 조립된 뷰를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 층(200)은 정렬 핀, 나사 등을 수용하도록 구성된 복수의 구멍(250)(관통 구멍 및/또는 블라인드 구멍)을 포함할 수 있다. 복수의 구멍(250) 중 하나 이상은 제2 금속 층(220)의 구멍들(242)과 정렬될 수 있다. 또한, 도 2d는 입력 결합 포트(212)를 도시하는데, 입력 결합 포트에서 안테나(240)는 전자기파를 하나 이상의 도파로 채널(202) 내로 수신할 수 있다. 또한, 도 2d는 다중 결합 포트(252)를 특징으로 한다. 결합 포트들(252)은 제1 금속 층(200) 내의 도파로들로부터, 제각기 결합 포트로부터의 전자기 에너지를 결합하는 PCB(도 2d에 도시되지 않음)상의 컴포넌트들에 결합할 수 있다. 결합 포트들(212, 252)은 도 4a의 결합 포트(404)의 형태를 취할 수 있다.
도 2e는 조립된 예시적인 안테나 내부에 형성된 개념적 도파로 채널들(260)을 도시한다. 보다 구체적으로, 도파로 채널들(260)은 도 2a 및 도 2b의 도파로 채널들(202)의 형태를 취한다. 예를 들어, 채널들(260)은 입력 도파로 채널(264)에의 입력 포트(262)를 포함한다. 채널들(260)은 또한 파 분할 채널들(266) 및 복수의 방사 더블릿(268)(예를 들어, DOEWG 어레이)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 전자기파가 입력 결합 포트(262)에서 채널들(260)에 진입할 때, 전자기파는 입력 도파로 채널(264)을 통해 +x 방향으로 진행하고 파 분할 채널들(266)에 의해 (예를 들어, 전력 분할기들에 의해) 부분들로 분할될 수 있다. 전자기파들의 그런 부분들은 이후 +x 방향에서 제각기 방사 더블릿들(268)로 진행할 수 있고, 여기서 이들 부분들의 서브 부분들은 예를 들어, 쌍(270)과 같은 출력 포트들의 쌍들을 통해 각각의 DOEWG 외부로 방사된다.
특정 파 방사 채널에서, 전자기파들의 일부는 처음에, 앞서 논의된 바와 같이 리세스된 파 지향 부재(272)(예를 들어, 역 단차 또는 "웰(well)")에 의해 제1 DOEWG를 통해 전파될 수 있다. 이 리세스된 파 지향 부재(272)는 특정 파 방사 채널의 DOEWG들의 모든 부재들의 에너지 중 가장 작은 분율을 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 각각의 후속 DOEWG가 그 전에 오는 DOEWG보다 잔여 에너지의 더 많은 분율을 방사할 수 있도록 후속 파 지향 부재(274)가 형성될 수 있다(예를 들어, 리세스되기 보다는 돌출할 수 있음). 달리 말하면, 각각의 파 지향 부재(272, 274)는 일반적으로 수평(+x 방향) 채널(예를 들어, 파 방사 채널, 또는 앞서 언급한 대로 "세장형 세그먼트"의 "제1 단부") 내에 "단차 컷(step cut)"으로서 형성될 수 있고, 방사되는 에너지의 양 대 안테나를 따라 멀리 송신되는 에너지의 양을 튜닝하기 위해 안테나에 의해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 주어진 DOEWG는 임계 레벨의 에너지보다 더 많이 방사하지 못할 수 있고, 임계 레벨보다 낮은 에너지를 방사하지 못할 수 있다. 이러한 임계값들은, DOEWG 컴포넌트들(예를 들어, 파 지향 부재, 수평 채널, 수직 채널, 2개의 출력 포트 사이의 브리지 등)의 치수들에 기초하여 달라질 수 있거나, 또는 안테나와 연관된 다른 요인들에 기초하여 변할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들은, 예를 들어, 도파로 채널들(260)의 다양한 측면들이 에지(276, 278 및 280)와 같은 둥근 에지들을 갖도록 기계 가공될 수 있다.
