KR20170036093A - 단벽 도파관 방사를 위한 폴드형 방사 슬롯들 - Google Patents

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Abstract

단벽 도파관 방사를 위한 예시적인 폴드형 방사 슬롯이 개시된다. 일 양태에서, 방사 구조체는 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 도파관층을 포함한다. 도파관은 높이 디멘젼 및 폭 디멘젼을 가질 수 있다. 방사 구조체는 또한 도파관층에 커플링된 방사층을 포함하되, 방사층은 도파관의 높이 디멘젼과 평행하다. 방사층은 방사 엘리먼트를 포함할 수 있다. 방사 엘리먼튼느 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 슬롯일 수 있고, 방사 엘리먼트는 도파관층에 커플링될 수 있다. 방사 엘리먼트는 도파관의 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가질 수 있고, 여기서, 유효 길이는 슬롯의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정된다.

Description

단벽 도파관 방사를 위한 폴드형 방사 슬롯들{FOLDED RADIATION SLOTS FOR SHORT WALL WAVEGUIDE RADIATION}
관련 출원들에 대한 상호참조
본 출원은 그 전체가 참조로 본원에 통합되는 2014년 8월 6일 출원된 미국 특허 출원 제14/453,416호에 대한 우선권을 주장한다.
본원에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에서 설명되는 내용들은 본 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니고, 이 섹션에 포함됨으로써 종래 기술로 인정되는 것도 아니다.
라디오 신호들을 방출하고 리턴되는 반사 신호들을 검출함으로써 환경적 특징부들에 대한 거리들을 능동적으로 추정하기 위해 라디오 검출 및 레인징(RADAR) 시스템들이 사용될 수 있다. 라디오 반사 특징부들에 대한 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시변 주파수 램프를 갖는 신호와 같이 시간이 지남에 따라 주파수가 변하는 신호를 방출할 수 있고, 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수에서의 차이를 레인지 추정치와 관련시킬 수 있다. 일부 시스템들은 또한 수신된 반사 신호들에서의 도플러 주파수 시프트들에 기초하여 반사 객체들의 상대적인 움직임을 추정할 수 있다.
지향성 안테나들은 각각의 레인지 추정치를 베어링과 연관시키기 위한 신호들의 송신 및/또는 수신을 위해 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 지향성 안테나들은 또한 주어진 관심 시야에 방사 에너지를 집중시키기 위해 사용될 수 있다. 측정된 거리들과 방향 정보를 결합하는 것은 주변의 환경적 특징부들이 매핑되도록 허용한다. 따라서, 레이더 센서는 예를 들어, 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 자율 차량 제어 시스템에 의해 사용될 수 있다.
일부 예시적인 자동차 레이더 시스템들은 밀리미터(mm) 파 전자기파 길이(예를 들어, 77 GHz에 대해 3.9 mm)에 대응하는 77 기가-헤르쯔(GHz)의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 레이더 시스템들은, 레이더 시스템이 자율 차량 주위의 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있도록 방사 에너지를 타이트한 빔들에 집중시킬 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 압축형이고(통상적으로 직사각형 폼 팩터들(rectangular form factors)을 갖고), 효율적이고(즉, 안테나에서 열로 손실되거나 송신기 전자기기들로 다시 반사되는 77 GHz 에너지가 거의 없이), 비용이 저렴하고, 제조가 용이하다 (즉, 이러한 안테나들을 갖는 레이더 시스템은 대량으로 제조될 수 있다).
제1 양태에서, 본 출원은 방사 구조체와 관련된 실시예들을 개시한다. 일 양태에서, 방사 구조체는 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 도파관층을 포함한다. 도파관은 높이 디멘젼(dimension) 및 폭 디멘젼을 가질 수 있다. 방사 구조체는 도파관층에 커플링된 방사층을 또한 포함한다. 방사층은 도파관층의 높이 디멘젼과 평행할 수도 있다. 추가적으로, 방사층은 방사 엘리먼트를 포함할 수 있다. 방사 엘리먼트는 각진(angular) 또는 곡선형(curved) 경로에 의해 정의된 슬롯일 수 있다. 추가로, 방사 엘리먼트는 도파관층에 커플링될 수 있다. 추가로, 방사 엘리먼트는 도파관의 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가질 수 있고, 여기서, 유효 길이는 슬롯의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정된다.
