KR20190021494A - 도금된, 사출 성형된, 자동차 레이더 도파관 안테나 - Google Patents

도금된, 사출 성형된, 자동차 레이더 도파관 안테나 Download PDF

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Abstract

레이더 시스템은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 분할-블록 어셈블리를 포함한다. 제1 부분 및 제2 부분은 시임을 형성하고, 여기서 제1 부분은 시임에 대향하는 상부 측면을 갖고 제2 부분은 시임에 대향하는 하부 측면을 갖는다. 시스템은 제2 부분의 하부 측면 상에 위치하는 적어도 하나의 포트를 포함한다. 부가적으로, 시스템은 제1 부분의 상부 측면 상에 위치하는 방사 엘리먼트들을 포함하고, 방사 엘리먼트들은 복수의 어레이로 배열된다. 또한, 시스템은 적어도 하나의 포트에 각각의 어레이를 결합하도록 구성되는 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트를 포함한다. 또한, 분할-블록 어셈블리는 폴리머로 만들어지고, 적어도 도파관들의 세트, 적어도 하나의 포트, 및 복수의 방사 엘리먼트는 폴리머의 표면 상의 금속을 포함한다.

Description

도금된, 사출 성형된, 자동차 레이더 도파관 안테나
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2016년 7월 26일에 출원된 미국 특허 출원 제15/219423호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에서 달리 지시하지 않는 한, 이 섹션에 설명된 자료는 본 출원의 청구범위에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함되는 것에 의해 종래 기술로 인정되는 것도 아니다.
라디오 신호들(radio signals)을 방출하고 리턴(return)되는 반사 신호들을 검출함으로써 환경적 피처들(environmental features)에 대한 거리들을 능동적으로 추정하기 위해 라디오 검출 및 레인징(radio detection and ranging)(RADAR) 시스템들이 사용될 수 있다. 라디오-반사성 피처들(radio-reflective features)까지의 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시변 주파수 램프(time-varying frequency ramp)를 갖는 신호와 같은 시간에 따라 주파수가 변하는 신호를 방출하고, 그 다음에 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수 차이를 레인지 추정치(range estimate)와 관련시킬 수 있다. 일부 시스템은 수신된 반사 신호의 도플러 주파수 편이(Doppler frequency shifts)에 기초하여 반사 물체의 상대적인 운동을 또한 추정할 수 있다.
지향성 안테나들은 각각의 레인지 추정치를 베어링과 연관시키기 위한 신호들의 송신 및/또는 수신을 위해 사용될 수 있다. 더욱 일반적으로, 지향성 안테나들은 방사된 에너지를 주어진 관심 시야(field of view)에 포커싱하는 데 또한 이용될 수 있다. 측정된 거리들과 방향 정보의 결합은 주변 환경 피처들이 매핑되는 것을 허용한다. 따라서, 레이더 센서는 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 예를 들어 자율주행 차량 제어 시스템(autonomous vehicle control system)에 의해 이용될 수 있다.
일부 예시적인 자동차 레이더 시스템들은 밀리미터(mm) 파 전자기 파장(예를 들어, 77 기가헤르츠(GHz)에 대해 3.9 mm)에 대응하는 77 GHz의 전자기파 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 레이더 시스템들은, 레이더 시스템이 자율주행 차량 주위의 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있게 하기 위해 방사 에너지를 타이트한 빔들(tight beams)에 포커싱할 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 콤팩트형이고(통상적으로는 직사각형 폼 팩터들을 가짐), 효율적이고(즉, 안테나에서 열로 손실되거나 송신기 전자기기들로 다시 반사되는 77 GHz 에너지가 거의 없음), 비용이 저렴하고, 제조가 용이하다(즉, 이러한 안테나들을 갖는 레이더 시스템들은 대량으로 만들어질 수 있음).
레이더 시스템을 위한 방법들 및 장치들에 관한 실시예들이 본 명세서에 개시된다. 레이더 시스템은 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 분할-블록 어셈블리(split-block assembly)를 포함한다. 제1 부분 및 제2 부분은 시임(seam)을 형성하고, 여기서 제1 부분은 시임에 대향하는 상부 측면을 갖고 제2 부분은 시임에 대향하는 하부 측면을 갖는다. 시스템은 제2 부분의 하부 측면 상에 위치하는 적어도 하나의 포트를 추가로 포함한다.
부가적으로, 시스템은 제1 부분의 상부 측면 상에 위치하는 복수의 방사 엘리먼트를 포함하고, 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열된다. 또한, 시스템은 각각의 어레이를 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 결합하도록 구성되는 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트를 포함한다. 또한, 분할-블록 어셈블리는 폴리머로 만들어지고, 적어도 도파관들의 세트, 적어도 하나의 포트, 및 복수의 방사 엘리먼트는 폴리머의 표면 상의 금속을 포함한다.