도 2e에 추가로 도시된 것은 결합 포트들(282) 및 PCB 기반 결합 컴포넌트들(284) 둘 모두이다. PCB 기반 결합 컴포넌트들(284)은 결합 포트들(282)에 결합될 수 있다. 그리고 결합 포트들(282)은 파 분할 채널들(266)의 세장형 세그먼트들(222)에 결합될 수 있다. PCB 기반 결합 컴포넌트들(284) 및 결합 포트들(282)의 설계는 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 더 논의된다.
도 3a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 파 분할 채널들(300)의 네트워크를 도시한다. 도 3b는 예시적인 실시예에 따른, 파 분할 채널들의 네트워크(300)의 대안 뷰를 도시한다.
일부 실시예에서, 파 분할 채널들(300)의 네트워크(예를 들어, 전술한 바와 같은 빔 형성 네트워크)는 도 3a에 도시된 바와 같이 전력 분할기들의 트리의 형태를 취할 수 있다. 에너지는 입력 도파로 채널을 통해 안테나에 진입할 수 있고, 전력 분할기(302)와 같은 각각의 전력 분할기에서 에너지의 더 작은 부분들로 분할(즉, 스플릿)되고, 후속 전력 분할기들을 통과하며 여러 번 분할되어 제각기 에너지 양이 파 방사 채널들의 각각에 공급되도록 한다(도시된 바와 같이 에너지 A-F). 주어진 전력 분할기에서 분할되는 에너지 양은 전력 분할 비(즉, 얼마나 많은 에너지가 하나의 채널(304)에 들어가는가 대 분할 후에 얼마나 많은 에너지가 또 다른 채널(306)에 들어가는가)에 의해 제어될 수 있다. 주어진 전력 분할비는 대응하는 전력 분할기의 치수들에 기초하여 조정될 수 있다.
예들에서, 2개의 채널(304, 306) 사이에서 에너지를 분할하는 기술은 도 3a의 하단에 도시된 것과 같은 채널들의 구조체(예를 들어, "4 포트 브랜치라인 커플러(branchline coupler)")를 사용하는 것일 수 있다. 이러한 기술 및 구조 설계는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 채널의 단부에서 피드들(310) 및 결합 포트들(308)을 포함할 수 있고, 여기서 결합 포트들(308) 각각은 채널을 통해 후방으로 복귀하는 에너지를 피드들(310) 중 하나에 결합하도록 구성된다. 피드들(310)은 복귀된 에너지를 흡수하도록 구성될 수 있다. 피드들(310) 및 결합 포트들(308)의 설계는 도 4b와 관련하여 더 논의된다.
도 4a 내지 도 4d는 개시된 장치들의 다양한 예시적인 실시예들을 도시한다. 단일 층 PCB 상의 개시된 광대역 도파로 론칭 설계들은 PCB의 트레이스로부터의 신호를 방사 컴포넌트에 결합하는 피드를 이용할 수 있다. 일부 예들에서, 트레이스는 방사 컴포넌트에 물리적으로 연결된다. 다른 예들에서, 트레이스는 물리적 접촉을 하지 않으면서 방사 컴포넌트에서 장(field)을 유도할 수 있다.
일부 예들에서, 방사 컴포넌트는 파가 론칭될 도파로의 타입에 대응하는 모드에서 파를 론칭시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 직사각형 도파로에 대해, TE10 모드를 여기시키는 것이 바람직할 수 있고, 원형 도파로에 대해 TE11 모드를 여기시키는 것이 바람직할 수 있다. 추가적으로, 고도로 집적된 전자 모듈들을 가능하게 하기 위해, 최소량의 면적은 물론이고, PCB의 최소 개수의 금속 층들을 이용하는 방사 구조체를 설계하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시내용에서 제안된 설계는 PCB에 대한 단일 금속 층 설계를 이용하면서도 10% 초과의 대역폭을 달성한다. 전통적인 패치 안테나 피드는 대략 5% 대역폭을 가질 것이다. 일 예에서, 설계의 새로움은 PCB 상의 방사 구조체에 의한 전계 및 자계들의 상보적 여기(complementary excitation)들이다. 유사한 대역폭을 달성하려고 시도하는 이전의 설계 기술들은 통상적으로 1/4 파장 후방 단락 도파로를 갖는 2개의 도파로 피스를 요구하거나, 또는 근접 패치 론치 또는 애퍼처 패치 론치와 같은 다중 층 PCB 설계를 요구한다. 이 설계는 이중 여기 방사 구조체를 이용하여 단일층 PCB상의 높은 대역폭을 달성한다.
