KR102660322B1 - 전자파의 도달 방향 결정 - Google Patents

전자파의 도달 방향 결정 Download PDF

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Abstract

도달 방향 결정을 위한 시스템은 파형 검출기 및 처리 회로를 포함한다. 파형 검출기는 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들을 포함한다. 처리 회로는 파형 검출기에 입사하는 전자파의 도달 방향을 결정하도록 구성된다. 도달 방향은 전자파에 반응하는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 그리고 전자파에 반응하는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 결정된다.

Description

전자파의 도달 방향 결정{DETERMINING DIRECTION OF ARRIVAL OF AN ELECTROMAGNETIC WAVE}
본 개시내용은 일반적으로 전자파의 도달 방향을 결정하기 위한 디바이스들, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 많은 기술들은 통신, 탐지 및 거리 측정, 공격 또는 방어 목적들 등을 위해 전자파들을 사용한다. 이러한 기술들 중 일부는 전자파의 도달 방향의 결정에 의존하거나 그에 의해 개선될 수 있다. 예를 들어, 일부 통신 시스템들은 송신된 전자파의 방향 제어를 제공하기 위해 또는 특정 방향으로부터의 전자파를 선택적으로 수신하기 위해 포물면 접시(parabolic dish)와 같은 지향성 안테나를 사용한다. 이러한 안테나들은 안테나의 (예를 들어, 좁은 범위의 도달 방향들에 대응하는) 포인팅 방향을 따라 전자파들을 집중시키도록 구성되기 때문에 이러한 안테나들은 "지향성"으로 지칭된다. 일부 지향성 안테나들은 지향성 안테나의 포인팅 방향을 변경하도록 재배치 가능하다. 이러한 재배치 가능한 지향성 안테나들은 전자파가 수신될 때 전자파의 도달 방향이 재배치 가능한 지향성 안테나의 포인팅 방향에 대응하기 때문에 전자파의 도달 방향을 추정하는 데 사용될 수 있다. 일례로, 포물면 접시를 사용하는 지향성 안테나의 경우, 포물면 접시 하나만으로도, 타깃 전자파의 파장의 1/4과 타깃 전자파의 1 파장 사이의 반경을 갖도록 일반적으로 크기가 정해진다. 또한, 수신기 또는 송신기가 포물면 접시의 초점에 위치되어 신호를 수신 또는 송신한다. 또한, 지향성 안테나가 재배치 가능하다면, 액추에이터, 짐벌들 또는 다른 포인팅 지원 장비가 포물면 접시에 결합될 수 있다. 따라서 재배치 가능한 지향성 안테나 시스템은 비교적 크고, 무겁고, 비쌀 수 있다.
지향성 안테나를 물리적으로 재배치하기보다는, 일부 시스템들은 고정식 또는 이동식일 수 있는 방사 엘리먼트들의 어레이를 사용하고, 빔 형성 기술들을 사용하여 어레이의 포인팅 방향을 전자적으로 제어한다. 그러한 시스템들에서, 각각의 방사 엘리먼트는 소형 안테나(예컨대, 도체)이며; 따라서 각각의 방사 엘리먼트는 자신이 전자파로부터 수신하는 일부 에너지를 재방사한다. 어레이의 방사 엘리먼트들로부터의 재방사는 어레이의 탐지 한계 또는 신호대 잡음비(SNR: signal to noise ratio) 또는 비선형성 신호 왜곡들을 제한할 수 있는 잡음 소스이다. 또한, 이러한 어레이들은 인접한 방사 엘리먼트들 사이의 간격이 타깃 전자파의 파장의 1/4보다 더 크도록 크기가 정해질 수 있다. 따라서 많은 방사 엘리먼트들을 갖는 어레이들은 비교적 크고 무거울 수 있다. 또한, 이러한 어레이들을 전자적으로 포인팅하는 데 사용되는 빔 형성 기술들은 계산상 복잡할 수 있으며, 방향성 제어를 제공하기 위해 각각의 방사 엘리먼트가 위상 시프터 및/또는 증폭기와 같은 지원 하드웨어를 가질 것을 필요로 할 수 있다.
이에 따라, 전자파들의 도달 방향을 결정하는 것이 많은 기술들에 중요하지만, 도달 방향을 결정하기 위해 이용 가능한 시스템들은 크고, 무겁고, 복잡하고 그리고/또는 비싼 경향이 있다.
특정 예에서, 도달 방향 결정을 위한 시스템은 파형 검출기 및 처리 회로를 포함한다. 파형 검출기는 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들을 포함한다. 처리 회로는 파형 검출기에 입사하는 전자파의 도달 방향을 결정하도록 구성된다. 도달 방향은 전자파에 반응하는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 그리고 전자파에 반응하는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 결정된다.
다른 특정 예에서, 파형 검출기는 제2 유전체 구조물의 임계 거리 내에 배치된 제1 유전체 구조물을 포함하는 제1 쌍의 유전체 구조물들을 포함한다. 파형 검출기는 또한 제4 유전체 구조물의 임계 거리 내에 배치된 제3 유전체 구조물을 포함하는 제2 쌍의 유전체 구조물들을 포함한다. 임계 거리는 제1 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들이 전자파의 도달 방향과 관련되게 하고, 제2 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들이 전자파의 도달 방향과 관련되게 하는 것이다.
다른 특정 예에서, 도달 방향 결정 방법은 파형 검출기의 제1 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들을 센서 시스템으로부터 프로세서에서 수신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 파형 검출기의 제2 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들을 센서 시스템으로부터 프로세서에서 수신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 전자파의 도달 방향을 프로세서에 의해 결정하는 단계를 포함한다.
설명한 특징들, 기능들 및 이점들은 다양한 예들에서는 독립적으로 달성될 수 있거나 또 다른 예들에서는 결합될 수 있는데, 이들의 추가 세부사항들은 다음 설명 및 도면들과 관련하여 확인될 수 있다.
도 1은 전자파의 도달 방향을 결정하기 위한 시스템의 특정 예를 예시하는 블록도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 시스템의 파형 검출기의 특정 구현의 다양한 시점들을 예시하는 도면들이다.
도 3은 도 1의 시스템의 파형 검출기의 특정 구현의 평면도를 예시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 특정 구현에 따른 파형 검출기 디바이스의 다양한 시점들을 예시하는 도면들이다.
도 5a 및 도 5b는 특정 구현에 따른 파형 검출기 디바이스의 다양한 시점들을 예시하는 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 제1 전자파에 반응하는 도 1의 시스템의 파형 검출기의 전력 레벨들을 예시하는 도면들이다.
도 6c는 도 6a 및 도 6b의 전력 레벨들을 제1 전자파의 도달 방향들에 매핑하는 매핑 데이터를 예시하는 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 제2 전자파에 반응하는 도 1의 시스템의 파형 검출기의 전력 레벨들을 예시하는 도면들이다.
도 7c는 도 7a 및 도 7b의 전력 레벨들을 제2 전자파의 도달 방향들에 매핑하는 매핑 데이터를 예시하는 도면이다.
도 8은 도 1의 시스템의 동작의 방법의 특정 예를 예시하는 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 다양한 용어는 특정 구현들을 설명하기 위한 목적으로만 사용되며, 구현들의 한정으로 의도되는 것은 아니다. 예를 들어, 단수 형태들은 맥락이 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태들도 포함하는 것으로 의도된다. "포함한다", "포함하는"("comprise", "comprises," "comprising")이라는 용어들은 "포함한다", "포함하는"("include," "includes," "including")과 상호 교환 가능하게 사용될 수 있다고 추가로 이해될 수 있다. 추가로, "여기서(wherein)"라는 용어는 "이 점에서(where)"와 교환 가능하게 사용될 수 있다고 이해될 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "예시적인"은 일례, 구현 및/또는 양상을 나타낼 수 있으며, 선호도 또는 바람직한 구현을 나타내는 것으로서 또는 한정으로서 해석되지는 않아야 한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 구조물, 컴포넌트, 동작 등과 같은 엘리먼트를 수정하는 데 사용되는 서수 용어(예컨대, "제1," "제2," "제3" 등)는 그것만으로 다른 엘리먼트에 대한 엘리먼트의 임의의 우선순위 또는 순서를 나타내는 것이 아니라, 그보다는 단지 (서수 용어의 사용을 제외하면) 동일한 명칭을 가진 다른 엘리먼트와 그 엘리먼트를 구별한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "세트"라는 용어는 특정 엘리먼트의 하나 이상을 의미하며, "복수"라는 용어는 특정 엘리먼트의 다수(예컨대, 2개 또는 그 이상)을 의미한다.
본 명세서에서 개시되는 특정 예들은 결합된 유전체 구조물들의 다수의 쌍들을 포함하는 파형 검출기를 포함한다. 이와 관련하여, "결합"은 직접 접촉하지 않고 에너지를 전달하는 것을 의미한다. 이러한 의미에서의 결합은 또한 본 명세서에서 "전자기 결합"으로도 지칭되는데, 여기서 이러한 용어는 물리적 의미에서의 "결합"(예컨대, 직접적인 또는 간접적인 물리적 접촉)과의 혼동을 피할 수 있다. 파형 검출기의 한 쌍의 유전체 구조물들은, 그 쌍의 제1 유전체 구조물이 그 쌍의 제2 유전체 구조물과 상호 작용하여 제1 유전체 구조물로부터 제2 유전체 구조물로 에너지를 전달하는, 전자파에 반응하는 필드를 생성한다면, "결합"(예컨대, 전자기적으로 결합)된다고 한다. 2개의 유전체 구조물들이 결합되는지 여부는 유전체 구조물들의 상대적인 위치들, 기하학적 구조들 및 재료 특성들에 좌우된다. 결합된 한 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 에너지가 유도되는 전자파의 도달 방향을 포함하는 많은 인자들에 좌우된다.