다른 양태에서, 본 출원은 도파관 안테나 유닛을 형성하는 방법을 설명한다. 방법은 폴리머로부터 분할-블록 어셈블리의 제1 부분을 형성하는 단계를 포함하고, 제1 부분은 제1 부분의 상부 측면 상에 위치하는 복수의 방사 엘리먼트를 포함하고, 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열된다. 방법은 또한 폴리머로부터 분할-블록 어셈블리의 제2 부분을 형성하는 단계를 포함하고, 제2 부분은 제2 부분의 하부 측면 상의 적어도 하나의 포트를 포함한다. 부가적으로, 방법은 적어도 제1 부분의 제1 영역 및 제2 부분의 제2 영역 상에 금속 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 시임을 형성하기 위해 제1 부분의 하부 측면과 제2 부분의 상부 측면을 결합함으로써 분할-블록 어셈블리를 조립하는 단계를 포함하고, 여기서 결합은 제1 부분과 제2 부분 사이의 전기적 접속을 형성한다. 시임은 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트의 중심을 정의할 수 있다. 도파관들의 세트는 각각의 어레이를 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 결합하도록 구성된다. 또한, 적어도 도파관들의 세트, 적어도 하나의 포트, 및 복수의 방사 엘리먼트는 금속을 포함한다.
또 다른 예에서, 레이더 시스템이 제공된다. 레이더 시스템은 복수의 부분을 갖는 방사 어셈블리를 포함하고, 각각의 부분은 폴리머로 만들어진다. 레이더 시스템은 복수의 부분 중의 적어도 하나에 형성된 포트를 추가로 포함한다. 포트는 방사 어셈블리의 하부 측면 상에 위치될 수 있다. 부가적으로, 시스템은 복수의 부분 중의 적어도 하나에 형성된 복수의 방사 엘리먼트를 포함한다. 방사 엘리먼트들은 방사 어셈블리의 상부 측면 상에 위치될 수 있다. 그리고, 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열될 수 있다. 또한, 시스템은 각각의 어레이를 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 결합하도록 구성되는 방사 어셈블리 내의 도파관들의 세트를 포함한다. 또한, 도파관들의 세트, 적어도 하나의 포트, 및 복수의 방사 엘리먼트는 폴리머의 표면 상의 금속을 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적이고, 임의의 방식으로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위에서 설명한 예시적인 양태들, 실시예들, 및 특징들에 부가하여, 추가의 양태들, 실시예들, 및 특징들은 도면들 및 다음의 상세한 설명을 참조하여 분명해질 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 상부의 조립도를 도시한다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 하부의 조립도를 도시한다.
도 1c는 금속 부분을 갖는 도파관의 예시적인 등각 단면도를 도시한다.
도 1d는 금속 부분을 갖는 도파관의 예시적인 등각 단면도를 도시한다.
도 1e는 금속 부분을 갖는 도파관의 예시적인 등각 단면도를 도시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제1 층을 도시한다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제2 층을 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전력 결합기(power coupler)를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 조립된 예시적인 안테나 내부에 형성된 개념적 도파관 채널들을 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파-방사 부분을 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 도파관 안테나 유닛을 형성하는 방법을 도시한다.
아래의 상세한 설명에서는, 그 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조한다. 도면들에서, 유사한 부호들은, 문맥이 달리 진술하지 않으면, 유사한 컴포넌트들을 통상적으로 식별한다. 상세한 설명, 도면 및 청구항에서 설명되는 예시적인 실시예들은 한정하는 것으로 의도하지 않는다. 본 명세서에서 제시되는 주제의 범위로부터 벗어나지 않고서, 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 설명되고, 도면들에 도시되는 바와 같이, 본 개시내용의 양태들은 다양한 상이한 구성들로 배열, 대체, 조합, 분리, 및 설계될 수 있고, 이들 모두는 본 명세서에서 명백하게 고려된다는 점이 용이하게 이해될 것이다.