다른 양태에서, 본 출원은 전자기 에너지를 방사하는 방법을 설명한다. 방법은 도파관층에서 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하는 단계를 수반할 수 있다. 도파관은 높이 디멘젼 및 폭 디멘젼 모두를 가질 수 있다. 방법은 도파관으로부터의 전자기 에너지를 방사층에 위치된 방사 엘리먼트에 커플링하는 단계를 또한 수반할 수 있다. 방사층은 도파관층에 커플링될 수 있으며, 방사층은 도파관층의 높이 디멘젼과 평행할 수 있다. 추가적으로, 방사층은 방사 엘리먼트를 포함할 수 있다. 방사 엘리먼트는 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 슬롯일 수 있다. 추가적으로, 방사 엘리먼트는 도파관층에 커플링될 수 있다. 추가로, 방사 엘리먼트는 도파관의 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가질 수 있다. 방사 엘리먼트의 유효 길이는 슬롯의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정될 수 있다. 방법은 커플링된 전자기 에너지를 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계를 또한 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 출원은 다른 방사 구조체를 설명한다. 방사 구조체는 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 도파관층을 포함할 수 있다. 도파관층의 도파관은 높이 디멘젼 및 폭 디멘젼을 가질 수 있다. 추가적으로, 전자기 에너지는 파장을 가질 수 있다. 방사 구조체는 도파관층에 커플링된 방사층을 또한 가질 수 있다. 방사층은 도파관층의 높이 디멘젼과 평행할 수도 있다. 추가적으로, 방사층은 방사 엘리먼트들의 선형 어레이를 포함할 수 있다. 어레이는 복수의 방사 엘리먼트들을 포함한다. 각각의 방사 엘리먼트는 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 각각의 슬롯을 포함할 수 있다. 추가로, 각각의 방사 엘리먼트는 도파관층에 커플링될 수 있다. 추가로, 각각의 방사 엘리먼트는 도파관의 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가질 수 있다. 방사 엘리먼트의 유효 길이는 슬롯의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정될 수 있다. 추가로, 각각의 방사 엘리먼트는 각각의 회전을 가질 수 있으며, 각각의 엘리먼트의 각각의 회전은 원하는 테이퍼 프로파일(taper profile)에 기초하여 선택될 수 있다. 게다가, 선형 어레이에서 인접 방사 엘리먼트들 사이의 간격은 전자기 에너지의 파장의 절반과 대략 동일할 수 있다.
다른 양태에서, 본 출원은 전자기 에너지를 방사하는 장치를 설명한다. 장치는 도파관층에서 전자기 에너지를 전파하기 위한 수단을 수반할 수 있다. 전자기 에너지를 전파하기 위한 수단은 높이 디멘젼 및 폭 디멘젼 모두를 가질 수 있다. 장치는 전자기 에너지를 전파하기 위한 수단으로부터의 전자기 에너지를 방사층에 위치된 방사하기 위한 수단에 커플링하기 위한 수단을 또한 수반할 수 있다. 방사층은 도파관층에 커플링될 수 있으며, 방사층은 도파관층의 높이와 평행할 수 있다. 추가적으로, 방사층은 방사하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 방사하기 위한 수단은 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의될 수 있다. 추가적으로, 방사하기 위한 수단은 도파관층에 커플링될 수 있다. 추가로, 방사하기 위한 수단은 도파관의 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가질 수 있다. 방사하기 위한 수단의 유효 길이는 슬롯의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정될 수 있다. 장치는 커플링된 전자기 에너지를 방사하기 위한 수단으로 방사하는 것을 또한 포함할 수 있다.
전술한 요약은 단지 예시적이며, 어떠한 방식으로도 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 앞서 설명된 예시적인 양태들, 실시예들 및 특징들에 추가로, 도면들 및 하기 상세한 설명을 참조함으로써 추가적인 양태들, 실시예들 및 특징들이 명백해질 것이다.
도 1은 도파관 상의 방사 슬롯들의 예를 예시한다.
도 2는 10개의 방사 Z-슬롯들을 갖는 예시적인 도파관을 예시한다.
도 3은 6개의 방사 도파관들을 갖는 예시적인 레이더 시스템을 예시한다.
도 4는 6개의 방사 도파관들 및 도파관 급전 시스템을 갖는 예시적인 레이더 시스템을 예시한다.
도 5는 예시적인 도파관 안테나로 전자기 에너지를 방사하기 위한 예시적인 방법이다.
도 6은 예시적인 도파관 장치의 일부의 분해도를 예시한다.
하기 상세한 설명에서, 본원의 일부를 형성하는 첨부된 도면들을 참조한다. 도면들에서, 유사한 부호들은 통상적으로, 문맥 상 달리 지정되지 않는 한 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 설명되는 예시적인 실시예들은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 본원에 제시된 요지의 범위를 벗어남이 없이, 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 다른 변경들이 행해질 수 있다. 본원에 일반적으로 설명되고 도면들에서 예시된 바와 같이 본 개시내용의 양태들은 광범위한 상이한 구성들로 배열, 대체, 결합, 분리 및 설계될 수 있고, 이들 모두는 본원에서 명시적으로 고려됨을 쉽게 이해할 것이다.
하기 상세한 설명은 밀리미터 전자기파 시그널링에 사용되는 자동차의 고주파수(예를 들어, 77 GHz) 레이더 안테나와 같은 단벽 도파관 방사(short wall waveguide radiation)를 위한 폴드형 방사 슬롯에 대한 장치 및 방법에 관한 것이다. 실제로, 도파관 안테나들은 다양한 방식들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 인쇄된 도파관 송신선(PWTL) 안테나들의 경우, PWTL 안테나들의 다양한 층들을 함께 접착시키기 위해 전도성 접착제 박막이 사용될 수 있다. 그러나, 안테나의 방사 효율 및 이득이 전도성 접착제 층의 전도도 및 그 정렬 및 라미네이션의 시간에 크게 의존하기 때문에, 이러한 안테나의 성능은 최적보다 낮을 수 있다.
이러한 이유로, 납땜(또는 금속 대 금속 융합)은 구리 호일/시트들에 부착된 (구리 도금에 의한) 알루미늄 시트 금속층과 같은 금속층들 사이에 더 양호한 접착을 제공할 수 있다. 시트 금속들은 다른 예들에서는 호일들이 아닌 다른 시트 금속들에 부착될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 금속층들이 부착되기 전에, 각각의 금속층들에 다양한 구조체들이 생성될 수 있다. 부착 이후, 다양한 구조체들은 자율 차량들에 사용하기 위한 레이더 유닛과 같은 레이더 유닛을 형성할 수 있다.