도 4a는 결합 포트(404), 피드(410), 및 방사 컴포넌트(408)를 포함하는 예시적인 도파로(402) 종단을 도시한다. 피드(410)는 PCB(406) 상에 장착될 수 있다(예를 들어, 피드(410)는 PCB 상의 금속성 트레이스(metallic trace)들일 수 있다). PCB는 도 2d에 도시된 것과 같이 스플릿-블록 도파로 안테나의 하부 표면에 장착될 수 있다. 또한, 도 4a는 결합 포트(404)의 하나의 예시적인 사용을 도시한다. 결합 포트(404)는 또한 본 개시된 안테나 장치 이외의 경우에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 결합 포트(404)는 전자기 신호가 도파로 내로 및/또는 도파로 외부로 결합되고 있는 임의의 경우에 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 결합 포트(404)는 또한 도파로 빔 형성 네트워크의 사용 없이 PCB로부터 안테나와 같은 방사 구조체로 신호를 효율적으로 결합하기 위해 사용될 수 있다.
도 4a가 단일 종단 피드(410)에 결합된 방사 컴포넌트(408)로 도시되지만, 다른 예들에서, 방사 컴포넌트(408)는 (도 4b-4d와 관련하여 논의하는 바와 같이) 단일 패치와 같은 상이한 형상일 수 있다. 추가적으로, 방사 컴포넌트(408)는, 안테나 유닛에 의한 송신을 위해 전자기 신호를 결합 포트에 공급하고 도파로로부터의 전자기 신호를 피드에 결합하는 둘 모두를 할 수 있는 양방향 컴포넌트일 수 있다. 추가적으로, 방사 컴포넌트(408)는 도 4a에서 패치로서 도시되어 있다. 그러나, 도 4b-도 4d는 전계 및 자계 방사 부분들 모두를 포함하는 방사 컴포넌트(408)에 대한 여러 상이한 형상들을 개시한다. 방사 컴포넌트(408)는 방사 컴포넌트(408)로부터 도파로(402) 내로의 신호의 결합에 대한 논의를 위해 도시된다.
도 4a의 도파로(402)는 도 2a의 세장형 세그먼트들(204)과 같은 도파로 세장형 세그먼트들의 일부일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4a의 도파로(402)는 피드를 포함하지 않는 세장형 세그먼트들 중 하나일 수 있다. 결합 포트(404)는 수직으로, 도파로(402)의 평면 외부로 정렬될 수 있다. 결합 포트(404)는 방사 구조체(408)를 거쳐서 PCB(406) 상에 위치된 피드(410)에 전자기 에너지를 결합하도록 구성될 수 있다. 피드(410)는 무선 하드웨어 전자 장치에 결합될 수 있다. 무선 하드웨어 전자 장치는 피드(410)로부터 무선 신호들을 송신 및 수신하도록 구성된 RADAR 송수신기일 수 있다.
일부 예들에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 각각의 결합 포트(404)는 방사 구조체(408)의 임피던스에 대해 도파로의 임피던스를 매칭(또는 근사 매칭)시키는 방식으로 형상화될 수 있다. 임피던스 매칭에 의해, 도파로(402)로부터 결합 포트(404)로 결합되는 반사된 전자기 에너지의 양이 최대화될 수 있다. 예를 들어, 결합 포트(404)는 정확한 임피던스 매칭을 달성하기 위해 상이한 치수를 갖는 부분들을 가질 수 있다. 또한, 안테나 유닛이 다중 결합 포트를 갖는 경우에, 각각의 결합 포트는 각각의 제각기 결합 포트에 대해 요망되는 임피던스 매칭에 기초한 자체 치수들을 가질 수 있다. 또 다른 추가 예들에서, 방사 구조체(408)는 결합 포트(404)의 임피던스와 매칭되는 임피던스를 갖도록 설계될 수 있다. 일부 예들에서, 방사 구조체(408)의 전계 및 자계 결합 컴포넌트들은 방사 구조체(408)의 임피던스를 조정하기 위해 상이한 형상 및/또는 배치를 가질 수 있다.