다음의 상세한 설명은 폴리머 재료로 구성되는 레이더 안테나 어레이를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 레이더 안테나 어레이는 사출 성형 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 종래의 폴리머는 레이더 안테나 어레이의 라디오 주파수(radio frequency)(RF) 부분에서 전자기 에너지를 전도하지 않기 때문에, 레이더 안테나 어레이의 폴리머 표면의 적어도 일부는 레이더 유닛에 대한 충분한 성능 레벨을 달성하기 위해 금속으로 코팅될 수 있다. 금속 코팅은 많은 상이한 프로세스에 의해 레이더 안테나 어레이의 다양한 표면에 도포될 수 있다. 일부 예들에서, 금속 코팅은 전기 도금을 통해 결합될 수 있다. 다른 예들에서, 금속 코팅은 무전해 도금 또는 물리적 기상 증착(physical vapor deposition)을 통해 도포될 수 있다. 일반적으로, 금속층은 적어도 도파관을 통해 전파될 신호의 표피 깊이(skin depth)의 두께를 갖는다. 사실상, 높은 동작 주파수 때문에, 표피 깊이는 비교적 얇다. 따라서, 위에서 논의한 도금 프로세스들은 도파관 동작을 위한 충분한 두께의 금속 층을 생성할 수 있다.
자율주행 차량의 레이더 안테나 어레이는 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 각각의 안테나는, (i) 전자기 신호를 전송, (ii) 전자기 신호를 수신, 또는 (iii) 전자기 신호를 송신 및 수신 둘 다를 하도록 구성될 수 있다. 안테나들은 안테나 엘리먼트들의 어레이를 형성할 수 있다. 어레이의 각각의 안테나는 도파관으로부터 공급될 수 있다(즉, 신호가 공급될 수 있다). 부가적으로, 도파관은 다양한 안테나에 의해 수신된 신호들을 레이더 시스템 내의 수신기에 통신할 수 있다. 부가적으로, 안테나 유닛의 외부에 위치하는 회로 보드가 안테나 유닛으로 그리고 안테나 유닛으로부터 신호들을 통신할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전자기 에너지, 전자기 신호, 신호, 전자기파, 및 파라는 용어는 시스템 및 방법과 함께 사용되는 전자기 에너지를 나타내기 위해 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
다음의 상세한 설명은 단일-입력 단일-출력 단일-입력, 다중-출력(SIMO), 다중-입력 단일-출력(MISO), 다중-입력 다중-출력(MIMO), 및/또는 합성 애퍼처 레이더(synthetic aperture radar)(SAR) 레이더 안테나 아키텍처의 형태를 취할 수 있는 안테나 어레이를 갖는 장치와 함께 사용될 수 있다. 레이더 안테나 아키텍처는 복수의 "이중 개방-단부 도파관(dual open-ended waveguide)"(DOEWG) 안테나들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 용어 "DOEWG"는 본 명세서에서 수평 도파관 채널의 짧은 섹션 플러스 2개의 부분으로 분할하는 수직 채널을 지칭할 수 있으며, 수직 채널의 2개의 부분 각각은 안테나에 들어가는 전자기파들의 적어도 일부를 방사하도록 구성되는 출력 포트를 포함한다. 부가적으로, 복수의 DOEWG 안테나들이 안테나 어레이로 배열될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 레이더 안테나 아키텍처는 복수의 안테나 어레이를 포함할 수 있다.
예시적인 안테나 아키텍처는, 예를 들어, 각각이 사출 성형 프로세스(injection molding process)에 의해 형성되는 2개의 층을 포함할 수 있고, 안테나의 각각의 층의 RF 컴포넌트들 상에 형성된 금속 코팅을 가질 수 있다. 예를 들어, RF 컴포넌트들은 입력 포트, 도파관들, 및 방사 엘리먼트(즉, 안테나 엘리먼트들)를 포함할 수 있고, 각각은 각각 금속으로 코팅될 수 있다. 레이더 유닛들에 대한 종래의 안테나 아키텍처들은, 컴퓨터 수치 제어(computer numerical control)(CNC)에 의해 기계 가공되고(machined) 함께 결합될 수 있는 금속(예를 들어, 알루미늄 플레이트들)으로 형성된다. 사출 성형 프로세스로 스위칭함으로써, 안테나 유닛들은 더욱 저렴하게, 더 적은 시간에, 더 엄격한 허용 오차에 의해, 더 낮은 중량(weight)으로 구축될 수 있다. 사출 성형 프로세스를 통해 만들어진 안테나 유닛들은 안테나 유닛의 다양한 컴포넌트들(예컨대 RF 컴포넌트들)에 대해 종래의 CNC 밀링된(milled) 안테나 유닛들과 동일한 또는 유사한 기하 구조들을 특징으로 할 수 있다. 본 명세서에 개시된 안테나 유닛들은 안테나의 플라스틱 캐스트(plastic cast)를 만들기 위해 사출 성형 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 플라스틱 캐스트의 적어도 일부는 안테나의 기능적 RF 컴포넌트들을 생성하기 위해 금속으로 도금될 수 있다.