일례에서, 하단층은 포트 특징부를 가질 수 있다. 포트 특징부는 전자기 에너지(예를 들어, 전자기파)가 레이더 유닛에 진입하게 할 수 있다. 포트 특징부는 신호 생성 유닛으로부터의 전자기 에너지가 레이더 유닛 주위의 환경으로의(또는 레이더 유닛이 커플링된 차량 주위로의) 전달을 위해 레이더 유닛에 커플링되도록 허용할 수 있다. 추가적으로, 포트는 레이더 유닛 내의 전자기 에너지가 레이더 유닛 외부로 커플링되게 할 수 있다. 예를 들어, 레이더 유닛이 전자기 에너지를 수신하는 경우, 레이더 유닛은 전자기 에너지를 포트로부터 프로세싱 전자기기들에 커플링할 수 있다. 따라서, 포트는 레이더 유닛과, 레이더 유닛을 작동시킬 수 있는 신호 생성 및/또는 프로세싱 전자기기들 사이의 게이트웨이로서 기능할 수 있다.
중간층은 하단층 및 상단층 둘 모두에 커플링될 수 있다. 중간층은 도파관 층으로 지칭될 수 있다. 중간층은 그 안에 적어도 하나의 도파관을 가질 수 있다. 도파관은 중간층의 두께에 대해 측정된 폭을 가질 수 있다(예를 들어, 중간층의 도파관의 최대 폭은 중간층의 두께와 동일할 수 있다). 추가로, 도파관의 높이는 층들이 서로 부착되는 평면에 평행한 방향에서 측정될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 도파관의 폭은 도파관의 높이보다 크다. 도파관 층의 도파관들은 전자기 에너지의 라우팅, 결합 및 분할과 같은 몇몇 기능들을 수행할 수 있다.
일례에서, 중간층은 하단층의 포트로부터의 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 중간층의 도파관은 전자기 에너지를 분할할 수 있고, 전자기 에너지를 상단층에 위치된 적어도 하나의 방사 구조체에 라우팅할 수 있다. 다른 예에서, 중간층은 상단층의 적어도 하나의 방사 구조체로부터의 전자기 에너지를 수신할 수 있다. 중간층의 도파관들은 전자기 에너지를 결합할 수 있고, 전자기 에너지를 하단층에 위치된 포트에 라우팅할 수 있다.
상단층은 적어도 하나의 방사 구조체를 포함할 수 있다. 방사 구조체는 중간층에 부착된 금속 시트 상에 에칭, 커팅 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있다. 방사 구조체는 2개의 기능들 중 적어도 하나를 수행하도록 구성될 수 있다. 먼저, 방사 구조체는 도파관 내부에서 전파하는 전자기 에너지를 자유 공간으로 방사하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 도파관 내의 안내된 에너지를 자유 공간에서 전파하는 방사된 안내되지 않은 에너지로 변환시킨다). 둘째로, 방사 구조체는 자유 공간에서 전파하는 전자기 에너지를 수신하고 수신된 에너지를 도파관으로 라우팅하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 자유 공간으로부터의 안내되지 않은 에너지를 도파관 내에서 전파하는 안내된 에너지로 변환시킨다).
일부 실시예들에서, 방사 구조체는 방사 슬롯의 형태를 취할 수 있다. 방사 슬롯은 길이 디멘젼을 가질 수 있다. 길이 디멘젼은 슬롯에 대한 동작의 공진 주파수에 대응할 수 있다. 슬롯의 공진 주파수는 도파관의 전자기 에너지에 주파수와 동일하거나 실질적으로 근접할 수 있다. 예를 들어, 슬롯의 길이는 도파관의 전자기 에너지의 파장의 대략 절반에서 공진할 수 있다. 일부 예들에서, 슬롯의 공진 길이는 도파관의 높이보다 클 수 있다. 슬롯의 유효 길이가 도파관 내의 에너지가 커플링할 수 있는 슬롯의 길이(즉, 도파관에 개방된 슬롯 부분)이기 때문에, 슬롯이 도파관보다 길면 에너지는 슬롯에 정확하게 커플링되지 않을 수 있다. 따라서, 전자기 에너지는 슬롯으로부터 방사되지 않을 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 슬롯의 전체 길이가 공진 길이와 동일하지만, 슬롯은 여전히 도파관의 높이 내에 피팅되는 방식으로 슬롯이 형상화될 수 있다. 이러한 형상들은 Z, S, 7 또는 다른 유사한 형상들일 수 있다(예를 들어, 형상의 총 길이는 총 슬롯 유효 길이이고, 형상의 굽힘은 더 작은 공간에서 더 긴 슬롯을 허용한다). 따라서, 슬롯은 도파관의 높이보다 긴 슬롯처럼 기능하지만, 여전히 원하는 방사 주파수에서 공진할 수 있다.
도파관 유닛의 제조의 일례에서, 각각의 층 상에 위치되는 구조체들은, 층들이 함께 부착되기 전에 배치, 커팅, 에칭 또는 밀링(mill)될 수 있다. 따라서, 엘리먼트들의 위치는 각각이 기계가공되기 전에 각각의 층 상에 매우 정확하게 위치될 수 있다. 하단층이 중간층에 부착되는 경우, 포트는 도파관 섹션 바로 아래에 위치될 수 있다. 따라서, 전체 포트는 중간층의 도파관에 개방될 수 있다. 추가적으로, 상단 층의 방사 엘리먼트들은, 전체 방사 엘리먼트가 도파관 섹션 바로 위에 위치될 수 있는 방식으로 위치될 수 있다. 따라서, 전체 방사 엘리먼트는 중간층의 도파관에 개방될 수 있다.