전자파의 도달 방향이 결합된 쌍의 각각의 유전체 구조물의 상대적인 전력 레벨에 영향을 주지만, 단일 쌍의 결합된 유전체 구조물들의 상대적 전력 레벨들은 단위 구의 제1 원호 또는 대원(great circle)을 따라 놓여 있는 전자파의 도달 방향을 결정하기에 충분한 정보만을 제공한다. 결합된 제2 쌍의 유전체 구조물들이 파형 검출기에 추가되어 단위 구의 제2 원호 또는 대원을 따라 도달 방향의 결정을 가능하게 할 수 있다. 제1 원호 또는 대원과 제2 원호 또는 대원의 교차점은 전자파의 도달 방향에 대응한다. 따라서 두 쌍들의 유전체 구조물들의 사용은 (3차원 데카르트 좌표계에서 단위 벡터로 변환될 수 있는) 2개의 구면 치수들로 도달 방향의 결정을 가능하게 한다. 이에 따라, 특정 구현에서, 파형 검출기는 유전체 구조물들의 2개의 쌍들을 포함한다. 이러한 구현들에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들은 제1 유전체 구조물 및 제1 유전체 구조물의 결합 거리 내에 배치된 제2 유전체 구조물을 포함한다. 제2 쌍의 유전체 구조물들은 제3 유전체 구조물 및 제3 유전체 구조물의 결합 거리 내에 배치된 제4 유전체 구조물을 포함한다. 이러한 구현들에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 가능한 도달 방향들의 제1 세트(예컨대, 방위각들의 세트 및 편각들의 세트)를 나타내고, 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 가능한 도달 방향들의 제2 세트(예컨대, 방위각들의 세트 및 편각들의 세트)를 나타낸다. 가능한 도달 방향들의 제1 세트가 가능한 도달 방향들의 제2 세트와 교차하는 특정 방위각 및 편각은 전자파의 도달 방향에 대응한다.
일부 구현들에서, 파형 검출기는 유전체 구조물들의 쌍들이 유전체 기판에 내장되는 "모든 유전체 파형 검출기"이다. 이러한 구현들에서, 모든 유전체 파형 검출기는 임의의 전도성 컴포넌트들을 포함하지 않으며, 따라서 전자파의 재방사가 발생하지 않는다. 전자파의 재방사는 잡음, 비선형 신호 왜곡들 또는 간섭의 중요한 소스가 될 수 있다. 유전체 구조물들을 사용함으로써, 파형 검출기는 종래의 안테나들에 비해 개선된 신호대 잡음 특성을 갖는다. 또한, 파형 검출기는 타깃 전자기 파형의 파장보다 상당히 더 작을 수 있다. 예를 들어, 약 1미터의 파장을 갖는 전자파를 검출하도록 크기가 정해진 파형 검출기는 스트론튬 티타네이트(SrTiO3) 결정 막대(crystal rod)들을 포함하는 원통형 유전체 구조물들의 쌍들을 사용할 수 있으며, 여기서 각각의 막대는 약 1.00인치(0.0254미터)의 지름 및 약 4.00인치(0.102미터)의 길이를 갖는다. 이 예에서, 막대들의 결합된 쌍은 서로 약 4.00인치(0.102미터) 미만으로, 이를테면 중심에서 중심까지 약 3.5인치(0.089미터) 떨어져 위치될 수 있다.
도 1은 전자파의 도달 방향을 결정하기 위한 시스템(100)의 특정 예를 예시하는 블록도이다. 시스템(100)은 파형 검출기(102) 및 파형 검출기(102)와 관련된 검출 회로(120)를 포함한다. 도 1에 예시된 특정 구현들에서, 시스템(100)은 또한 검출 회로(120)에 통신 가능하게 결합된 컴퓨팅 디바이스(150)를 포함한다. 이 구현에서, 컴퓨팅 디바이스(150)는 처리 회로(152)(예컨대, 프로세서) 및 메모리(154)를 포함한다. 다른 구현들에서, 처리 회로(152)는 주문형 집적 회로 또는 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이와 같은 특수 목적 회로를 포함하거나 그에 대응한다. 처리 회로(152)는 아래에서 더 설명되는 바와 같이 파형 검출기(102)에 입사하는 전자파(104)의 도달 방향을 결정하도록 구성된다.
파형 검출기(102)는 유전체 기판(106)에 적어도 부분적으로 내장된 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들 및 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들을 포함한다. 도 1에서, 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들은 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)을 포함한다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)은 파형(예컨대, 전자파(104))으로부터 유도된 에너지를 전자기 결합을 통해 서로 교환하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)은 서로로부터 임계 거리 내에 배치되는데, 여기서 임계 거리는 전자파(104)에 대한 결합 거리에 대응한다. 제2 유전체 구조물(114)은 또한 제1 유전체 구조물(112)과 실질적으로 위상 정합될 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 유전체 구조물들은, 각각에서 전자파가 동일한 속도로 이동한다면, 또는 유전체 구조물들 중 하나의 유전체 구조물의 유효 굴절률이 다른 유전체 구조물들의 유효 굴절률과 동일하다면, "위상 정합"된다.
제2 쌍(110)의 유전체 구조물들은 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)을 포함한다. 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)은 전자파(104)로부터 유도된 에너지를 전자기 결합을 통해 서로 교환하도록 구성된다. 예를 들어, 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)은 서로로부터 임계 거리(예컨대, 전자파(104)에 대한 결합 거리) 내에 배치된다. 제4 유전체 구조물(118)은 또한 제3 유전체 구조물(116)과 실질적으로 위상 정합될 수 있다.
제1 쌍(108)의 유전체 구조물들 및 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들은 쌍들(108, 110) 사이의 전자기 결합을 제한 또는 제거하도록 구성된다. 특정 구현에서, 쌍들(108, 110) 사이의 전자기 결합은 쌍들(108, 110) 사이의 거리를 기초로 제한된다. 이러한 구현들에서, 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들은 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들로부터 충분히 떨어져서, 전자기 결합을 통해 유전체 구조물들의 쌍들(108, 110) 사이에서 검출 가능한 에너지가 거의 또는 전혀 교환되지 않는다. 예를 들어, 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)은 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118) 각각으로부터의 임계 거리보다 더 멀리 각각 배치된다. 따라서 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들은 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들에 전자기적으로 결합되지 않는다. 다른 구현들에서, 쌍들(108, 110) 사이의 전자기 결합은 도 3을 참조하여 추가 설명되는 바와 같이, 유전체 구조물들의 결합 특성들에 기초하여 제한된다.
제1 유전체 구조물(112)은 제1 축을 따라 제2 유전체 구조물(114)과 정렬되고, 제3 유전체 구조물(116)은 제1 축과 평행하지 않은 제2 축을 따라 정렬된 제4 유전체 구조물(118)과 정렬된다. 유전체 구조물들(112-118) 각각은 유전체 구조물들의 쌍들 사이의 전자기 결합이 발생하는 방향으로 연장하는 장축(major axis)을 갖는다. 예시하자면, 일부 구현들에서, 각각의 유전체 구조물(112-118)은 원통 형상의 하나의 원형면의 중심으로부터 원통 형상의 다른 원형면의 중심까지 연장하는 장축을 갖는 원통(또는 막대) 형상을 갖는다. 이러한 구현들에서, 제1 유전체 구조물(112)의 장축은 제2 유전체 구조물(114)의 장축과 (예컨대, 제조 허용 오차들 내에서) 실질적으로 평행하고, 제3 유전체 구조물(116)의 장축은 제4 유전체 구조물(118)의 장축과 (예컨대, 제조 허용 오차들 내에서) 실질적으로 평행하다. 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114)이 정렬되는 제1 축은 제1 유전체 구조물(112)의 장축 및 제2 유전체 구조물(114)의 장축을 통해 그려진 라인에 대응한다. 마찬가지로, 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118)이 정렬되는 제2 축은 제3 유전체 구조물(116)의 장축 및 제4 유전체 구조물(118)의 장축을 통해 그려진 라인에 대응한다. 제1 축을 제2 축에 평행하지 않게 배열하는 것은 도 6 및 도 7을 참조하여 추가 설명되는 바와 같이, 구면 좌표계의 2개의 차원들로 전자파(104)의 도달 방향을 결정할 수 있게 한다.
전자기 결합을 향상시키기 위해, 제1 유전체 구조물(112)은 크기, 형상 및 재료 특성들에 면에서 제2 유전체 구조물(114)과 (예컨대, 제조 허용 오차들 내에서) 실질적으로 동일하다. 예시하자면, 제1 유전체 구조물(112)은 제1 크기 및 제1 형상을 갖고, 제2 유전체 구조물(114)은 제2 크기 및 제2 형상을 가지며, 여기서 제1 크기는 제2 크기와 실질적으로 동일하고, 제1 형상은 제2 형상과 기하학적으로 유사하다. 마찬가지로, 전자기 결합을 향상시키기 위해, 제3 유전체 구조물(116)은 크기, 형상 및 재료 특성들에 면에서 제4 유전체 구조물(118)과 (예컨대, 제조 허용 오차들 내에서) 실질적으로 동일하다. 예시하자면, 제3 유전체 구조물(116)은 제3 크기 및 제3 형상을 갖고, 제4 유전체 구조물(118)은 제4 크기 및 제4 형상을 가지며, 여기서 제3 크기는 제4 크기와 실질적으로 동일하고, 제3 형상은 제4 형상과 기하학적으로 유사하다. 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)은 제조의 편의상 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)과 실질적으로 동일할 수 있지만; 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)은 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)과 전자기 결합을 통해 에너지를 교환하지 않기 때문에, 이러한 유사성은 파형 검출기(102)가 적절하고 효율적으로 기능하기 위해 필요하지는 않다.
전자기 포획, 가이딩 및 결합은 유전체 기판(106) 및 유전체 구조물들(112-118)의 특성들의 차이들에 영향을 받는다. 전자기 결합을 향상시키기 위해, 유전체 구조물들(112-118) 각각은 유전체 기판(106)의 비유전율(relative permittivity)보다 더 큰 비유전율을 갖는다. 또한, 전자기 결합을 향상시키기 위해, 유전체 구조물들(112-118) 각각은 유전체 기판(106)의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는다. 예를 들어, 특정 구현에서, 유전체 구조물들(112-118)은 높은 비유전율 및 높은 굴절률을 갖는 재료, 이를테면 스트론튬 티타네이트(SrTiO3) 결정들을 포함하고, 유전체 기판(106)은 더 낮은 비유전율 및 더 낮은 굴절률을 갖는 재료, 이를테면 중합체, 유리 또는 실리콘을 포함한다.