안테나 유닛의 제1 층은 입력 도파관 채널의 제1 절반을 포함할 수 있고, 제1 도파관 채널의 제1 절반은 전자기파들(예를 들어, 77 GHz 밀리미터 파들)을 제1 도파관 채널로 수신하도록 구성될 수 있는 입력 포트를 포함한다. 제1 층은 또한 복수의 파 분할 채널(wave-dividing channel)의 제1 절반을 포함할 수 있다. 복수의 파 분할 채널은 입력 도파관 채널로부터 분기하고 입력 도파관 채널로부터 전자기파를 수신하고 전자기파를 복수의 전자기파 부분들(즉, 전력 분할기들)로 분할하고, 전자기파들의 각자의 부분들을 복수의 파 방사 채널의 각자의 파 방사 채널로 전파하도록 구성될 수 있는 채널들의 네트워크를 포함할 수 있다. 금속 도금이 적용된 후에, 2개의 층이 함께 조립되어 분할-블록 어셈블리를 형성할 수 있다.
다양한 예들에서, 안테나 아키텍처의 전력 분할 엘리먼트들은 도파관들의 2차원 또는 3차원 분할 네트워크일 수 있다. 도파관들의 분할 네트워크는 도파관 기하 구조를 이용하여 전력을 분할할 수 있다. 예를 들어, 피드 도파관들(feed waveguides)은 미리 결정된 높이 및 폭을 가질 수 있다. 미리 결정된 높이 및 폭은 레이더 유닛의 동작 주파수에 기초할 수 있다. 분할 네트워크는 원하는 테이퍼 프로파일을 달성하기 위해 피드 도파관들의 미리 결정된 높이 및 폭과 높이 및/또는 폭이 상이한 도파관들을 포함할 수 있다.
본 개시내용에서, 방사 엘리먼트들(즉, 안테나 엘리먼트들)에 신호를 제공하는 피드 도파관들은 분할-블록 어셈블리의 상부 및 하부 부분들 사이에서 분할될 수 있다. 또한, 피드 도파관들은 모두 피드 도파관들의 높이의 중간점이 피드 도파관들 전부에 대해 공통인 공통 평면에 위치될 수 있다. 도파관들의 분할 네트워크는 피드 도파관들과 동일한 평면에 부분적으로 그리고 적어도 하나의 다른 평면에 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 도파관들의 분할 네트워크의 일부의 전체 높이는 분할-블록 어셈블리의 제1 또는 제2 부분 내로 몰딩될 수 있다. 2개의 블록 피스가 결합될 때, 다른 블록 부분의 표면은 2개의 블록 섹션 중 하나에서 완전히 그의 높이를 갖는 도파관들의 부분 또는 분할 네트워크의 에지를 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 도파관 캐비티들 및 컷들(cuts)의 수직 부분은 분할 블록 시임(split block seam)에 대해 대칭이다.
도파관 시스템을 동작시킬 때, 다양한 신호들이 도파관 시스템을 통해 전파될 수 있다. 도파관 시스템은 안테나 블록의 상부 표면 상에 적어도 하나의 안테나 엘리먼트를 각각 갖는 도파관들의 네트워크를 포함할 수 있다. 통상적으로, 각각의 안테나 엘리먼트는 그것에 공급되는 전자기 에너지의 일부를 방사할 것이다.
도파관은 하나의 위치로부터 다른 위치로 전자기 에너지를 전도하는 구조이다. 일부 경우에, 도파관을 갖는 전자기 에너지를 전도하는 것은 다른 전도 수단보다 손실이 적다는 이점을 갖는다. 전자기 에너지가 매우 낮은 손실 매체를 통해 전도되기 때문에 도파관은 통상적으로 다른 전도 수단보다 적은 손실을 가질 것이다. 예를 들어, 도파관의 전자기 에너지는 공기 또는 낮은 손실 유전체를 통해 전도될 수 있다.
공기 충전된 도파관(air-filled waveguide)과 같은 일 실시예에서, 도파관은 금속 외측 전도체(예를 들어, 몰딩된 플라스틱 표면 상의 금속 도금)를 가질 것이다. 도파관의 크기 및 형상은 전자기 에너지의 전파를 정의한다. 예를 들어, 전자기 에너지는 도파관의 금속 벽들로부터 바운스(또는 반사)될 수 있다. 도파관의 형상 및 재료들에 기초하여, 전자기 에너지의 전파가 변할 것이다. 도파관의 형상 및 재료들은 전자기 에너지에 대한 경계 조건들을 정의한다. 경계 조건들은 도파관의 에지들에서 전자기 에너지에 대한 공지된 조건들이다. 예를 들어, 금속 도파관에서, 도파관 벽들이 거의 완벽하게 전도하고 있다고 가정하면, 경계 조건들은 벽 측면들 중 임의의 것에서 접선 방향으로 향하는 전기장(tangentially directed electric field)이 존재하지 않는다는 것을 명시한다. 경계 조건들이 알려지면, 맥스웰 방정식(Maxwell's Equations)을 이용하여 전자기 에너지가 도파관을 통해 어떻게 전파하는지를 결정할 수 있다.