도 1 내지 도 4는 단벽 도파관 방사를 위한 폴드형(folded) 방사 슬롯들에 대한 예시적인 장치들이 구현될 수 있는 예시적인 도파관들 및 레이더 시스템들을 예시한다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1은 레이더 안테나 유닛(100)의 도파관(102) 상의 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)의 예를 예시한다. 레이더 안테나 유닛(100)은 도파관(102) 상의 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)의 하나의 가능한 구성을 제시함을 이해해야 한다.
이러한 안테나의 주어진 애플리케이션은 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)) 및 도파관(102) 둘 모두에 대한 적절한 디멘젼들 및 크기들을 결정할 수 있음을 또한 이해해야 한다. 예를 들어, 앞서 논의된 바와 같이, 일부 예시적인 레이더 시스템들은 3.9 밀리미터 전자기파 길이에 대응하는 77 GHz의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 주파수에서, 방법(100)을 이용하여 제조된 장치의 채널들, 포트들 등은 77 GHz 주파수에 적절한 주어진 디멘젼들일 수 있다. 다른 예시적인 안테나들 및 안테나 애플리케이션들이 또한 가능하다.
레이더 안테나 유닛(100)의 도파관(102)은 H의 높이 및 W의 폭을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 도파관의 높이는 Y 방향으로 연장되고, 폭은 Z 방향으로 연장된다. 도파관의 높이 및 폭 둘 모두는 도파관(102)에 대한 동작 주파수에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 77 GHz에서 도파관(102)을 동작시키는 경우, 도파관(102)은 77 GHz 파의 전파를 허용하기 위해 높이 H 및 폭 W로 구성될 수 있다. 전자기파는 도파관을 통해 X 방향으로 전파될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관은 WR-12 또는 WR-10과 같은 표준 크기를 가질 수 있다. WR-12 도파관은 60 GHz(5mm 파장)와 90 GHz(3.33 mm 파장) 사이의 전자기파들의 전파를 지원할 수 있다. 추가적으로, WR-12 도파관은 대략 3.1 mm × 1.55 mm의 내부 디멘젼들을 가질 수 있다. WR-10 도파관은 75 GHz(4 mm 파장)와 110 GHz(2.727 mm 파장) 사이의 전자기파들의 전파를 지원할 수 있다. 추가적으로, WR-12 도파관은 대략 2.54 mm × 1.27 mm의 내부 디멘젼들을 가질 수 있다. WR-12 및 WR-10 도파관들의 디멘젼들은 예시를 위해 제시된다. 다른 디멘젼이 또한 가능하다.
도파관(102)은 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지를 방사하도록 추가로 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 도파관(102)의 표면 상에 위치될 수 있다. 추가적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 주로 높이 H 디멘젼을 갖는 도파관(102)의 측면 상에 위치될 수 있다. 추가로, 방사 슬롯들(104, 106a, 106b)은 Z 방향에서 전자기 에너지를 방사하도록 구성될 수 있다.
선형 슬롯(104)이 종래의 도파관 방사 슬롯일 수 있다. 선형 슬롯(104)은 슬롯의 긴 디멘젼과 동일한 방향에서 편파를 가질 수 있다. Y 방향에서 측정된 선형 슬롯(104)의 긴 디멘젼은 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지의 파장의 대략 절반일 수 있다. 77 Ghz에서, 선형 슬롯(104)의 긴 디멘젼은 선형 슬롯 공진을 형성하도록 대략 1.95 mm일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선형 슬롯(104)은 도파관(102)의 높이 H보다 큰 긴 디멘젼을 가질 수 있다. 따라서, 선형 슬롯(104)은 높이 H 디멘젼을 갖는 도파관의 측면에 알맞게 피팅되기에는 너무 길 수 있다. 선형 슬롯(104)은 도파관(102)의 상단 및 하단까지 계속될 수 있다. 추가적으로, 선형 슬롯(104)의 회전은 도파관의 배향에 대해 조절될 수 있다. 선형 슬롯(104)을 회전시킴으로써, 선형 슬롯(104)의 임피던스 및 방사의 편파 및 강도가 조절될 수 있다.
추가적으로, 선형 슬롯(104)은 X 방향에서 측정될 수 있는 폭 디멘젼을 갖는다. 일반적으로, 도파관의 폭은 선형 슬롯(104)의 폭을 조절하기 위해 변경될 수 있다. 많은 실시예들에서, 선형 슬롯(104)의 폭은 도파관을 통해 전파되고 있는 전자기 에너지의 파장의 대략 10%일 수 있다. 77 Ghz에서, 선형 슬롯(104)은 대략 0.39 mm일 수 있다. 그러나, 선형 슬롯(104)의 폭은 다양한 실시예들에서 더 넓거나 더 협소하게 형성될 수 있다.
그러나, 일부 상황들에서, 도파관(102)이 높이 H 디멘젼을 갖는 도파관의 측면 이외의 임의의 측면 상에 슬롯을 갖는 것은 실용적이지 않거나 가능하지 않을 수 있다. 예를 들어, 일부 제조 프로세스들은 도파관 구조체를 층들로 생성할 수 있다. 층들은 도파관의 오직 일측만을 자유 공간에 노출되게 할 수 있다. 층들이 생성되는 경우, 각각의 도파관의 상단 및 하단은 자유 공간에 노출되지 않을 수 있다. 따라서, 도파관의 상단 및 하단까지 연장되는 방사 슬롯은 자유 공간으로 완전히 노출되지 않을 것이고, 따라서 도파관의 일부 구성들에서 정확하게 기능하지 않을 것이다. 따라서, 일부 실시예들에서, 도파관 내부로부터 전자기 에너지를 방사하기 위해 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)이 사용될 수 있다.