제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114)의 배열 및 특성들로 인해, 전자파(104)가 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들과 상호 작용할 때, 전자파(104)의 에너지는 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114)에 의해 집중되고 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114) 사이에서 결합된다. 마찬가지로, 전자파(104)가 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들과 상호 작용할 때, 전자파(104)의 에너지는 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118)에 의해 집중되고 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118) 사이에서 결합된다. 유전체 구조물들의 각각의 쌍(108, 110) 사이의 전자기 결합은 전자파(104)의 도달 방향의 함수이다(예컨대, 그에 좌우된다). 예를 들어, 전자파(104)가 평면파이고 전자파(104)의 도달 방향은 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 바로 위에서부터라면, 전자파(104)는 동시에(그리고 동일한 위상으로) 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114) 모두에 충돌하고, 전자기 결합은 균형이 이루어진다. 그러나 전자파(104)가 평면파이고, 전자파(104)의 도달 방향이 전자파(104)가 다른 유전체 구조물 이전에(그리고 다른 위상으로) 제1 유전체 구조물(112) 또는 제2 유전체 구조물(114) 중 하나에 충돌하는 각도라면, 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들 내의 전자기 결합은 제1 유전체 구조물(112) 또는 제2 유전체 구조물(114) 중 어느 하나에 유리하도록 불균형하게 될 것이다. 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들(예컨대, 전력 레벨들의 비)은 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들 내에서 전자기 결합이 얼마나 불균형한지를 나타낸다. 따라서 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 각각의 유전체 구조물(112, 114) 내의 전력 레벨들이 (직접적으로 또는 간접적으로) 측정되어 전자파(104)의 가능한 도달 방향들을 결정할 수 있다.
제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 결정된 각각의 가능한 도달 방향은 특정 2차원(2D: two-dimensional) 평면 내의 도달 방향에 대응한다. 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들(예컨대, 전력 레벨들의 비)이 측정되어 제2 2D 평면에서 전자파(104)의 도달 가능한 방향들을 결정할 수 있다. 2개의 평행하지 않은 2D 평면들에서 도달 방향을 측정함으로써, 3차원(3D: three-dimensional) 도달 방향은 2개의 2D 도달 방향들이 일치하는 교차점에 기초하여 결정될 수 있다.
도 1에 예시된 구현에서, 검출 회로(120)는 센서 시스템(130)을 포함한다. 도 4a 및 도 4b에 예시된 구현과 같은 다른 구현들에서, 센서 시스템(130)의 센서들은 파형 검출기(102)의 일부이며, 유전체 구조물들(112-118)과 직접 물리적으로 그리고 전기적으로 접촉한다. 센서 시스템(130)은 전자파(104)에 반응하는 유전체 구조물들(112-118)의 전력 레벨들(122-128)을 측정 또는 추정하도록 구성된 복수의 센서들(132-138)을 포함한다. 도 1에서, 센서 시스템(130)은 제1 센서(132), 제2 센서(134), 제3 센서(136) 및 제4 센서(138)를 포함한다. 제1 센서(132)는 제1 유전체 구조물(112)에서 전자파(104)에 반응하여 제1 전력 레벨(122)을 나타내는 제1 신호(142)를 발생시키도록 구성된다. 제2 센서(134)는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 제2 유전체 구조물(114)에서 전자파(104)에 반응하여 제2 전력 레벨(124)을 나타내는 제2 신호(144)를 발생시키도록 구성된다. 제3 센서(136)는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 제3 유전체 구조물(116)에서 전자파(104)에 반응하여 제3 전력 레벨(126)을 나타내는 제3 신호(146)를 발생시키도록 구성된다. 제4 센서(138)는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 제4 유전체 구조물(118)에서 전자파(104)에 반응하여 제4 전력 레벨(128)을 나타내는 제4 신호(148)를 발생시키도록 구성된다.
도 1은 유전체 구조물당 하나의 센서를 예시하지만, 일부 구현들에서는 한 쌍의 유전체 구조물들에 대해 단일 센서가 사용될 수 있다. 도달 방향 결정은 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들 및 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하기 때문에, 유전체 구조물들의 각각의 쌍에 대한 단일 센서는 각각의 유전체 구조물의 전력 레벨 각각을 개별적으로 감지하기보다는 그 쌍의 상대적인 전력 레벨을 감지할 수 있다. 따라서 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 (예컨대, 제1 신호(142)와 제2 신호(144)에 기초한 비율로서) 계산될 수 있거나, 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 측정될 수 있다.
센서들(132-138)은 접촉 센서들 또는 비접촉 센서들을 포함할 수 있다. 접촉 센서는 대응하는 유전체 구조물에 접속된다(예컨대, 직접 물리적으로 접속되거나 전도성 부재를 통해 전기적으로 접속된다). 예를 들어, 전도성 부재는 유전체 구조물의 전력을 전기 신호로 변환할 수 있는데, 이 신호는 센서에 의해 측정되어 유전체 구조물의 전력 레벨을 결정한다. 비접촉 센서는 비접촉 측정 기술을 사용하여 대응하는 유전체 구조물의 변화를 측정하는데, 여기서 이 변화는 유전체 구조물의 전력 레벨을 나타내거나 그와 상관된다. 전력 레벨을 나타내기 위해 검출될 수 있는 변화들의 예들은 온도 변화, 치수 변화(예컨대, 길이의 변화), 진동, 또는 광학 특성(예컨대, 굴절률, 색상 등)의 변화를 포함한다. 또 다른 예에서, 유전체 구조물의 전력 레벨은 다른 컴포넌트(예컨대, 유전체 구조물에 결합된 표시자)의 변화를 야기할 수 있다. 이 예에서, 센서는 다른 컴포넌트의 변화를 측정할 수 있는데, 여기서 이 변화는 유전체 구조물의 전력 레벨을 나타내거나 그와 상관된다.
도 1에 예시된 구현에서, 센서들(132-138)은 전력 레벨들(122-128)을 나타내는 신호들(142-148)을 컴퓨팅 디바이스(150)에 제공한다. 이 구현에서, 컴퓨팅 디바이스(150)의 처리 회로(152)는 신호들(142-148)에 기초하여 전자파(104)의 도달 방향을 결정한다. 예를 들어, 처리 회로(152)는 제1 신호(142) 및 제2 신호(144)에 기초하여 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 결정한다. 처리 회로(152)는 또한 제3 신호(146) 및 제4 신호(148)에 기초하여 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 결정한다. 대안으로, 센서 시스템(130)은 쌍(108, 110)마다 하나의 신호를 처리 회로(152)에 제공할 수 있는데, 특정 쌍의 유전체 구조물들에 대한 신호는 특정 쌍의 상대적인 전력 레벨들을 나타낸다. 예시하자면, 센서 시스템(130)은 (예컨대, 제1 신호(142) 및 제2 신호(144)를 제공하기보다는) 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나의 신호를 제공할 수 있고, (예컨대, 제3 신호(146) 및 제4 신호(148)를 제공하기보다는) 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 다른 신호를 제공할 수 있다.
일부 구현들에서, 처리 회로(152)는 경험적으로 유도된 공식을 사용하여 상대적인 전력 레벨들을 기초로 도달 방향을 계산한다. 예를 들어, 도 2a를 참조하여 설명되는 바와 같은 치수들을 갖는 특정 파형 검출기(102)에 대해, 도달 방향은 다음 식을 사용하여 계산될 수 있으며:
여기서 P2n-1/P2n은 결합된 쌍의 유전체 구조물들 간의 전력비인데, 결합된 제1 쌍의 유전체 구조물들에 대해 n = 1이고 결합된 제2 쌍의 유전체 구조물들에 대해 n = 2이며, φ는 방위각이고 θ는 편각이다.
경험적으로 유도된 공식은 알려진 도달 방향들로부터의 다수의 전자파들을 사용하여 시스템(100)을 교정함으로써 결정될 수 있다. 대안으로, 도 1에 예시된 예에서와 같이, 처리 회로(152)는 매핑 데이터(156)를 저장하는 메모리(154)에 결합될 수 있다. 이 예에서, 매핑 데이터(156)는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값들(또는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들과 상관되거나 이들을 나타내는 측정값들)을 제1 도래각(angle of arrival)들에 매핑하는 제1 매핑 데이터를 포함한다. 매핑 데이터(156)는 또한, 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값들(예컨대, 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들과 상관되거나 이들을 나타내는 측정값들)을 제2 도래각들에 매핑하는 제2 매핑 데이터를 포함한다. 이 예에서, 처리 회로(152)는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명되는 바와 같이, 제1 매핑 데이터 및 제2 매핑 데이터에 기초하여 도달 방향 데이터(158)를 결정한다.
전자파(104)의 도달 방향을 결정한 후, 처리 회로(152) 또는 컴퓨팅 디바이스(150)는 도달 방향을 나타내는 도달 방향(DOA: direction of arrival) 데이터(158)를 생성하고, 응답 시스템(160)에 DOA 데이터(158)를 전송한다. 응답 시스템(160)은 전자파(104)의 도달 방향에 기초하여 응답 동작을 개시하도록 구성된다. 응답 동작들의 예들은 (예컨대, 전자파(104)의 도달 방향을 나타내는 아이콘을 디스플레이하는) 통보를 생성하는 것 또는 디바이스(예컨대, 안테나 또는 무기 시스템)가 도달 방향을 향하게 하는 조종 명령을 생성하는 것을 포함하지만, 이에 한정된 것은 아니다. 일부 구현들에서, DOA 데이터(158)에 기초하여 생성된 조종 명령은 파형 검출기(102)가 재배치되게 할 수 있다. 예를 들어, 파형 검출기(102)는 전자파(104)가 파형 검출기에 다른 각도로 충돌하게 하도록 피벗되어, 도달 방향을 확인할 제2 세트의 측정들을 수행하는 것을 가능하게 할 수 있다.