추가적으로, 결합 포트(404) 및 방사 구조체(408)는 도파로의 하부에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 다른 예들에서, 결합 포트(404), PCB(406), 및 방사 구조체(408)의 정렬은 상이한 정렬을 가질 수 있다. 예를 들어, 결합은 도파로의 측면 또는 단부에서도 있을 수 있다.
결합 포트(404)를 생성하기 위해, 결합 포트(404)는 결합 포트(404)의 상부 측면과 결합 포트(404)의 하부 측면 모두로부터 기계 가공될 수 있다. 양 측면으로부터 기계 가공될 수 있는 치수들을 갖는 결합 포트(404)를 설계하는 것에 의해, 임피던스 매칭 기능을 수행하면서 상대적으로 제조하기에 간단한 결합 포트(404)가 생성될 수 있다. 더 복잡한 버전의 결합 포트도 설계될 수 있지만, 결합 포트의 상부 측면과 하부 측면 모두로부터 기계 가공될 수 있는 포트를 갖는 것이 기계 가공의 복잡성을 줄일 수 있다.
앞서 논의한 바와 같이, 방사 구조체(408)는 전자기 에너지의 적어도 일부를 도파로로부터 결합 포트(404)를 통해 피드(408)에 결합하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 방사 구조체(408)가 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합할 때, 방사 구조체(408)는 본질적으로 수신 안테나로서 작용할 수 있다. 방사 구조체(408)는 도파로로부터 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신하고 이것을 결합 포트를 통해 결합한다.
다른 예에서, 결합 포트(404)는 전자기 에너지를 도파로에 주입하도록 기능할 수 있다. 이 예에서, 방사 구조체(408)는 PCB(406) 상의 피드 트레이스(410)로부터의 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합 포트(404)를 통해 도파로(402)에 결합하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 방사 구조체(408)가 전자기 에너지의 적어도 일부를 결합할 때, 방사 구조체(408)는 본질적으로 송신 안테나로서 작용할 수 있다. 방사 구조체(408)는 피드 트레이스들로부터의 전자기 에너지의 적어도 일부분을 송신하고 이것을 결합 포트를 통해 결합한다.
다양한 상이한 예들에서, 방사 구조체(408)는 상이한 형태들을 취할 수 있다. 예를 들어, 방사 구조체(408)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 금속성 패치형 구조체일 수 있다. 방사 구조체(408)는 안테나와 유사하게 기능할 수 있는데, 즉 방사 구조체(408)는 전자기 에너지(예를 들어, 파동)를 송신 또는 수신할 수 있다. 기능적으로, 일 예에서, 방사 구조체(408)는 도파로로부터의 안내된 파(guided wave)를 도파로 외부의 안내된 파로 변환하도록 구성된 컴포넌트일 수 있다(예를 들어, 파동을 피드에 결합한다). 또 다른 예에서, 방사 구조체(408)는 도파로 외부로부터의 안내된 파를 도파로에서의 안내된 파로 변환하도록 구성되는 컴포넌트일 수 있다.
다양한 예들에서, 방사 구조체(408)는 다양한 방식들로 그리고 다양한 재료들 및 형상들로 제조될 수 있다. 도파로에서의 파동으로부터 도파로에 있지 않은 파동으로의 변환을 유발하도록 기능할 수 있고 또한 (도 4b의 결합 컴포넌트(412)와 같은) 방사 컴포넌트(408)를 대신할 수 있는 많은 구조가 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 방사 구조체(408)는 회로 기판(406) 상의 금속성 트레이스(또는 패치)일 수 있다. 그러나, 다른 예에서, 결합 컴포넌트는 PCB에 부착된 개별 컴포넌트일 수 있다. 예를 들어, 결합 컴포넌트는 코팅되거나, 도금되거나, 또는 다른 경우에는 금속으로 덮인 세라믹으로 형성될 수 있다. 방사 컴포넌트(408)는 또한 스탬핑된 금속, 구부러진 금속, 또는 다른 또 다른 금속 구조로부터 형성될 수 있다. 일부 추가 예에서, 방사 컴포넌트(408)는 그 자체가, PCB(406)에 표면 실장될 수 있는 제2 회로 기판상의 금속성 스트립 또는 컴포넌트일 수 있다.