도파관은 전자기 에너지를 방사하기 위해 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)과 같은 변경된 디멘젼들의 슬롯들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 도파관의 측면 상에 반파장 크기의 슬롯이 피팅될 수 없는 상황들에서 도파관 상에서 사용될 수 있다. 폴드형 슬롯들(106a 및 106b) 각각은 연관된 길이 및 폭을 가질 수 있다. 폴드형 슬롯의 곡선 또는 굽힘을 통해 측정되는 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 총 길이는 파의 전자기 에너지의 파장의 대략 절반과 동일할 수 있다. 따라서, 동일한 동작 주파수에서, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 선형 슬롯(104)과 대략 동일한 전체 길이를 가질 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은, 이들 각각이 문자 Z와 유사하게 형상화되기 때문에 Z-슬롯들이다. 다양한 실시예들에서, 다른 형상들이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, S-슬롯들 및 7-슬롯들 둘 모두가 또한 사용될 수 있다(여기서, 슬롯은 명칭이 지정된 문자 또는 숫자와 유사하게 형상화된다).
폴드형 슬롯들(106a 및 106b)은 또한 각각 회전을 가질 수 있다. 앞서 설명된 바와 유사하게, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 회전은 도파관의 배향에 대해 조절될 수 있다. 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)을 회전시킴으로써, 폴드형 슬롯들(106a 및 106b)의 임피던스 및 방사의 편파가 조절될 수 있다. 방사 강도는 또한 이러한 회전에 의해 변경될 수 있고, 이는 사이드 로브 레벨(SLL)을 낮추기 위한 배열에 대한 진폭 테이퍼들에 사용될 수 있다. SLL은 어레이 구조체에 대해 추가로 논의될 것이다.
도 2는 레이더 유닛(200)에서 10개의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)을 갖는 예시적인 도파관(202)을 예시한다. 전자기 에너지가 도파관(202)을 따라 전파됨에 따라, 전자기 에너지의 일부는 도파관(202) 상의 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 중 하나 이상에 커플링될 수 있다. 따라서, 도파관(202) 상의 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 전자기 신호를 (Z 방향으로) 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 연관된 임피던스를 가질 수 있다. 각각의 개별적인 방사 Z-슬롯들(204a-204j)에 대한 임피던스는 각각의 슬롯의 디멘젼들 및 각각의 슬롯의 회전 둘 모두의 함수일 수 있다. 각각의 개별적인 슬롯의 임피던스는 각각의 개별적인 방사 Z-슬롯에 대한 커플링 계수를 결정할 수 있다. 커플링 계수는 각각의 Z-슬롯에 의해 방사되는, 도파관(202)을 따라 전파되는 전자기 에너지의 퍼센티지를 결정한다.
일부 실시예들에서, 방사 Z-슬롯들(204a-204j)은 테이퍼 프로파일에 기초하여 회전들을 갖도록 구성될 수 있다. 테이퍼 프로파일은 각각의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)에 대한 주어진 커플링 계수를 특정할 수 있다. 추가적으로, 테이퍼 프로파일은 원하는 빔폭을 갖는 빔을 방사하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 일 실시예에서, 테이퍼 프로파일을 획득하기 위해, 방사 Z-슬롯들(204a-204j) 각각은 연관된 회전을 가질 수 있다. 각각의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)의 회전은 각각의 슬롯의 임피던스를 상이하게 할 수 있고, 따라서 각각의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)에 대한 커플링 계수가 테이퍼 프로파일에 대응하게 할 수 있다. 도파관(202)의 방사 Z-슬롯들(204a-204j)의 테이퍼 프로파일 뿐만 아니라 다른 도파관들의 다른 방사 Z-슬롯들의 테이퍼 프로파일들은 이러한 도파관들의 그룹을 포함하는 안테나 어레이의 빔폭을 제어할 수 있다. 테이퍼 프로파일은 또한 방사의 SLL을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 어레이가 전자기 에너지를 방사하는 경우, 에너지는 일반적으로 메인 빔 및 사이드 로브들로 방사된다. 통상적으로, 사이드 로브들은 어레이로부터의 바람직하지 않은 부작용이다. 따라서, 테이퍼 프로파일은 어레이로부터 SLL(즉, 사이드 로브들에서 방사되는 에너지의 양)을 최소화 또는 감소시키도록 선택될 수 있다.
도 3은 6개의 방사 도파관들(304a-304f)을 갖는 예시적인 레이더 시스템(300)을 예시한다. 6개의 방사 도파관들(304a-304f) 각각은 방사 Z-슬롯들(306a-306f)을 가질 수 있다. 6개의 방사 도파관들(304a-304f) 각각은 도 2에 대해 설명된 도파관(202)과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사 슬롯들을 각각 포함하는 도파관들의 그룹은 안테나 어레이로 공지될 수 있다. 안테나 어레이의 6개의 방사 도파관들(304a-304f)의 구성은 레이더 시스템(300)에 대한 원하는 방사 패턴 및 제조 프로세스 둘 모두에 기초할 수 있다. 레이더 시스템(300)의 방사 패턴의 성분들 중 2개는 빔 폭 뿐만 아니라 빔 각도를 포함한다. 예를 들어, 도 2에 대해 논의된 바와 유사하게, 방사 도파관들(304a-304f) 각각의 방사 Z-슬롯들(306a-306f)의 테이퍼 프로파일은 안테나 어레이의 빔폭을 제어할 수 있다. 레이더 시스템(300)의 빔폭은 대다수의 레이더 시스템의 방사 에너지가 지향되는 안테나 평면(예를 들어, X-Y 평면)에 대한 각도에 대응할 수 있다.