파형 검출기(102)는 파형 검출기(102)의 수용 콘(170)을 한정하는 방위각들의 범위 및 편각들의 범위로부터 전자파들의 도달 방향을 측정하는 데 사용될 수 있다. 수용 콘(170)이 제한되기 때문에, 시스템(100)은 제2 파형 검출기(162)와 같은 하나 또는 그보다 많은 추가 파형 검출기들, 및 하나 또는 그보다 많은 추가 파형 검출기들을 지원하기 위한 검출 회로(166)를 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 예에서, 제2 파형 검출기(162)는 파형 검출기(102)와는 다른 수용 콘(172)을 갖는다. 따라서 파형 검출기(102)는 (예컨대, 수용 콘(170)에 대응하는) 제1 극 범위 및 제1 방위각 범위 내에서 전자파들의 도달 방향을 결정하는 데 사용될 수 있고, 제2 파형 검출기(162)는 (예컨대, 수용 콘(172)에 대응하는) 제2 극 범위 및 제2 방위각 범위 내에서 전자파들(예컨대, 전자파(164))의 도달 방향을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 제1 극 범위는 제2 극 범위와 상이하고, 제1 방위각 범위는 제2 방위각 범위와 상이하다. 도 1은 2개의 파형 검출기들(102, 162)을 예시하지만, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b에 예시된 구현들과 같은 다른 구현들에서는, 시스템(100)이 2개보다 많은 파형 검출기들을 포함한다. 이러한 구현들에서, 2개 또는 그보다 많은 인접한 파형 검출기들의 수용 콘은 특정 각도 범위(예컨대, 180도, 360도 또는 다른 어떤 다른 타깃 각도 범위)에 걸쳐 연속 시야(예컨대, 집합 수용 콘)를 제공하도록 부분적으로 중첩할 수 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 도 1의 시스템의 파형 검출기(102)의 특정 구현의 다양한 시점들을 예시하는 도면들이다. 도 2a는 파형 검출기(102) 및 전자파(104)의 특정 구현의 사시도를 예시한다. 도 2b는 도 2a의 파형 검출기(102)의 특정 구현의 평면도를 도시한다. 도 2c는 도 2a의 파형 검출기(102)의 특정 구현의 단면도를 도시하며, 그 단면은 도 2a에 도시된 라인(210)을 따른다.
도 2a에서, 전자파(104)는 벡터(202)로 표시된 도달 방향을 갖는 평면파로서 예시된다. 벡터(202)는 방위각 방향(φ, phi)(206)의 컴포넌트 및 극 방향(θ, theta)(204)의 컴포넌트를 갖는 것으로 구면 좌표들로 표현될 수 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c에서, 파형 검출기(102)는 결합된 쌍(예컨대, 제1 쌍(108))의 유전체 구조물들로서 배열된 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)을 포함한다. 파형 검출기(102)는 또한 결합된 쌍(예컨대, 제2 쌍(110))의 유전체 구조물들로서 배열된 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)을 포함한다. 유전체 구조물들(112-118) 각각은, 각각의 유전체 구조물(112-118)의 일부분이 유전체 기판(106)의 외부로 연장하도록 유전체 기판(106) 내에 내장된다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c에 예시된 구현에서, 파형 검출기(102)는 또한 에너지 흡수층(250)을 포함한다. 에너지 흡수층(250)은 타깃 파장 내의 전자기 방사를 흡수하도록 구성된다. 이 구현에서, 전자파(104)와 유전체 구조물들(112-118)의 상호 작용은 전자파(104)의 도달 방향의 결정에 간섭을 일으킬 수 있는 약간의 회절을 발생시킬 수 있다. 에너지 흡수층(250)은 전자파(104)의 회절된 부분을 흡수하여 회절 간섭을 감소시킨다. 이 구현에서, 각각의 유전체 구조물(112-118)은 에너지 흡수층(250)의 개구를 통해 연장한다. 개구들은 회절을 제한하도록 전자파(104)의 타깃 파장에 기초하여 그리고 파형 검출기(102)를 형성하는 데 사용된 특정 재료들에 기초하여 경험적으로(예컨대, 시험 또는 시뮬레이션에 기초하여) 크기가 정해질 수 있다.
파형 검출기(102)의 몇몇 치수들(D1-D7)은 도 2a 및 도 2b에 표기되어 있다. 치수들(D1, D2, D3)은 파형 검출기(102)의 길이(D1), 폭(D2) 및 두께(D3)에 대응한다. 치수들(D1, D2, D3) 각각은 전자파(104)의 파장보다 더 작다. 예시하자면, 타깃 전자파의 파장이 약 1.0미터인 특정 구현의 경우, 치수(D1)는 약 0.41미터보다 작거나 같을 수 있고, 치수(D2)는 약 0.23미터보다 작거나 같을 수 있으며, 치수(D3)는 약 0.10미터보다 작거나 같을 수 있다.
제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118) 사이의 거리는 치수(D4)로 표기되고, 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114) 사이의 거리는 치수(D5)로 표기되어 있다. 치수들(D4, D5)은 동일할 수 있고, 또는 이들은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 유전체 구조물들(112-118) 각각이 다른 유전체 구조물들(112-118)과 실질적으로 동일하다면, 치수들(D4, D5)은 동일할 수 있다. 다른 예로서, 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)이 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)과 실질적으로 동일하지 않다면, 치수(D4)는 치수(D5)와 다를 수 있다. 치수(D4)는 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118) 사이의 검출 가능한 전자기 결합을 가능하게 하기에 충분히 작으며, 치수(D5)는 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114) 사이의 (도 2c에서 필드(230)로 예시된) 검출 가능한 전자기 결합을 가능하게 하기에 충분히 작다.
도 2b에 표기된 바와 같이, 치수(D6)는 쌍을 이루지 않는 2개의 유전체 구조물들(예컨대, 이 구현에서는 제2 유전체 구조물(114)과 제3 유전체 구조물(116)) 사이의 가장 가까운 거리에 대응한다. 치수(D6)는 제2 유전체 구조물(114)과 제3 유전체 구조물(116) 사이에서 검출 가능한 전자기 결합이 거의 또는 전혀 발생하지 않을 정도로 충분히 크다(예컨대, 결합 거리보다 더 크다). 두 유전체 구조물들 사이에 전자기 결합이 얼마나 발생하는지는 유전체 구조물들 사이의 거리, 유전체 구조물들의 재료 특성들, 유전체 구조물들의 기하학적 구조 및 다른 인자들에 좌우된다. 이에 따라, (치수들(D4, D5, D6)에 대응하는) 유전체 구조물들의 간격 및 (도 2c에 표기된 치수(D3) + 치수(D7)에 대응하는) 유전체 구조물들의 길이는 재료들, 크기 제약들 및 타깃 전자파 파장들의 특정 조합들에 대해 경험적으로(예컨대, 시험 또는 시뮬레이션에 의해) 결정될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에서, 제1 라인(210)은 제1 유전체 구조물(112)의 중심을 통과하고 제2 유전체 구조물(114)의 중심을 통과하여 연장하는 것으로 도시된다. 제1 라인(210)은 제1 라인(210)에 대응하는 제1 축을 따라 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114)의 정렬을 예시한다. 추가로, 제2 라인(212)은 제3 유전체 구조물(116)의 중심을 통과하고 제4 유전체 구조물(118)의 중심을 통과하여 연장한다. 제2 라인(212)은 제2 라인(212)에 대응하는 제2 축을 따라 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118)의 정렬을 예시한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 라인(210)은 제2 라인(212)에 평행하지 않다. 일부 구현들에서, 제1 라인(210)은 제2 라인(212)과 직각으로 교차한다. 도 6a - 도 6c 및 도 7a - 도 7c를 참조하여 추가 설명되는 바와 같이, 평행하지 않은 축들을 따라 유전체 구조물들의 쌍들을 정렬하는 것은 2개의 구면 치수들로 전자파(104)의 도달 방향의 검출을 가능하게 한다.
도 3은 도 1의 시스템의 파형 검출기(102)의 다른 특정 구현의 평면도를 예시하는 도면이다. 도 3에 예시된 구현은 유전체 구조물들(112-118)이 다르게 배열된다는 점을 제외하면 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 예시된 구현과 동일하다. 예를 들어, 도 2a, 도 2b 및 도 2c에서, 유전체 구조물들(112-118)은 대략 "L"자 형상으로 배열되어, 라인들(210, 212)의 교차점이 유전체 구조물들(112-118)로부터 떨어져 있다. 대조적으로, 도 3에서, 유전체 구조물들(112-118)은 대략 "X"자 형상으로 배열되어, 라인들(210, 212)의 교차점이 유전체 구조물들(112-118) 사이에 있다. 도 3에 예시된 배열은 도 2a, 도 2b 및 도 2c에 예시된 파형 검출기(102)의 구현에 비해 파형 검출기(102)의 크기를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 치수들(D1, D2)은 도 2a의 치수들(D1, D2)보다 더 작을 수 있다.
도 3에 예시된 X자 형상으로 유전체 구조물들(112-118)을 배열한 결과, 쌍을 이루지 않는 2개의 유전체 구조물들(예컨대, 제1 유전체 구조물(112)과 제4 유전체 구조물(118)) 사이의 거리에 대응하는 치수(D6)는 치수(D4) 또는 치수(D5)보다 더 작다. 이에 따라, 쌍을 이루지 않는 유전체 구조물들은 이들 사이의 전자기 결합을 제한하도록 형성된다. 예를 들어, 제1 유전체 구조물(112)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조는 제4 유전체 구조물(118)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조와 충분히 다를 수 있어, 제1 유전체 구조물(112)과 제4 유전체 구조물(118) 사이에 검출 가능한 전자기 결합이 거의 또는 전혀 발생하지 않는다. 반대로, 제1 유전체 구조물(112)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조는 제2 유전체 구조물(114)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조와 실질적으로 동일할 수 있어, 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114) 사이에 검출 가능한 전자기 결합이 발생한다. 마찬가지로, 제3 유전체 구조물(116)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조는 제4 유전체 구조물(118)의 재료들, 재료 특성들 및/또는 기하학적 구조와 실질적으로 동일할 수 있어, 제3 유전체 구조물(116)과 제4 유전체 구조물(118) 사이에 검출 가능한 전자기 결합이 발생한다.