일부 예에서, 방사 구조체(408)는 (i) 도파로 외부로부터의 신호를 도파로 내로 결합하고 및 (ii) 도파로 내부로부터 신호를 도파로 외부로 결합하는 두 가지 기능을 하는 양방향 커플러일 수 있다.
일부 추가 예에서, 방사 구조체(408)는 디퍼렌셜 모드 신호(differential mode signal)를 도파로 외부로부터 도파로 내로 결합시키도록 구성될 수 있다. 일부 추가 예에서, 방사 구조체(408)는 도파로 내부로부터의 신호를 디퍼렌셜 모드 신호로서 도파로 외부로 결합시키도록 구성될 수 있다.
일부 추가 예에서, 방사 구조체(408)는 도파로 외부로부터의 단일 모드 신호를 도파로 내로 결합시키도록 구성될 수 있다. 일부 추가 예에서, 방사 구조체(408)는 도파로의 내부로부터의 신호를 단일 모드 신호로서 도파로 외부로 결합시키도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 방사 구조체(408)는 방사 구조체(408)가 그의 입력과 출력 사이에 결합하는 전자기 에너지의 비율을 최적화하는 임피던스를 갖도록 설계될 수 있다.
도 4b는 회로 기판(406) 상의 전계 결합 컴포넌트(414) 및 2개의 자계 결합 컴포넌트(412) 모두를 포함하는 방사 구조체의 평면도를 도시한다. 앞서 논의한 바와 같이, 피드(410)는 신호를 전계 방사 컴포넌트(414)에 공급할 수 있다. 전계 방사 컴포넌트(414)에 의해 방사된 신호는 자계 방사 컴포넌트(412) 둘 모두에 결합될 수 있다. 자계 방사 컴포넌트들(412)은 다음 차례로 신호를 재방사할 수 있다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 전계 방사 컴포넌트(414)는 수정된 직사각형 패치이다. 패치는 피드(410)의 각각의 측면 상의 2개의 컷(cut)을 특징으로 한다. 패치 기능에서의 컷들은 패치의 대역폭을 증가시키는 것뿐만 아니라 일부 임피던스 매칭을 제공하기 위해서도 기능한다. 2개의 자계 결합 컴포넌트(412)는 회로 기판(406)의 표면 상에 장착된 루프일 수 있다. 2개의 자계 결합 컴포넌트(412)는 전체적으로 더 증가하는 대역폭뿐만 아니라 방사 컴포넌트에 대한 일부 임피던스 매칭을 제공한다.
또한, GND로서 라벨링된 접지 포인트들이 도 4b에 도시된다. 접지 포인트들(GND)은 PCB(406)에 전기적 접지를 도입하기 위해 사용될 수 있는 포인트들이다. 접지 포인트들(GND)은 도 2d에 도시된 도파로 블록의 하부와 같은 도파로 블록과 전기적 접촉을 형성할 수 있다.
피드(410)는 도파로 블록 구조체의 외부에 또는 외부 표면 상에 위치된 회로 기판(406) 상에 배치된다. 도파로 안테나 블록이 RADAR 신호들을 수신하도록 기능하고 있을 때, 피드(410)는 방사 구조체(408)로부터 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신할 수 있다. 도파로 안테나 블록이 RADAR 신호들을 송신하도록 기능하고 있을 때, 피드(410)는 도파로 내로의 결합을 위해 전자기 에너지를 방사 컴포넌트들에 전파할 수 있다.
도 4c는 회로 기판(406) 상의 전계 결합 컴포넌트(422) 및 자계 결합 컴포넌트(424) 둘 다를 포함하는 방사 컴포넌트의 평면도를 도시한다. 전계 결합 컴포넌트(422) 및 자계 결합 컴포넌트(424)는 앞서 논의한 것들과 유사하게 기능할 수 있다. 도 4c는 또한 도 4b에 관하여 논의된 것들과 유사한 접지 포인트들(GND)을 포함한다. 피드(410)는 방사 컴포넌트에 신호를 공급할 수 있다. 피드(410)는 전계 결합 컴포넌트(422) 및 자계 결합 컴포넌트(424) 둘 다에 직접 공급할 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 전계 방사 컴포넌트(422)는 수정된 직사각형 패치이다. 패치는 패치의 각각의 측면 상의 3개의 컷을 특징으로 한다. 패치 기능에서의 컷들은 패치의 대역폭을 증가시키는 것뿐만 아니라 일부 임피던스 매칭을 제공하기 위해서도 기능한다. 자계 방사 컴포넌트(424)는 피드(410) 전계 방사 컴포넌트(422)에 결합된 루프들일 수 있다. 자계 방사 컴포넌트들(424)은 전체적으로 대역폭을 더 증가시킬 뿐만 아니라 방사 컴포넌트에 대한 일부 임피던스 매칭도 제공한다.