도 4는 6개의 방사 도파관들(404a-404f) 및 도파관 급전 시스템(402)을 갖는 예시적인 레이더 시스템(400)을 예시한다. 6개의 방사 도파관들(404a-404f)은 도 3의 6개의 방사 도파관들(304a-304f)과 유사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 급전 시스템(402)은 입력 포트에서 전자기 신호를 수신하고, 전자기 신호를 6개의 방사 도파관들(404a-404f) 사이에 분할하도록 구성될 수 있다. 따라서, 방사 도파관들(404a-404f) 각각의 방사 Z-슬롯(406a-406f) 각각이 방사하는 신호는 도파관 급전 시스템을 통해 X 방향으로 전파될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 도파관 급전 시스템(402)은 도 4에 도시된 것과는 상이한 형상들 또는 구성들을 가질 수 있다. 도파관 급전 시스템(402)의 형상 및 구성에 기초하여, 방사된 신호의 다양한 파라미터들이 조절될 수 있다. 예를 들어, 방사된 빔의 방향 및 빔폭은 도파관 급전 시스템(402)의 형상 및 구성에 기초하여 조절될 수 있다.
도 5는 밀리미터 전자기파들을 전파하도록 구성된 77 GHz 도파관 폴드형 슬롯 안테나와 같은, 예시적인 도파관 안테나로 전자기 에너지를 방사하는 예시적인 방법이다. 블록들(500-504)이 순차적 순서로 예시되어 있지만, 이러한 블록들은 또한 본원에 설명된 것과는 상이한 순서로 및/또는 병렬적으로 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록들은 더 적은 블록들로 결합될 수 있고, 추가적인 블록들로 분할될 수 있고 그리고/또는 원하는 구현에 기초하여 제거될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도파관 안테나의 일부 형상들 및 디멘젼들은 제조하기에 매우 편리할 수 있지만, 공지된 또는 아직 공지되지 않은 것과 연관된 다른 형상들, 디멘젼들 및 방법들이 동등하거나 훨씬 더 편리하게 구현될 수 있다. 제조된 도파관 안테나의 부분들, 예를 들어 본원에서 설명된 것 이외의 형상들 및 디멘젼들을 포함하여 안테나에 형성된 도파관 채널들의 부분들의 다양한 형상들 및 디멘젼들이 또한 가능하다. 후속 및/또는 중간적 블록들은 또한 다른 실시예들에서 수반될 수 있다.
또한, 도 5의 방법의 양태들은 도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하여 설명될 수 있고, 여기서 도 6은 예시적인 도파관 장치(600)의 일부의 분해도를 예시한다. 이러한 예에서, 도파관 장치(600)는 상단층(612)과 하단층(614) 사이에 도파관층(602)을 포함하는 층상 구조를 갖는다.
블록(500)에서, 방법은 도파관 층의 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 블록(500)은 또한 하단층의 포트를 통해 전자기 에너지를 수신하는 단계 및 포트로부터의 전자기 에너지를 도파관에 커플링하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 도파관 층(602)이 도파관 층에 형성된 도파관(604)의 일부와 함께 도 6에 도시되어 있다. 도 6은 예시적인 도파관 장치(600)를 단면도로 도시한다(즉, 도 6의 도면은, 예시적인 도파관 장치(600)의 수직 슬라이스가 정면에서 보이는 것처럼 되어 있다). 예들 내에서, 도파관 층에 형성된 하나 이상의 도파관 채널들은, 전자기파들(예를 들어, 밀리미터 전자기 파들)이 도파관 안테나로 진입한 후 이 파들을 다양한 방사 슬롯들, 예를 들어, 앞서 설명된 Z-슬롯들로 지향시키도록 구성되는 라우팅 도파관 채널들일 수 있다. 도파관 층에 형성되는 이러한 및/또는 다른 도파관 채널들은 도 1의 도파관(102)에 대해 앞서 언급된 디멘젼들과 같은 다양한 형상들 및 디멘젼들을 가질 수 있다. 예시의 방식으로, 도파관 채널들의 하나 이상의 부분들은 앞서 설명된 내부 디멘젼들에 따라 대략 2.54 mm × 대략 1.27 mm일 수 있고, 여기서 도파관층(602)은 대략 2.54 mm의 두께이다.
게다가, 하단층(614)은 도파관 장치(600) 내로 전자기파들을 수신하도록 구성된 입력 포트(622)를 포함할 수 있고, 그 다음, 전자기파들은 도파관(604)을 통해 전파되고 방사 엘리먼트(620) 밖으로 방사될 수 있다. 입력 포트(622)는 방사 엘리먼트(620) 바로 아래에 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서, 입력 포트(622)는 방사 엘리먼트 바로 아래에 위치되지 않고 방사 엘리먼트(620)에 대해 하단층(614)의 다른 곳에 위치될 수 있음을 이해해야 한다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 입력 포트(622)는 실제로 전자기 에너지가 도파관(604)을 떠날 수 있게 하는 출력 포트로서 기능할 수 있다.