도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b는 도 1의 시스템(100)의 파형 검출기들의 다각도 구현들의 다양한 시점들을 예시한다. 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b 각각에서, 파형 검출기(102)는 다른 파형 검출기들에 결합되거나 이들과 조립되어, 단일 파형 검출기가 도달할 수 있는 것보다 더 넓은 범위의 도달 방향들에 걸쳐 전자파들을 검출할 수 있는 검출기 디바이스를 형성한다.
도 4a는 검출기 디바이스(400)의 사시도를 예시하고, 도 4b는 검출기 디바이스(400)의 측면도를 예시한다. 도 4a 및 도 4b에서는, 다수의 파형 검출기들(102, 402, 404)이 3차원(3D) 객체의 외부(또는 볼록) 면들 상에 배열된다. 도 4a 및 도 4b에 예시된 구현에서, 3D 객체는 입방체이지만; 다른 구현들에서, 파형 검출기들(102, 402, 404)은 사면체, 피라미드, 팔면체, 12면체, 20면체, 구형, 원통형 등과 같은 다른 3D 객체들의 면들 또는 표면들 상에 배열될 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 파형 검출기들(102, 402, 404) 각각은 유전체 구조물들의 적어도 2개의 쌍들을 포함한다. 예를 들어, 파형 검출기(402)는 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(412, 414) 및 다른 결합된 쌍으로 배열된 유전체 구조물들(416, 418)을 포함한다. 추가로, 파형 검출기(404)는 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(422, 424) 및 다른 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(426, 428)을 포함한다. 특정 구현에서, 파형 검출기(402) 및 파형 검출기(404)는 각각 파형 검출기(102)의 사본(예컨대, 추가 인스턴스들)이다. 따라서 파형 검출기들(402, 404)은 파형 검출기(102)와 동일한 특성들 및 구조를 갖고, 3D 객체의 다른 면 상의 위치들에 있는 결과로 파형 검출기(102)와는 다른 수용 콘들(그리고 서로 다른 수용 콘들)을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 3D 객체의 면들 상에 배열된 3개의 파형 검출기들(102, 402, 404)을 예시하지만, 다른 구현들에서, 검출기 디바이스(400)는 3개보다 더 많은 파형 검출기들 또는 3개 미만의 파형 검출기들을 포함한다. 예를 들어, 검출기 디바이스(400)는 3D 객체의 대향 또는 인접 면들 상에 2개의 파형 검출기들을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 검출기 디바이스(400)는 3D 객체의 각각의 면 상에 파형 검출기를 포함할 수 있다. 3D 객체가 면들을 포함하지 않는다면(예컨대, 3D 객체가 구형이라면), 2개 또는 그보다 많은 파형 검출기들이 서로 다른 법선 방향들을 갖는, 3D 객체의 표면의 부분들 상에 배열된다. 또한, 일부 구현들에서는, 하나보다 많은 파형 검출기가 단일 면 또는 표면 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 단일 면 또는 표면은 제1 파장 범위 내의 전자파들을 검출하도록 구성된 제1 파형 검출기 및 제2 파장 범위 내의 전자파들을 검출하도록 구성된 제2 파형 검출기를 포함할 수 있으며, 여기서 제1 파장 범위는 제2 파장 범위와 다르다(예컨대, 부분적으로만 겹치거나 겹치지 않는다).
도 4b에 예시된 구현에서, 센서들(432)은 검출기 디바이스(400)의 본체 내의 유전체 구조물들(412-418)에 결합되고, 센서들(430)은 검출기 디바이스(400)의 본체 내의 유전체 구조물들(422-428)에 결합된다. 또한, 도 4b에 도시되지는 않았지만, 센서들(132-138)은 검출기 디바이스(400)의 본체 내의 유전체 구조물들(112-118)에 결합된다. 예를 들어, 검출기 디바이스(400)의 본체는 도 1의 유전체 기판(106)을 포함하거나 그러한 유전체 기판(106)으로 형성될 수 있다. 이 예에서, 센서들(132-138, 430, 432)은 유전체 기판 내에 내장되고 각각의 유전체 구조물들과 접촉한다.
도 5a 및 도 5b에서, 다수의 파형 검출기들(102, 502, 504, 506)이 3차원(3D) 객체의 내부(또는 오목) 면들 상에 배열되어 검출기 디바이스(500)를 형성한다. 도 5a 및 도 5b에 예시된 구현에서, 3D 객체는 4개의 면들을 포함하지만; 다른 구현들에서, 3D 객체는 4개보다 더 많은 면들 또는 4개보다 더 적은 면들을 포함한다. 또한, 3D 객체의 면들은 도 5a 및 도 5b에서 실질적으로 평면인 것으로 예시되어 있지만, 다른 구현들에서, 3D 객체는 (평면 표면들 대신 또는 평면 표면들에 추가하여) 곡면들을 포함하고, 파형 검출기들(102, 502, 504, 506) 중 2개 이상은 곡면들 상에 배열된다.
도 5a 및 도 5b의 파형 검출기들(102, 502, 504, 506) 각각은 적어도 두 쌍의 유전체 구조물들을 포함한다. 예를 들어, 파형 검출기(502)는 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(512, 514) 및 다른 결합된 쌍으로 배열된 유전체 구조물들(516, 518)을 포함한다. 추가로, 파형 검출기(504)는 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(522, 524) 및 다른 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(526, 528)을 포함한다. 또한, 파형 검출기(506)는 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(532, 534) 및 다른 결합된 쌍으로서 배열된 유전체 구조물들(536, 538)을 포함한다. 특정 구현에서, 파형 검출기들(502, 504, 506)은 각각 파형 검출기(102)의 사본(예컨대, 추가 인스턴스들)이다. 따라서 파형 검출기들(502, 504, 506)은 파형 검출기(102)와 동일한 특성들 및 구조를 갖고, 3D 객체의 다른 면 상의 위치들에 있는 결과로 파형 검출기(102)와는 다른 수용 콘들(그리고 서로 다른 수용 콘들)을 갖는다.
도 5a 및 도 5b에 예시된 특정 구현에서의 파형 검출기(102) 및 파형 검출기(502)의 서로 다른 배향들이 도 5b에 예시되어 있다. 도 5b의 유전체 구조물들(114-118, 512-516) 각각은 라인들(540-542)로 예시된 바와 같이 (유전체 기판(106)의 제1 측면 상의) 제1 면으로부터 (유전체 기판(106)의 제2 측면 상의) 제2 면까지 연장하는 장축을 갖는다. 예를 들어, 라인(540)은 제2 유전체 구조물(114)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응하고, 라인(542)은 제3 유전체 구조물(116)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응하며, 라인(546)은 제4 유전체 구조물(118)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응한다. 도 5b에 도시되지는 않았지만, 제1 유전체 구조물(112)의 장축을 통해 연장하는 라인은 라인(540)과 정렬될 것이다(예컨대, 도 5b에 도시된 시점에서 아래에 위치할 것이다). 또한, 라인(548)은 유전체 구조물(512)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응하고, 라인(550)은 유전체 구조물(514)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응하며, 라인(552)은 유전체 구조물(516)의 장축을 통해 이어지는 라인에 대응한다. 도 5b에 도시되지는 않았지만, 유전체 구조물(518)의 장축을 통해 연장하는 라인은 라인(552)과 정렬될 것이다(예컨대, 도 5b에 도시된 도면에서 아래에 위치할 것이다). 라인들(540-546)은 서로 평행하다. 또한, 라인들(548-552)은 서로 평행하다. 그러나 라인들(540-546)은 라인들(548-552)과 평행하지 않다.
도 6a - 도 6c 및 도 7a - 도 7c는 파형 검출기(102)에 입사하는 전자파들, 그리고 파형 검출기(102)의 유전체 구조물들의 쌍들의 전력 레벨들에 기초하여 전자파들 각각의 도달 방향을 결정하는 것에 대한 두 가지 예들을 예시한다. 도 6a는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들을 형성하도록 배열된 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)을 도시하고, 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들을 형성하도록 배열된 제3 유전체 구조물(116) 및 제4 유전체 구조물(118)을 도시한다. 서로에 대한 유전체 구조물들의 쌍들(108, 110)의 배열에 관한 세부사항들은 도 6a에서 생략되었다. 이에 따라, 도 6a의 파형 검출기(102)는 도 2a 및 도 2b에 예시된 L자 형상에 따라, 도 3에 예시된 X자 형상에 따라 또는 다른 패턴에 따라 배열될 수 있다. 도 7a는 도 6a에 예시된 파형 검출기와 동일한 파형 검출기(102)를 예시한다.
도 6a 및 도 7a 모두에서, 각각의 유전체 구조물(112-118)의 전력 레벨은 각각의 유전체 구조물(112-118) 내에 수직 라인들로 예시되어 있는데, 더 많은 라인들이 더 많은 전력을 나타낸다. 예를 들어, 도 6a에서, 유전체 구조물들(112-118)의 전력 레벨들은 동일하고; 따라서 유전체 구조물들(112-118) 각각은 동일한 수의 수직 라인들을 갖는다. 그러나 도 7a에서, 유전체 구조물들(112-118)의 전력 레벨들은 동일하지 않으며; 따라서 제3 유전체 구조물(116)은 다른 유전체 구조물들(112, 114, 118)보다 더 적은 수직 라인들을 갖고, 제1 유전체 구조물(112)과 제2 유전체 구조물(114)은 제4 유전체 구조물(118)보다 더 적은 수직 라인들을 갖는다.
도 6a, 도 6b, 도 7a 및 도 7b는 유전체 구조물들의 각각의 쌍들(108, 110)의 상대적인 전력 레벨을 나타내기 위한 보조로서 각각의 유전체 구조물(112-118)의 중심 라인을 예시한다. 라인(602)은 제1 유전체 구조물(112)의 중심 라인이고, 라인(604)은 제2 유전체 구조물(114)의 중심 라인이고, 라인(606)은 제3 유전체 구조물(116)의 중심 라인이고, 라인(608)은 제4 유전체 구조물(118)의 중심 라인이다.