맥스웰 방정식은 임의의 주어진 도파관에 대한 여러 동작 모드를 정의할 수 있다. 각각의 모드는 전자기 에너지가 도파관을 통해 전파할 수 있는 하나의 특정 방식을 갖는다. 각각의 모드는 연관된 컷오프 주파수를 갖는다. 전자기 에너지가 컷오프 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 경우에는 도파관에서 모드가 지원되지 않는다. (i) 도파관 치수들과 (ii) 동작 주파수 둘다를 적절히 선택함으로써, 전자기 에너지는 도파관을 통해 특정 모드로 전파할 수 있다. 종종, 도파관들은 설계 주파수에서 하나의 전파 모드만이 지원되도록 설계된다.
4가지 주요 유형의 도파관 전파 모드들이 있다: 횡방향 전기(Transverse Electric)(TE) 모드들, 횡방향 자기(Transverse Magnetic)(TM) 모드들, 횡방향 전자기(Transverse Electromagnetic)(TEM) 모드들, 및 하이브리드 모드들. TE 모드에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파의 방향에서 전기장을 갖지 않는다. TM 모드에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파의 방향에서 자기장을 갖지 않는다. TEM 모드에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파의 방향에서 전기장 또는 자기장을 갖지 않는다. 하이브리드 모드에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파의 방향에서 전기장과 자기장 둘 다의 일부를 갖는다.
TE, TM, 및 TEM 모드들은 폭 방향 및 높이 방향과 같은 전파의 방향에 직교하는 2개의 방향에 대응하는 2개의 접미사 번호들을 사용하여 더 특정될 수 있다. 0이 아닌 접미사 번호는 도파관의 폭 및 높이와 동일한 전자기 에너지의 각자의 반파장들의 개수를 나타낸다. 그러나, 0인 접미사 번호는 그 방향에 대한 필드의 변동(variation of the field)이 없다는 것을 나타낸다. 예를 들어, TE10 모드는 도파관이 폭의 반파장이고 높이 방향에서 필드 변동이 없다는 것을 나타낸다. 전형적으로, 접미사 번호가 0과 같을 때, 각자의 방향에서의 도파관의 치수는 파장의 절반보다 작다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관의 폭이 하나의 파장(즉, 2개의 반파장) 및 높이가 하나의 반파장이라는 것을 나타낸다.
TE 모드에서 도파관을 동작시킬 때, 접미사 번호들은 또한 도파관의 각자의 방향을 따라 필드-최대들의 수(number of field-maximums)를 나타낸다. 예를 들어, TE10 모드는 도파관이 폭 방향에서 하나의 전기장 최대 및 높이 방향에서 제로 최대를 갖는다는 것을 나타낸다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관이 폭 방향에서 2개의 전기장 최대 및 높이 방향에서 하나의 최대를 갖는다는 것을 나타낸다.
본 개시내용의 범위 내의 예시적인 시스템들이 이제 더 상세히 설명될 것이다. 레이더 안테나 어레이가 플라스틱 사출 성형된 어레이(plastic injection-molded array)를 금속 도금하는 것에 의해 형성되는 예시적인 시스템이 사용되거나, 구현될 수 있거나, 자동차 레이더 시스템, 자동차 레이더 시스템의 레이더 능력들을 테스트하는 시스템, 또는 임의의 다른 타입의 도파관 시스템의 형태를 취할 수 있다. 부가적으로, 예시적인 시스템들은 승용차, 트럭, 오토바이, 버스, 보트, 비행기, 헬리콥터, 잔디 깎는 기계, 땅 고르는 기계, 보트, 스노모빌, 항공기, 레저 차량, 놀이공원 차량, 농기구, 건설 장비, 트램, 골프 카트, 열차, 및 트롤리와 같은 다른 차량들에 구현될 수 있다. 도파관들을 사용하는 다른 시스템들은 플라스틱으로 사출 성형되고 금속 도금을 갖는 레이더 안테나 어레이를 또한 포함할 수 있다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나(100)의 상부의 조립도를 도시한다. 예시적인 안테나(100)는 제1 층(110) 및 제2 층(120)을 포함할 수 있다. 제2 층(120)은 정렬 핀들, 나사들 등을 하우징하도록 구성되는 복수의 홀들(112)(쓰루홀들(through-holes) 및/또는 블라인드 홀들(blind-holes))을 포함할 수 있다. 제1 층(110)은 제2 층(120)의 홀들(112)과 정렬되는 복수의 홀들(도시되지 않음)을 또한 포함할 수 있다. 2개의 층은 공통 평면에서 결합할 수 있다(즉, 2개의 층은 시임에서 결합될 수 있다).