도 5를 다시 참조하면, 블록(502)에서, 방법은 도파관으로부터의 전자기 에너지를 도파관층에 커플링된 방사층에 위치된 방사 엘리먼트에 커플링하는 단계를 포함한다. 전자기 에너지가 도파관을 따라 전파됨에 따라, 전자기 에너지의 일부는 도 2에 대하여 설명한 방사 Z-슬롯들(204a-204j)과 같은 방사 엘리먼트들 중 하나 이상에 커플링될 수 있다. 일부 예들에서, 방사 엘리먼트들 각각은 연관된 임피던스를 가질 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 각각의 개별적인 방사 엘리먼트에 대한 임피던스는 각각의 슬롯의 디멘젼들 및 각각의 슬롯의 회전 둘 모두의 함수일 수 있다. 각각의 개별적인 방사 엘리먼트의 임피던스는 각각의 개별적인 방사 엘리먼트 및 도파관 사이의 커플링 계수를 결정할 수 있다. 커플링 계수는 각각의 방사 엘리먼트에 의해 방사되는, 도파관을 따라 전파되는 전자기 에너지의 퍼센티지의 척도이다.
블록(504)에서, 방법은 커플링된 전자기 에너지를 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계를 포함한다. 예시의 방식으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상단층(612)은 적어도 하나의 방사 엘리먼트(620)를 포함할 수 있다. 방사 엘리먼트(620)는 도파관층(602)에 부착된 금속 시트 상에 에칭, 커팅 또는 그렇지 않으면 위치될 수 있다. 방사 엘리먼트(620)는 도파관(604) 내부로부터 커플링된 전자기 에너지를 자유 공간으로 방사하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 엘리먼트는 도파관(604) 내의 안내된 에너지를 자유 공간에서 전파하는 안내되지 않는 에너지로 변환시킨다).
일부 실시예들에서, 방법(500)은 역순서로 수행될 수 있다(즉, 전자기 에너지가 도파관 장치(600)에 의해 수신될 수 있다). 방사 엘리먼트(620)는 자유 공간에서 전파하는 전자기 에너지를 수신하고 수신된 에너지를 도파관(604)으로 라우팅하도록 구성될 수 있다(즉, 방사 구조체는 자유 공간으로부터의 안내되지 않은 에너지를 도파관 내에서 전파하는 안내된 에너지로 변환시킨다). 도파관(604)내의 에너지는 도파관(604)을 통해 포트(622)(이러한 예에서, 출력 포트)로 전파될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 도파관 채널들 중 적어도 일부는 방사 및 하단 금속층들 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 도파관 채널들의 제1 부분은 방사 금속층으로 형성될 수 있는 한편, 하나 이상의 도파관 채널들의 제2 부분 및 제3 부분은 각각 도파관 및 하단 금속층으로 형성될 수 있고, 여기서 제2 및 제3 부분들은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 이러한 실시예들에서, 방사, 도파관 및 하단층들이 함께 커플링되는 경우, 층들은 함께 커플링되어 제2 및/또는 제3 층들의 하나 이상의 도파관 채널들의 부분들은 제1 금속층의 하나 이상의 도파관 채널들의 제1 부분과 실질적으로 정렬되고, 따라서 전자기파들(예를 들어, 밀리미터 전자기파)을 전파하도록 구성될 수 있는 도파관 안테나의 하나 이상의 도파관 채널들을 형성한다. 이 예에서, 도파관의 일부가 또한 방사 층 및/또는 하단층에 위치될 수 있기 때문에, 도파관의 폭은 도파관 층의 폭보다 더 넓을 수 있다.
다른 실시예들에서, 하나 이상의 도파관 채널들은 완전히 도파관 금속층 내에 형성될 수 있다. 이러한 다른 실시예들에서, 방사 및 하단 금속층들은 전자기파들의 방사를 용이하게 하도록 구성될 수 있는 다른 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 방사 금속층은 밀리미터 전자기파들과 같은 도파관 장치(600)로부터 전자기파들을 방사하도록 구성된 슬롯을 포함하는 방사 엘리먼트와 같은 방사 엘리먼트(620)를 포함할 수 있다. 슬롯은 하나 이상의 도파관 채널들의 디멘젼에 대한 회전 배향을 가질 수 있다. 예를 들어, 슬롯은 Z-슬롯 또는 다른 타입의 슬롯일 수 있다.
전술된 것들을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 프로세스들이 방사, 도파관, 하단 및/또는 추가적 층들과 관련될 수 있음을 이해해야 한다. 또한 본원에 설명된 배열들은 오직 예시의 목적임을 이해해야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 다른 배열들 및 다른 엘리먼트들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 동작들, 순서들 및 동작들의 그룹 등)이 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 엘리먼트들은 완전히 생략될 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 설명된 엘리먼트들 중 다수는 이산적 또는 분산형 컴포넌트들로서 또는 임의의 적합한 조합 및 위치에서 다른 컴포넌트들과 함께 구현될 수 있는 기능적 개체들이다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본원에 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들은 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 자명할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 실시예들은 예시의 목적이며 제한적인 것으로 의도되지 않고, 그 범위는 하기 청구항들에 의해 표시된다.