도 6a 및 도 6b는 제1 전자파에 반응하는 도 1의 시스템(100)의 파형 검출기(102)의 전력 레벨들을 예시하는 도면들이다. 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 전력 레벨들을 나타내는 정보를 제1 전자파의 도달 방향들에 매핑하는 매핑 데이터를 예시하는 도면이다. 도 6a 및 도 6b에서, 제1 전자파의 도달 방향은 파형 검출기(102)의 표면의 법선과 평행하다(예컨대, 제1 전자파의 도달 방향은 φ = 0도 그리고 θ = 0도이다). 달리 말하면, 제1 전자파는 파형 검출기(102) 바로 위에서부터 발생한다.
도 7a 및 도 7b는 제2 전자파에 반응하는 도 1의 시스템(100)의 파형 검출기(102)의 전력 레벨들을 예시하는 도면들이다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 전력 레벨들을 나타내는 정보를 제2 전자파의 도달 방향들에 매핑하는 매핑 데이터를 예시하는 도면이다. 도 7a 및 도 7b에서, 제2 전자파의 도달 방향은 파형 검출기의 표면의 법선과 평행하지 않다. 도 7a - 도 7c에 예시된 특정 예에서, 제2 전자파의 도달 방향은 아래에서 추가 설명되는 바와 같이, φ = 20도 그리고 θ = 20도이다.
도 6b 및 도 7b는 유전체 구조물들의 각각의 쌍(108, 110)에 대한 전력 레벨들(예컨대, 전력 레벨 비들)을 나타내는 그래프들을 포함한다. 예를 들어, 도 6b에서, 제1 그래프(610)는 제1 전자파에 반응하는 제1 유전체 구조물(112)의 제1 전력 레벨을 예시하는 라인(614) 및 제1 전자파에 반응하는 제2 유전체 구조물(114)의 제2 전력 레벨을 예시하는 라인(616)을 포함한다. 라인(614)의 곡선 아래의 영역 및 라인(616)의 곡선 아래의 영역은 거의 동일하여, 제1 유전체 구조물(112)의 제1 전력 레벨이 제2 유전체 구조물(114)의 제2 전력 레벨과 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 비율로서 표현하면, 제1 전자파에 반응하는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 대략 1.0이다.
추가로, 도 6b에서, 제2 그래프(620)는 제1 전자파에 반응하는 제3 유전체 구조물(116)의 제3 전력 레벨을 예시하는 라인(624) 및 제1 전자파에 반응하는 제4 유전체 구조물(118)의 제4 전력 레벨을 예시하는 라인(624)을 포함한다. 라인(624)의 곡선 아래의 영역 및 라인(626)의 곡선 아래의 영역은 거의 동일하여, 제3 유전체 구조물(116)의 제3 전력 레벨이 제4 유전체 구조물(118)의 제4 전력 레벨과 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 비율로서 표현하면, 제1 전자파에 반응하는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 대략 1.0이다.
도 6c의 매핑 데이터(156)는 제1 매핑 데이터(630) 및 제2 매핑 데이터(640)를 포함한다. 매핑 데이터(156)는 유전체 구조물들의 쌍들(108, 110)의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 데이터를 도달 방향에 대응하는 각들의 세트들(예컨대, φ, θ)에 매핑한다. 제1 전자파의 도달 방향은 제1 매핑 데이터(630)와 제2 매핑 데이터(640)가 교차하는 각들의 세트로 표시된다. 예를 들어, 도 6c에서, 제1 매핑 데이터(630)는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들에 대한 1.0의 전력 레벨 비가 각도들의 쌍들인 (0, 0), (10, 10), (20, 20), (30, 30) 또는 (40, 40)에 대응함을 나타내고, 제2 매핑 데이터(640)는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들에 대한 1.0의 전력 레벨 비가 각도들의 쌍들인 (20, -20), (10, -10), (0, 0), (-10, 10) 및 (-20, 20)에 대응함을 나타낸다. 따라서 제1 매핑 데이터(630)와 제2 매핑 데이터(640)는 각도들의 쌍인 (0, 0)에서 교차(또는 일치)하며, 이는 제1 전자파의 도달 방향이 φ = 0도 및 θ = 0도에 대응하는 방향에서부터임을 나타낸다.
다른 예로서, 도 7b에서, 제1 그래프(710)는 제2 전자파에 반응하는 제1 유전체 구조물(112)의 제1 전력 레벨을 예시하는 라인(714) 및 제2 전자파에 반응하는 제2 유전체 구조물(114)의 제2 전력 레벨을 예시하는 라인(716)을 포함한다. 라인(714)의 곡선 아래의 영역 및 라인(716)의 곡선 아래의 영역은 거의 동일하여, 제1 유전체 구조물(112)의 제1 전력 레벨이 제2 유전체 구조물(114)의 제2 전력 레벨과 거의 동일하다는 것을 나타낸다. 비율로서 표현하면, 제2 전자파에 반응하는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 대략 1.0이다.
추가로, 도 7b에서, 제2 그래프(720)는 제2 전자파에 반응하는 제3 유전체 구조물(116)의 제3 전력 레벨을 예시하는 라인(724) 및 제2 전자파에 반응하는 제4 유전체 구조물(118)의 제4 전력 레벨을 예시하는 라인(726)을 포함한다. 라인(724)의 곡선 아래의 영역은 라인(726)의 곡선 아래의 영역보다 더 작은데, 이는 제3 유전체 구조물(116)의 제3 전력 레벨이 제4 유전체 구조물(118)의 제4 전력 레벨 미만임을 나타낸다. 비율로서 표현하면, 제2 전자파에 반응하는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨은 대략 0.6이다.
도 7c에서, 제1 매핑 데이터(630)는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들에 대한 1.0의 전력 레벨 비가 각도들의 쌍들인 (0, 0), (10, 10), (20, 20), (30, 30) 또는 (40, 40)에 대응함을 나타내고, 제2 매핑 데이터(640)는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들에 대한 0.6의 전력 레벨 비가 각도들의 쌍들인 (30, 0), (30, 10), (20, 20), (10, 30) 또는 (0, 40)에 대응함을 나타낸다. 따라서 제1 매핑 데이터(630)와 제2 매핑 데이터(640)는 각도들의 쌍인 (20, 20)에서 교차(또는 일치)하며, 이는 제2 전자파의 도달 방향이 φ = 20도 및 θ = 20도에 대응하는 방향에서부터임을 나타낸다.
유전체 구조물들의 쌍들(108, 110)의 전력 레벨을 나타내는 데이터는 직접적으로 또는 간접적으로 측정된 전력 레벨들을 포함할 수 있거나, 전력 레벨과 상관되는 측정값들, 이를테면 광학 특성들의 변화들(예컨대, 굴절률의 변화), 치수들의 변화(예컨대, 신장) 등을 포함할 수 있다는 점에 주목한다.
도 8은 도 1의 시스템(100)의 동작의 방법(800)의 특정 예를 예시하는 흐름도이다. 예를 들어, 방법(800)은 도 1의 처리 회로(152)에 의해 수행될 수 있다. 방법(800)은 802에서, 파형 검출기의 제1 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들을 (예컨대, 센서 시스템으로부터 프로세서에서) 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들은 제1 신호(142) 및 제2 신호(144)에 대응할 수 있으며, 이들은 함께 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타낸다. 대안으로, 일부 구현들에서, 검출 회로(120)는 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 단일 신호를 컴퓨팅 디바이스(150)에 전송할 수 있다.
방법(800)은 또한 804에서, 파형 검출기의 제2 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들을 (예컨대, 센서 시스템으로부터 프로세서에서) 수신하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들은 제3 신호(146) 및 제4 신호(148)에 대응할 수 있으며, 이들은 함께 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타낸다. 대안으로, 일부 구현들에서, 검출 회로(120)는 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 단일 신호를 컴퓨팅 디바이스(150)에 전송할 수 있다.
방법(800)은 또한 806에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 전자파의 도달 방향을 결정하는 단계를 포함한다. 특정 구현에서, 전자파의 도달 방향을 결정하는 단계는 808에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 6c 및 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 810에서 제1 매핑 데이터로부터 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 리트리브함으로써 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트가 결정될 수 있는데, 여기서 제1 매핑 데이터는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트에 매핑한다.
이 구현에서, 전자파의 도달 방향을 결정하는 단계는 또한 812에서, 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 도 6c 및 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 814에서 제2 매핑 데이터로부터 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 리트리브함으로써 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트가 결정될 수 있는데, 여기서 제2 매핑 데이터는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트에 매핑한다. 이 구현에서, 방법(800)은 816에서, 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트와 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트의 교차에 기초하여 도달 방향을 선택하는 단계를 더 포함한다.
추가로, 본 개시내용은 다음 조항들에 따른 예들을 포함한다:
조항 1. 도달 방향 결정을 위한 시스템으로서, 이 시스템은: 파형 검출기를 포함하고, 이 파형 검출기는: 제1 쌍의 유전체 구조물들; 제2 쌍의 유전체 구조물들; 및 파형 검출기에 입사하는 전자파의 도달 방향을 결정하도록 구성된 처리 회로를 포함하며, 도달 방향은 전자파에 반응하는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 그리고 전자파에 반응하는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 결정된다.
조항 2. 조항 1의 시스템은, 처리 회로에 연결된 검출 회로를 더 포함하고, 검출 회로는 전자파에 반응하는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들을 발생시키도록 그리고 전자파에 반응하는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들을 발생시키도록 구성되며, 처리 회로는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들 및 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들에 기초하여 전자파의 도달 방향을 결정한다.