도 4d는 회로 기판(406) 상의 전계 결합 컴포넌트(442) 및 자계 결합 컴포넌트(444) 둘 다를 포함하는 방사 컴포넌트의 평면도를 도시한다. 전계 방사 컴포넌트(442) 및 자계 방사 컴포넌트(444)는 앞서 논의한 것들과 유사한 기능을 할 수 있다. 도 4d는 또한 도 4b에 관하여 논의된 것들과 유사한 접지 포인트들(GND)을 포함한다. 피드(446)는 방사 컴포넌트에 신호를 공급할 수 있다. 도 4d에서, 피드(446)는 디퍼렌셜 피드로서 도시되는데, 즉 그것은 디퍼렌셜 신호를 방사 컴포넌트에 공급하는 2개의 라인을 갖는다. 원하는 구성에 기초하여, 디퍼렌셜 피드(446)는 도 4a - 도4c에 도시된 바와 같은 단일 종단 피드로 대체될 수 있다. 유사하게, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 예들은 일부 예들에서도 디퍼렌셜 피드를 사용할 수 있다. 피드(446)는 전계 방사 컴포넌트(442) 및 자계 방사 컴포넌트(444) 둘 다에 직접 공급할 수 있다.
디퍼렌셜 피드(446)가 신호를 전계 방사 컴포넌트(442)에 공급할 때, 전계 방사 컴포넌트(442)는 신호의 적어도 일부를 방사할 수 있다. 전계 방사 컴포넌트(442)에 의해 방사된 신호는 자계 방사 컴포넌트(444)에 결합될 수 있다. 자계 방사 컴포넌트들(444)은 다음 차례로 신호를 재방사할 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 전계 방사 컴포넌트(442)는 수정된 직사각형 패치이다. 패치는 패치의 각각의 측면 상의 3개의 컷을 특징으로 한다. 패치 기능에서의 컷들은 패치의 대역폭을 증가시키는 것뿐만 아니라 일부 임피던스 매칭을 제공하기 위해서도 기능한다. 자계 방사 컴포넌트(444)는 전계 방사 컴포넌트(442)에 의해 방사된 신호에 결합되고 신호를 재방사하는 루프일 수 있다. 자계 방사 컴포넌트들(444)은 전체적으로 대역폭을 더 증가시킬 뿐만 아니라 방사 컴포넌트에 대한 일부 임피던스 매칭을 제공한다.
도파로 채널들, 도파로 채널들의 부분들, 도파로 채널들의 측면들, 파 지향 부재들 등의 다른 형상 및 치수도 가능하다는 것을 이해해야 한다. 일부 실시예에서, 공지된 또는 공지되지 않은 다른 방법들이 동등하거나 보다 큰 편리성으로 도파로 채널들을 제조하도록 구현될 수 있지만, 도파로 채널들의 직사각형 형상은 제조하기에 매우 편리할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 배치들은 단지 예시만을 위한 것임을 이해해야 한다. 이와 같이, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 배열들 및 다른 요소들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 기능들, 순서들 및 기능들의 그룹화 등)이 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 요소들은 함께 생략될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명되는 요소들 중 다수는 개별 또는 분산 컴포넌트들로서 또는 다른 컴포넌트들과 조합되어, 임의의 적합한 조합과 위치에서 구현될 수 있는 기능 엔티티들이다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에서 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명확할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태 및 실시예는 예시의 목적을 위한 것이고, 제한을 의도하지 않으며, 그 범위는 다음의 청구항에 의해 표시된다.