도 1a에 도시된 바와 같이, 어레이(106)는 DOEWG 방사 엘리먼트들(102)의 어레이를 포함할 수 있고, 그 수 및 위치는 안테나(100)의 DOEWG들 및 채널들의 수에 기초하여 변할 수 있다. DOEWG 어레이의 방사 엘리먼트들(102)은 선형 어레이(도시된 바와 같음), 2차원 어레이, 단일 엘리먼트, 또는 다른 구성의 방사 엘리먼트들일 수 있다.
일부 예들에서, 안테나(100)는 송신 어레이(106) 및 수신 어레이(108)를 포함할 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 각각의 어레이의 다양한 엘리먼트들을 포함하는 RF 컴포넌트들은 사출 성형 프로세스를 통해 초기에 만들어진 후에 금속으로 도금될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에서, RF 컴포넌트들 이외의 컴포넌트들은 또한 금속으로 도금될 수 있다. 예를 들어, 안테나 블록의 상부 및 하부 표면은 금속으로 코팅될 수 있다. 다양한 예들에서, 상이한 금속 코팅들도 가능하다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 층들(110,120)은 플라스틱으로 사출 성형될 수 있고 적어도 3 mm 두께(예를 들어, 약 5.84 mm 내지 6.86 mm)일 수 있다. 부가적으로, 제2 층(120)은 약 3.886 mm의 두께로 사출 성형될 수 있다. 다른 두께들도 가능하다.
일부 실시예들에서, 2개의 층(110, 120)의 결합은 2개의 층의 교합 표면들(mating surfaces) 사이의 공기 갭(air gap) 또는 다른 불연속(discontinuity)을 초래할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 이러한 갭 또는 불연속은 안테나 장치의 높이의 중심에 근접하여(예를 들어, 가능한 한 가깝게) 있을 수 있고 약 0.05 mm 이하의 크기를 가질 수 있다. 또한, 공기 갭을 감소시키거나 제거하기 위해 추가의 두께의 금속이 하나 또는 두 표면 상에 도금될 수 있다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나(140)의 하부의 조립도를 도시한다. 안테나(140)는 도 1a에 도시된 안테나(100)의 하부일 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 층(110)은 정렬 핀들, 나사들 등을 하우징하도록 구성되는 복수의 홀들(142)(쓰루홀들 및/또는 블라인드 홀들)을 포함할 수 있다. 복수의 홀들(142) 중 하나 이상은 제2 층(120)의 홀들과 정렬될 수 있다. 또한, 도 1b는 제1 층(110)의 2개의 포트(144, 146)를 도시한다. 포트(144, 146)는 안테나(140)가 안테나(140) 내에 위치한 하나 이상의 도파관 채널로 전자기파를 수신하는 곳일 수 있다. 포트(144, 146)는 또한 안테나(140)가 안테나(140) 내에 위치한 하나 이상의 도파관 채널로부터의 전자기파를 후속 처리에 결합하는 곳일 수 있다. 일부 예들에서 포트들(144, 146)은 안테나(140) 내외로 신호들을 결합하도록 구성되는, 양방향성일 수 있다.
도 1c는 금속 부분(153A, 153B)을 갖는 도파관(150)의 예시적인 등각 단면도를 도시한다. 예시적인 도파관(150)은 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)으로 형성된다. 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)은 시임(156)에서 결합된다. 도파관은 캐비티(158)를 포함한다. 캐비티(158) 내에서, 전자기 에너지는 도파관(150)의 동작 동안 전파한다. 도파관(150)은 또한 피드(159)를 포함할 수 있다. 피드(159)는 도파관(150) 내의 캐비티(158)에 전자기 에너지를 제공하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 피드(159)는 전자기 에너지가 도파관(150)을 떠날 수 있게 하는 데 사용될 수 있다. 도 1c의 예시적인 도파관(150)은 캐비티(158)의 높이의 중간 지점에서의 시임(156)을 특징으로 한다. 다양한 실시예들에서, 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)은 도파관의 축을 따라 다양한 상이한 위치들에서 함께 결합될 수 있다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)은 각자의 금속 부분(153A, 153B)을 가질 수 있다. 하부 부분(154)의 금속 부분(153A) 및 상부 부분(152)의 금속 부분(153B)은 도금 프로세스를 통해 각각 형성될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 상부 부분(152)과 하부 부분(154) 둘 다는 폴리머로 만들어질 수 있다. 각자의 금속 부분들(153A, 153B)은 캐비티(158) 및 포트(159)의 내부 부분과 같은 RF 표면들 상에 도금될 수 있다. 따라서, 상부 부분(152)이 하부 부분(154)과 접촉하게 될 때, 각자의 금속 부분들의 전기적 결합이 존재한다. 도 1c에 도시된 예에서, RF 표면들만이 도금된다. 도 1d 및 도 1e와 관련하여 설명된 것들과 같은 다른 예들에서, RF 표면들 이외의 추가 표면들도 도금될 수 있다.