조항 3. 조항 2의 시스템에서, 검출 회로는: 제1 쌍의 유전체 구조물들 중 제1 유전체 구조물에서 전자파에 반응하여 제1 전력 레벨을 나타내는 제1 신호를 발생시키도록 구성된 제1 센서; 제1 쌍의 유전체 구조물들 중 제2 유전체 구조물에서 전자파에 반응하여 제2 전력 레벨을 나타내는 제2 신호를 발생시키도록 구성된 제2 센서; 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 제3 유전체 구조물에서 전자파에 반응하여 제3 전력 레벨을 나타내는 제3 신호를 발생시키도록 구성된 제3 센서; 및 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 제4 유전체 구조물에서 전자파에 반응하여 제4 전력 레벨을 나타내는 제4 신호를 발생시키도록 구성된 제4 센서를 포함하며, 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 제1 신호와 제2 신호에 기초한 비에 대응하고, 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 제3 신호 및 제4 신호에 기초한 비에 대응한다.
조항 4. 조항 2의 시스템은, 처리 회로에 액세스 가능한 메모리를 더 포함하고, 메모리는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들의 값들을 제1 도래각들에 매핑하는 제1 매핑 데이터를 저장하고, 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들의 값들을 제2 도래각들에 매핑하는 제2 매핑 데이터를 저장하며, 처리 회로는 제1 매핑 데이터 및 제2 매핑 데이터에 기초하여 도달 방향을 결정한다.
조항 5. 조항 1의 시스템에서, 파형 검출기는 유전체 기판을 더 포함하고, 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들은 유전체 기판 내에 적어도 부분적으로 내장된다.
조항 6. 조항 5의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 각각의 유전체 구조물은 유전체 기판의 비유전율보다 더 큰 비유전율을 갖는다.
조항 7. 조항 5의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 각각의 유전체 구조물은 유전체 기판의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는다.
조항 8. 조항 5의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 각각의 유전체 구조물은 유전체 기판 외부로 연장하는 부분을 포함한다.
조항 9. 조항 1의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들 또는 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 적어도 한 쌍의 유전체 구조물들의 유전체 구조물들은 스트론튬 티타네이트(SrTiO3)를 포함한다.
조항 10. 조항 1의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들은: 제1 유전체 구조물; 및 제1 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합되는 제2 유전체 구조물을 포함한다.
조항 11. 조항 10의 시스템에서, 제2 쌍의 유전체 구조물들은: 제3 유전체 구조물; 및 제3 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합되는 제4 유전체 구조물을 포함한다.
조항 12. 조항 1의 시스템에서, 제1쌍의 유전체 구조물들은: 제1 크기 및 제1 형상을 갖는 제1 유전체 구조물; 및 제2 크기 및 제2 형상을 갖는 제2 유전체 구조물을 포함하며, 제1 크기는 제2 크기와 실질적으로 동일하고, 제1 형상은 제2 형상과 기하학적으로 유사하다.
조항 13. 조항 12의 시스템에서, 제2 쌍의 유전체 구조물들은: 제3 크기 및 제3 형상을 갖는 제3 유전체 구조물; 및 제4 크기 및 제4 형상을 갖는 제4 유전체 구조물을 포함하며, 제3 크기는 제4 크기와 실질적으로 동일하고, 제3 형상은 제4 형상과 기하학적으로 유사하다.
조항 14. 조항 1의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들은: 제1 유전체 구조물; 및 제1 유전체 구조물로부터 임계 거리 내에 배치된 제2 유전체 구조물을 포함하며, 임계 거리는 전자파에 대한 결합 거리에 대응한다.
조항 15. 조항 14의 시스템에서, 제2 쌍의 유전체 구조물들은: 제3 유전체 구조물; 및 제3 유전체 구조물로부터 임계 거리 내에 배치된 제4 유전체 구조물을 포함한다.
조항 16. 조항 1의 시스템에서, 제1 쌍의 유전체 구조물들은 제1 유전체 구조물 및 제2 유전체 구조물을 포함하고, 제1 유전체 구조물은 제1 축을 따라 제2 유전체 구조물과 정렬되며, 제2 쌍의 유전체 구조물들은 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물을 포함하고, 제3 유전체 구조물은 제1 축과 평행하지 않은 제2 축을 따라 정렬된 제4 유전체 구조물과 정렬된다.
조항 17. 조항 1의 시스템은, 제3 쌍의 유전체 구조물들; 및 제4 쌍의 유전체 구조물들을 포함하는 제2 파형 검출기를 더 포함하며, 처리 회로는 제2 파형 검출기에 입사하는 제2 전자파의 제2 도달 방향을 결정하도록 구성되고, 전자파의 도달 방향은 제1 극 범위 내에 그리고 제1 방위각 범위 내에 있고, 제2 전자파의 제2 도달 방향은 제2 극 범위 내에 그리고 제2 방위각 범위 내에 있으며, 제1 극 범위는 제2 극 범위와 상이하고, 제1 방위각 범위는 제2 방위각 범위와 상이하다.
조항 18. 조항 17의 시스템에서: 제1 쌍의 유전체 구조물들은 제1 장축을 갖는 제1 유전체 구조물 및 제2 장축을 갖는 제2 유전체 구조물을 포함하고; 제2 쌍의 유전체 구조물들은 제3 장축을 갖는 제3 유전체 구조물 및 제4 장축을 갖는 제4 유전체 구조물을 포함하며, 제1 장축은 제2 장축, 제3 장축 및 제4 장축과 실질적으로 평행하고; 제3 쌍의 유전체 구조물들은 제5 장축을 갖는 제5 유전체 구조물 및 제6 장축을 갖는 제6 유전체 구조물을 포함하고; 그리고 제4 쌍의 유전체 구조물들은 제7 장축을 갖는 제7 유전체 구조물 및 제8 장축을 갖는 제8 유전체 구조물을 포함하며, 제5 장축은 제6 장축, 제7 장축 및 제8 장축과 실질적으로 평행하고, 제5 장축은 제1 장축과 평행하지 않다.
조항 19. 파형 검출기는: 제2 유전체 구조물의 임계 거리 내에 배치된 제1 유전체 구조물을 포함하는 제1 쌍의 유전체 구조물들; 및 제4 유전체 구조물의 임계 거리 내에 배치된 제3 유전체 구조물을 포함하는 제2 쌍의 유전체 구조물들을 포함하고, 임계 거리는 제1 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들이 전자파의 도달 방향과 관련되게 하고, 제2 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들이 전자파의 도달 방향과 관련되게 하는 것이다.
조항 20. 조항 19의 파형 검출기는 유전체 기판을 더 포함하고, 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들은 유전체 기판 내에 적어도 부분적으로 내장된다.
조항 21. 조항 20의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물 각각은 유전체 기판의 비유전율보다 더 큰 비유전율을 갖는다.
조항 22. 조항 20의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물 각각은 유전체 기판의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는다.
조항 23. 조항 20의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물 각각은 유전체 기판 외부로 연장하는 부분을 포함한다.
조항 24. 조항 19의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물 각각은 스트론튬 티타네이트(SrTiO3)를 포함한다.
조항 25. 조항 19의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물은 제2 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합되고, 제3 유전체 구조물은 제4 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합된다.
조항 26. 조항 19의 파형 검출기에서, 임계 거리는 전자파에 대한 결합 거리에 대응한다.
조항 27. 조항 19의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물은 제1 축을 따라 제2 유전체 구조물과 정렬되고, 제3 유전체 구조물은 제1 축과 평행하지 않은 제2 축을 따라 정렬된 제4 유전체 구조물과 정렬된다.
조항 28. 조항 19의 파형 검출기에서, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물의 장축들은 실질적으로 평행하다.
조항 29. 조항 28의 파형 검출기는: 제5 유전체 구조물 및 제6 유전체 구조물을 포함하는 제3 쌍의 유전체 구조물들; 및 제7 유전체 구조물 및 제8 유전체 구조물을 포함하는 제4 쌍의 유전체 구조물들을 더 포함하며, 제5 유전체 구조물, 제6 유전체 구조물, 제7 유전체 구조물 및 제8 유전체 구조물의 장축들은 실질적으로 평행하고, 제1 유전체 구조물, 제2 유전체 구조물, 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물의 장축들과 평행하지 않다.
조항 30. 도달 방향 결정 방법으로서, 이 방법은: 파형 검출기의 제1 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들을 센서 시스템으로부터 프로세서에서 수신하는 단계; 파형 검출기의 제2 쌍의 유전체 구조물들에서 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들을 센서 시스템으로부터 프로세서에서 수신하는 단계; 및 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들 및 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 전자파의 도달 방향을 프로세서에 의해 결정하는 단계를 포함한다.
조항 31. 조항 30의 방법에서, 전자파의 도달 방향을 결정하는 단계는: 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 결정하는 단계; 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 결정하는 단계; 및 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트와 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트의 교차에 기초하여 도달 방향을 선택하는 단계를 포함한다.
조항 32. 조항 31의 방법에서, 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 결정하는 단계는 제1 매핑 데이터로부터 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 리트리브하는 단계를 포함하고, 제1 매핑 데이터는 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트에 매핑하고, 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 결정하는 단계는 제2 매핑 데이터로부터 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 리트리브하는 단계를 포함하고, 제2 매핑 데이터는 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트에 매핑한다.
앞서 설명한 실시예들은 예시이며 본 개시내용을 한정하지 않는다. 본 개시내용의 원리들에 따라 다수의 수정들 및 변형들이 가능하다고 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명한 예들의 예시들은 다양한 예들의 구조에 대한 일반적인 이해를 제공하는 것으로 의도된다. 예시들은 본 명세서에서 설명한 구조들 또는 방법들을 이용하는 장치 및 시스템들의 모든 엘리먼트들 및 특징들의 완벽한 설명으로서의 역할을 하는 것으로 의도되지는 않는다. 본 개시내용의 검토시 많은 다른 예들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 수 있다. 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않으면서 구조적 그리고 논리적 치환들 및 변경들이 이루어질 수 있도록, 본 개시내용으로부터 다른 예들이 이용되고 도출될 수 있다. 예를 들어, 방법 단계들은 도면들에 도시된 것과 다른 순서로 수행될 수 있고 또는 하나 또는 그보다 많은 방법 단계들이 생략될 수 있다. 이에 따라, 본 개시내용 및 도면들은 제한적이기보다는 예시적인 것으로 여겨져야 한다.