Claims (20)

  1. 방사 구조체로서,
    도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 도파관층 - 상기 도파관은 높이 디멘젼(dimension) 및 폭 디멘젼을 가짐 -; 및
    상기 도파관층에 커플링된 방사층을 포함하고,
    상기 방사층은 상기 도파관의 상기 높이 디멘젼과 평행하고;
    상기 방사층은 방사 엘리먼트를 포함하고, 상기 방사 엘리먼트는:
    각진(angular) 또는 곡선형(curved) 경로에 의해 정의된 슬롯을 포함하고,
    상기 도파관층에 커플링되며,
    상기 도파관의 상기 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가지고, 상기 유효 길이는 상기 슬롯의 상기 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정되는, 방사 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사층에서 복수의 방사 엘리먼트들을 더 포함하고,
    각각의 방사 엘리먼트는:
    각각의 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의되는 각각의 슬롯을 포함하고,
    상기 도파관의 상기 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 갖고,
    상기 유효 길이는 상기 각각의 슬롯의 상기 각각의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정되는, 방사 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 도파관의 디멘젼에 대한 회전 배향을 갖고, 상기 회전 배향은 원하는 커플링 팩터(coupling factor)를 제공하는, 방사 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯은 Z-형상을 갖는 각진 경로에 의해 정의되고, 상기 Z-형상은 중심부 및 2개의 암들을 포함하고, 각각의 암은 상기 중심부의 대향 단부들에서 상기 중심부에 연결되는, 방사 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯은 S-형상을 갖는 곡선형 경로에 의해 정의되는, 방사 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 안테나는 대략 77 기가헤르쯔(GHz)에서 동작하고 밀리미터(mm) 전자기파들을 전파하도록 구성되는, 방사 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폭 디멘젼은 상기 높이 디멘젼보다 큰, 방사 구조체.
  8. 제2항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는 각각의 회전을 갖고, 각각의 방사 엘리먼트의 각각의 회전은 원하는 테이퍼 프로파일(taper profile)에 기초하여 선택되는, 방사 구조체.
  9. 제2항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는 다른 방사 엘리먼트들과 동일한 유효 길이를 갖는, 방사 구조체.
  10. 전자기 에너지를 방사하는 방법으로서,
    도파관층에서 도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하는 단계 - 상기 도파관은 높이 디멘젼 및 폭 디멘젼을 가짐 -;
    상기 도파관으로부터의 상기 전자기 에너지를 상기 도파관층에 커플링된 방사층에 위치된 방사 엘리먼트에 커플링하는 단계 -
    상기 방사층은 상기 도파관의 상기 높이 디멘젼과 평행하고,
    상기 방사층은 상기 방사 엘리먼트를 포함하고, 상기 방사 엘리먼트는
    각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 슬롯을 포함하고,
    상기 도파관층에 커플링되며,
    상기 도파관의 상기 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 갖고, 상기 유효 길이는 상기 슬롯의 상기 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정됨 -; 및
    상기 커플링된 전자기 에너지를 상기 방사 엘리먼트에 의해 방사하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제11항에 있어서,
    상기 방사층에서 복수의 방사 엘리먼트들을 포함하고, 각각의 방사 엘리먼트는:
    각각의 각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 각각의 슬롯을 포함하고,
    상기 도파관의 상기 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 갖고 - 상기 유효 길이는 각각의 슬롯의 상기 각각의 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정됨 -;
    상기 도파관으로부터 커플링된 전자기 에너지를 방사하도록 구성되는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯은 상기 도파관의 디멘젼에 대한 회전 배향을 갖고, 상기 회전 배향은 원하는 커플링 팩터를 제공하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯은 Z-형상을 갖는 각진 경로에 의해 정의되고, 상기 Z-형상은 중심부 및 2개의 암들을 포함하고, 각각의 암은 상기 중심부의 대향 단부들에서 상기 중심부에 연결되는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯은 S-형상을 갖는 곡선형 경로에 의해 정의되는, 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 도파관 안테나는 대략 77 기가헤르쯔(GHz)에서 동작하고 밀리미터(mm) 전자기파들을 전파하도록 구성되는, 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 폭 디멘젼은 상기 높이 디멘젼보다 큰, 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는 각각의 회전을 갖고, 각각의 방사 엘리먼트의 각각의 회전은 원하는 테이퍼 프로파일에 기초하여 선택되는, 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    각각의 방사 엘리먼트는 다른 방사 엘리먼트들과 동일한 유효 길이를 갖는, 방법.
  19. 방사 구조체로서,
    도파관을 통해 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 도파관층 - 상기 도파관은 디멘젼 및 폭 디멘젼을 갖고, 상기 전자기 에너지는 파장을 가짐 -; 및
    상기 도파관층에 커플링된 방사층을 포함하고,
    상기 방사층은 상기 도파관의 상기 높이 디멘젼과 평행하고;
    상기 방사층은 방사 엘리먼트들의 선형 어레이를 포함하고, 상기 어레이는
    복수의 방사 엘리먼트들을 포함하고, 각각의 방사 엘리먼트는:
    각진 또는 곡선형 경로에 의해 정의된 슬롯을 포함하고,
    상기 도파관층에 커플링되며,
    상기 도파관의 상기 높이 디멘젼보다 큰 유효 길이를 가지고 - 상기 유효 길이는 상기 슬롯의 상기 각진 또는 곡선형 경로를 따라 측정됨 -,
    각각의 회전을 가지며, 각각의 방사 엘리먼트의 각각의 회전은 원하는 테이퍼 프로파일에 기초하여 선택되며;
    상기 선형 어레이에서 인접 방사 엘리먼트들 사이의 간격은 상기 파장의 절반과 대략 동일한, 방사 구조체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 슬롯은 Z-형상을 갖는 각진 경로에 의해 정의되고, 상기 Z-형상은 중심부 및 2개의 암들을 포함하고, 각각의 암은 상기 중심부의 대향 단부들에서 상기 중심부에 연결되는, 방사 구조체.
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