도 1d는 금속 부분(153C, 153D)을 갖는 도파관(160)의 예시적인 등각 단면도를 도시한다. 도파관(160)은 도파관(160)이 상이한 도금을 갖는다는 점을 제외하고, 전술한 도파관(150)과 유사할 수 있다. 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)은 각자의 금속 부분(153C, 153D)을 가질 수 있다. 하부 부분(154)의 금속 부분(153C) 및 상부 부분(152)의 금속 부분(153D)은 도금 프로세스를 통해 각각 형성될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 상부 부분(152)과 하부 부분(154) 둘 다는 폴리머로 만들어질 수 있다. 각자의 금속 부분들(153C, 153D)은 각자의 부분의 전체 표면을 가로질러 플레이(play)될 수 있다. 예를 들어, 하부 부분(154)의 금속 부분(153C)은 하부 부분(154)의 전체 상부 표면을 덮을 수 있다. 부가적으로, 상부 부분(152)의 금속 부분(153D)은 상부 부분(152)의 전체 하부 표면을 덮을 수 있다. 따라서, 상부 부분(152)이 하부 부분(154)과 접촉하게 될 때, 각자의 금속 부분들의 전기적 결합이 존재한다. 캐비티(158) 및 포트(159)의 내부 부분은 이 예에서 금속으로 도금될 수 있다.
도 1e는 금속 부분(153E, 153F)을 갖는 도파관(170)의 예시적인 등각 단면도를 도시한다. 도파관(170)은 도파관(170)이 상이한 도금을 갖는다는 점을 제외하고, 전술한 도파관(150)과 유사할 수 있다. 상부 부분(152) 및 하부 부분(154)은 각자의 금속 부분(153E, 153F)을 가질 수 있다. 하부 부분(154)의 금속 부분(153E) 및 상부 부분(152)의 금속 부분(153F)은 도금 프로세스를 통해 각각 형성될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 상부 부분(152)과 하부 부분(154) 둘 다는 폴리머로 만들어질 수 있다. 각자의 금속 부분들(153E, 153F)은 각자의 부분의 전체 표면을 가로질러 플레이될 수 있다. 예를 들어, 하부 부분(154)의 금속 부분(153E)은 하부 부분(154)의 전체 상부 표면을 덮을 수 있다. 부가적으로, 상부 부분(152)의 금속 부분(153F)은 상부 부분(152)의 전체 하부 표면을 덮을 수 있다. 따라서, 상부 부분(152)이 하부 부분(154)과 접촉하게 될 때, 각자의 금속 부분들의 전기적 결합이 존재한다. 캐비티(158) 및 포트(159)의 내부 부분은 이 예에서 금속으로 도금될 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제1 층(200)을 예시한다. 도파관의 파선들(전체적으로 사용됨)은 피드 도파관들의 빔포밍 컴포넌트들(beamforming components)을 나타낸다. 이 예에서, 제1 층(200)은 복수의 도파관 채널(202)의 제1 절반을 포함한다. 이들 도파관 채널들(202)은 다수의 세장형 세그먼트(multiple elongated segments)(204)를 포함할 수 있다. 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제1 단부(206)는 복수의 동일 선상의 파 지향 부재들(collinear wave-directing members)(208)일 수 있고, 각각은 다른 파 지향 부재들과 유사하거나 상이한 크기들을 갖는다. 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 쓰루홀(212)(즉, 입력 포트)을 포함할 수 있다. 주어진 양의 전력은 대응하는 양의 전자기파(즉, 에너지)를 장치 내에 공급하는 데 사용될 수 있고, 쓰루홀(212)은 이들 파가 장치 내에 공급되는 위치일 수 있다. 위의 설명에 따라, 입력 포트를 포함하는 도파관 채널들(202)의 단일 채널/세그먼트는 본 명세서에서 입력 도파관 채널로 지칭될 수 있다.