더욱이, 본 명세서에서 특정 예들이 예시 및 설명되었지만, 동일한 또는 비슷한 결과들을 달성하도록 설계된 임의의 후속 어레인지먼트가 도시된 특정 예들을 대신하게 될 수 있다고 인식되어야 한다. 본 개시내용은 다양한 예들의 임의의 그리고 모든 후속 개조들 또는 변형들을 커버하는 것으로 의도된다. 설명의 검토시, 상기 예들의 결합, 그리고 본 명세서에서 구체적으로 설명되지 않은 다른 예들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다.
본 개시내용의 요약은 이것이 청구항들의 범위 또는 의미를 해석하거나 한정하는데 사용되지 않을 것이라는 조건 하에 제출된다. 추가로, 앞서 말한 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서는, 본 개시내용을 간소화할 목적으로 다양한 특징들이 함께 그룹화되거나 단일 예로 설명될 수 있다. 이 개시내용은 청구된 예들이 각각의 청구항에 명백히 언급된 것보다 더 많은 특징들을 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되는 것은 아니다. 그보다는, 다음 청구항들이 반영할 때, 청구 대상은 개시된 예들 중 임의의 예의 모든 특징들보다는 적은 특징들에 관련될 수 있다.

Claims (15)

  1. 도달 방향 결정을 위한 시스템(100)으로서,
    파형 검출기(102)를 포함하고,
    상기 파형 검출기는,
    제1 쌍(108)의 유전체 구조물들;
    제2 쌍(110)의 유전체 구조물들; 및
    상기 파형 검출기에 입사하는 전자파(104)의 도달 방향을 결정하도록 구성된 처리 회로(152)를 포함하고,
    상기 도달 방향은 상기 전자파에 반응하는 상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 그리고 상기 전자파에 반응하는 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 결정되며,
    상기 파형 검출기는 유전체 기판(106)을 더 포함하고, 그리고 상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은 상기 유전체 기판 내에 적어도 부분적으로 내장되는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 처리 회로에 연결된 검출 회로(120)를 더 포함하고,
    상기 검출 회로는 상기 전자파에 반응하는 상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들(142, 144)을 발생시키도록 그리고 상기 전자파에 반응하는 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들(146, 148)을 발생시키도록 구성되며,
    상기 처리 회로는 상기 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들 및 상기 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들에 기초하여 상기 전자파의 도달 방향을 결정하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 검출 회로는,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 중 제1 유전체 구조물에서 상기 전자파에 반응하여 제1 전력 레벨을 나타내는 제1 신호(142)를 발생시키도록 구성된 제1 센서(132);
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 중 제2 유전체 구조물에서 상기 전자파에 반응하여 제2 전력 레벨을 나타내는 제2 신호(144)를 발생시키도록 구성된 제2 센서(134);
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 제3 유전체 구조물에서 상기 전자파에 반응하여 제3 전력 레벨을 나타내는 제3 신호(146)를 발생시키도록 구성된 제3 센서(136); 및
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 제4 유전체 구조물에서 상기 전자파에 반응하여 제4 전력 레벨을 나타내는 제4 신호(148)를 발생시키도록 구성된 제4 센서(138)를 포함하며,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 기초한 비에 대응하고,
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들은 상기 제3 신호 및 상기 제4 신호에 기초한 비에 대응하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 처리 회로에 액세스 가능한 메모리(154)를 더 포함하고,
    상기 메모리는 상기 하나 또는 그보다 많은 제1 신호들의 값들을 제1 도래각들에 매핑하는 제1 매핑 데이터(156)를 저장하고, 상기 하나 또는 그보다 많은 제2 신호들의 값들을 제2 도래각들에 매핑하는 제2 매핑 데이터를 저장하며,
    상기 처리 회로는 상기 제1 매핑 데이터 및 상기 제2 매핑 데이터에 기초하여 상기 도달 방향(158)을 결정하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 각각의 유전체 구조물은,
    상기 유전체 기판의 비유전율(relative permittivity)보다 더 큰 비유전율을 갖는 것;
    상기 유전체 기판의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는 것; 그리고
    상기 유전체 기판 외부로 연장하는 부분을 포함하는 것 중 적어도 하나인,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 또는 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들 중 적어도 한 쌍의 유전체 구조물들의 유전체 구조물들은 스트론튬 티타네이트(SrTiO3)를 포함하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들은,
    제1 유전체 구조물(112); 및
    상기 제1 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합되는 제2 유전체 구조물(114)을 포함하고,
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은,
    제3 유전체 구조물(116); 및
    상기 제3 유전체 구조물과 실질적으로 위상 정합되는 제4 유전체 구조물(118)을 포함하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들은,
    제1 크기 및 제1 형상을 갖는 제1 유전체 구조물(112); 및
    제2 크기 및 제2 형상을 갖는 제2 유전체 구조물(114)을 포함하며,
    상기 제1 크기는 상기 제2 크기와 실질적으로 동일하고, 상기 제1 형상은 상기 제2 형상과 기하학적으로 유사하며,
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은,
    제3 크기 및 제3 형상을 갖는 제3 유전체 구조물(116); 및
    제4 크기 및 제4 형상을 갖는 제4 유전체 구조물(118)을 포함하며,
    상기 제3 크기는 상기 제4 크기와 실질적으로 동일하고, 상기 제3 형상은 상기 제4 형상과 기하학적으로 유사한,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들은,
    제1 유전체 구조물(112); 및
    상기 제1 유전체 구조물로부터 임계 거리 내에 배치된 제2 유전체 구조물(114)을 포함하며,
    상기 임계 거리는 상기 전자파에 대한 결합 거리에 대응하고,
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은,
    제3 유전체 구조물(116); 및
    상기 제3 유전체 구조물로부터 상기 임계 거리 내에 배치된 제4 유전체 구조물(118)을 포함하는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들은 제1 유전체 구조물(112) 및 제2 유전체 구조물(114)을 포함하고, 상기 제1 유전체 구조물은 제1 축(210)을 따라 상기 제2 유전체 구조물과 정렬되며,
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은 제3 유전체 구조물 및 제4 유전체 구조물을 포함하고, 상기 제3 유전체 구조물은 상기 제1 축과 평행하지 않은 제2 축(212)을 따라 정렬된 상기 제4 유전체 구조물과 정렬되는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  12. 제1 항에 있어서,
    제2 파형 검출기를 더 포함하며,
    상기 제2 파형 검출기는,
    제3 쌍의 유전체 구조물들(422, 426); 및
    제4 쌍의 유전체 구조물들(424, 428)을 포함하고,
    상기 처리 회로는 상기 제2 파형 검출기(162)에 입사하는 제2 전자파(164)의 제2 도달 방향을 결정하도록 구성되고,
    상기 전자파의 도달 방향은 제1 극 범위 내에 그리고 제1 방위각 범위(170) 내에 있고, 상기 제2 전자파의 제2 도달 방향은 제2 극 범위 내에 그리고 제2 방위각 범위(172) 내에 있으며,
    상기 제1 극 범위는 상기 제2 극 범위와 상이하고, 상기 제1 방위각 범위는 상기 제2 방위각 범위와 상이하며,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들은 제1 장축(major axis)을 갖는 제1 유전체 구조물(412) 및 제2 장축을 갖는 제2 유전체 구조물(414)을 포함하고;
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은 제3 장축을 갖는 제3 유전체 구조물(416) 및 제4 장축을 갖는 제4 유전체 구조물(418)을 포함하며, 상기 제1 장축은 상기 제2 장축, 상기 제3 장축 및 상기 제4 장축과 실질적으로 평행하고;
    상기 제3 쌍의 유전체 구조물들은 제5 장축을 갖는 제5 유전체 구조물(532) 및 제6 장축을 갖는 제6 유전체 구조물(534)을 포함하고; 그리고
    상기 제4 쌍의 유전체 구조물들은 제7 장축을 갖는 제7 유전체 구조물(536) 및 제8 장축을 갖는 제8 유전체 구조물(538)을 포함하며,
    상기 제5 장축은 상기 제6 장축, 상기 제7 장축 및 상기 제8 장축과 실질적으로 평행하고, 상기 제5 장축은 상기 제1 장축과 평행하지 않는,
    도달 방향 결정을 위한 시스템(100).
  13. 도달 방향 결정 방법(800)으로서,
    파형 검출기(102)의 제1 쌍(108)의 유전체 구조물들에서 전자파(104)에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 이상의 제1 신호들(142, 144)을 센서 시스템으로부터 프로세서(150)에서 수신하는 단계(802);
    상기 파형 검출기의 제2 쌍(110)의 유전체 구조물들에서 상기 전자파에 반응하는 상대적인 전력 레벨들을 나타내는 하나 이상의 제2 신호들(146, 148)을 상기 센서 시스템으로부터 상기 프로세서에서 수신하는 단계(804); 및
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들 및 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 상기 전자파의 도달 방향을 상기 프로세서에 의해 결정하는 단계(806)를 포함하며,
    상기 파형 검출기는 유전체 기판(106)을 더 포함하고, 그리고 상기 제1 쌍의 유전체 구조물들 및 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들은 상기 유전체 기판 내에 적어도 부분적으로 내장되는,
    도달 방향 결정 방법(800).
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 전자파의 도달 방향을 결정하는 단계는,
    상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 결정하는 단계(808);
    상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들에 기초하여 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 결정하는 단계(812); 및
    상기 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트와 상기 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트의 교차에 기초하여 상기 도달 방향을 선택하는 단계(816)를 포함하는,
    도달 방향 결정 방법(800).
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 결정하는 단계는 제1 매핑 데이터로부터 상기 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트를 리트리브하는 단계(810)를 포함하고,
    상기 제1 매핑 데이터는 상기 제1 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 상기 잠재적인 도달 방향들의 제1 세트에 매핑하고,
    상기 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 결정하는 단계는 제2 매핑 데이터로부터 상기 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트를 리트리브하는 단계(814)를 포함하고,
    상기 제2 매핑 데이터는 상기 제2 쌍의 유전체 구조물들의 상대적인 전력 레벨들의 값을 상기 잠재적인 도달 방향들의 제2 세트에 매핑하는,
    도달 방향 결정 방법(800).
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