Claims (20)

  1. 전자기 에너지를 방사하기 위한 장치로서:
    전자기 신호를 전파하도록 구성된 회로 기판;
    상기 전자기 신호를 전파하도록 구성된 도파로;
    상기 회로 기판과 상기 도파로 사이에 상기 전자기 신호를 결합하도록 구성된 결합 포트 - 상기 회로 기판은 상기 결합 포트에 근접함 -; 및
    상기 회로 기판 상에 배치된 방사 구조체 - 상기 방사 구조체는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트를 포함하고, 상기 전계 결합 컴포넌트는 상기 회로 기판과 상기 결합 포트 사이에 전계를 결합하도록 구성되고, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 회로 기판과 상기 결합 포트 사이에 자계를 결합하도록 구성됨 - 를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트로부터 물리적으로 분리되는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트와 물리적 접촉 상태에 있는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 루프를 포함하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전계 결합 컴포넌트는 패치를 포함하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결합 포트는 양 방향 포트로서 구성된 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 도파로는 상기 도파로로부터 전자기 에너지를 방사하거나, 전자기 에너지를 상기 도파로 내로 결합하도록 구성된 하나 이상의 방사 구조체를 포함하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도파로는 제1 금속 층 및 제2 금속 층을 포함하고, 상기 회로 기판은 상기 제1 금속 층에 결합되는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 결합 포트는 상기 제1 금속 층에 위치되는 장치.
  10. 전자기 에너지를 방사하기 위한 방법으로서:
    회로 기판에 의해 전자기 에너지를 전도하는 단계 - 상기 회로 기판은 도파로의 결합 포트에 근접함 -;
    상기 회로 기판 상에 배치된 방사 구조체에 의해 상기 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사된 전자기 에너지로서 방사하는 단계 - 상기 방사 구조체는 전계 결합 컴포넌트 및 자계 결합 컴포넌트를 포함함 -; 및
    상기 결합 포트를 통해 상기 방사된 전자기 에너지의 적어도 일부를 상기 도파로 내로 결합하는 단계 - 상기 결합 포트를 통해 상기 방사된 전자기 에너지의 일부를 상기 도파로 내로 결합하는 단계는:
    상기 전계 결합 컴포넌트에 의해 상기 회로 기판으로부터의 전계를 상기 결합 포트 내로 결합하는 단계; 및
    상기 자계 결합 컴포넌트에 의해 상기 회로 기판으로부터의 자계를 상기 결합 포트 내로 결합하는 단계를 포함함 - 를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트로부터 물리적으로 분리되는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트와 물리적 접촉 상태에 있는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 루프를 포함하고, 상기 전계 결합 컴포넌트는 패치를 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 도파로는 제1 금속 층 및 제2 금속 층을 포함하고, 상기 회로 기판은 상기 제1 금속 층에 결합되는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 결합 포트는 상기 제1 금속 층에 위치되는 방법.
  16. 전자기 에너지를 방사하기 위한 방법으로서:
    도파로에 의해 전자기 에너지를 전파하는 단계;
    상기 도파로로부터의 상기 전자기 에너지의 적어도 일부를 수신된 전자기 에너지로서 결합 포트 내로 수신하는 단계; 및
    상기 결합 포트로부터의 상기 수신된 전자기 에너지의 적어도 일부를 회로 기판에 결합하는 단계 - 상기 결합 포트로부터의 상기 수신된 전자기 에너지의 일부를 상기 회로 기판에 결합하는 단계는:
    상기 회로 기판 상에 배치된 전계 결합 컴포넌트에 의해 상기 결합 포트로부터의 전계를 상기 회로 기판에 결합하는 단계; 및
    상기 회로 기판 상에 배치된 자계 결합 컴포넌트에 의해 상기 결합 포트로부터의 자계를 상기 회로 기판에 결합하는 단계를 포함함 - 를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트로부터 물리적으로 분리되는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 상기 전계 결합 컴포넌트와 물리적 접촉 상태에 있는 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 자계 결합 컴포넌트는 루프를 포함하고, 상기 전계 결합 컴포넌트는 패치를 포함하는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 도파로는 제1 금속 층 및 제2 금속 층을 포함하고, 상기 회로 기판은 상기 제1 금속 층에 결합되고, 상기 결합 포트는 상기 제1 금속 층에 위치되는 방법.
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