장치에 들어갈 때, 전자기파들은 일반적으로, 도시된 바와 같이, 전력 분할기들(214)의 어레이(즉, "빔포밍 네트워크(beam-forming network)")를 향해 +x 방향으로 이동할 수 있다. 어레이(214)는 전자기파들을 분할하고 파들의 각자의 부분들을 각각의 세장형 세그먼트(204)의 각자의 제1 단부들(206)에 전파하도록 기능할 수 있다. 더욱 구체적으로, 파들은 파 지향 부재들(208)을 향해 어레이(214)를 떠난 후에 +x 방향으로 계속 전파할 수 있다. 위의 설명에 따라, 도파관 채널들의 어레이(214) 섹션은 본 명세서에서 파 분할 채널들로 지칭될 수 있다.
전자기파들의 부분들이 도파관 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 각자의 서브-부분들을 통해 도파관 채널들의 제2 절반으로(즉, 도시된 바와 같이 +z 방향으로) 전파할 수 있다. 예를 들어, 전자기 에너지는 먼저 제1 층(200)(즉, 포켓) 내로 추가로 리세싱되거나, 또는 몰딩되는 파 지향 부재에 도달할 수 있다. 그 리세싱된 부재는, 리세싱된 부재들보다는 돌출 부재들일 수 있는 제1 단부(206) 더 아래로 후속 부재들 각각보다 전자기 에너지의 더 작은 분율(fraction)을 전파하도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 후속 부재는 그 앞에 있는 부재보다 제1 단부(206)에서 그 특정의 세장형 세그먼트(204) 아래로 이동하는 전자기파들의 더 큰 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 단부(206)의 원단에서의 부재는 전자기파의 최고 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 각각의 파 지향 부재(208)는 다양한 치수를 갖는 다양한 형상을 취할 수 있다. 다른 예들에서, 하나보다 많은 부재가 리세스될 수 있다(또는 부재들 중 어느 것도 리세스되지 않을 수 있다). 또 다른 예들도 가능하다. 또한, 다양한 양의 세장형 세그먼트가 가능하다.
제2 층은 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반을 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반의 각자의 부분들은 하나 이상의 도파관 채널의 제1 절반의 세장형 세그먼트와 실질적으로 정렬된 세장형 세그먼트 및, 세장형 세그먼트의 단부에서, 적어도 하나의 파 지향 부재와 부분적으로 정렬되어 제2 층 밖으로 적어도 하나의 파 지향 부재로부터 전파된 전자기파를 방사하도록 구성되는 적어도 한 쌍의 쓰루홀들을 포함한다.
예들에서, 제2 절반의 세장형 세그먼트는 2개의 세그먼트가 임계 거리 내에 있을 때, 또는 세그먼트들의 중심들이 임계 거리 내에 있을 때 제1 절반의 세장형 세그먼트와 실질적으로 정렬되는 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 2개의 세그먼트의 중심들이 서로의 약 ± 0.051 mm 내에 있다면, 세그먼트는 실질적으로 정렬되는 것으로 간주될 수 있다.
다른 예에서, 2개의 절반이 결합될 때(즉, 2개의 사출 성형된 층이 합쳐질 때), 세그먼트들의 에지들은 세그먼트의 제1 절반의 에지와 세그먼트의 제2 절반의 대응하는 에지가 서로의 약 ± 0.051 mm 내에 있는 경우에 실질적으로 정렬되는 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 예들에서, 2개의 층을 결합할 때, 하나의 층은 그것들의 측면들이 서로 동일 평면에 있지 않도록 다른 층에 대해 기울어질 수 있다. 이러한 다른 예들에서, 2개의 층, 및 따라서 세그먼트들의 2개의 절반은 이 각도 오프셋이 약 0.5도 미만일 때 실질적으로 정렬되는 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예들에서, 적어도 한 쌍의 쓰루홀들은 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반의 세장형 세그먼트들에 수직일 수 있다. 또한, 적어도 한 쌍의 쓰루홀들의 각자의 쌍들은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이, 주어진 쌍의 쓰루홀들은 단일 채널을 형성하기 위해 제1 부분에서 만날 수 있다. 그 단일 채널은 대응하는 파 지향 부재에 의해 전파된 전자기파들의 적어도 부분을 수신하고 전자기파들의 적어도 부분을 제2 부분으로 전파하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 부분은 더블릿(doublet)으로서 구성된 2개의 출력 포트를 포함할 수 있고, 쓰루홀들의 쌍의 제1 부분으로부터 전자기파들의 적어도 부분을 수신하고, 전자기파들의 적어도 그 부분을 2개의 출력 포트 밖으로 전파하도록 구성될 수 있다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제2 층(220)을 예시한다. 제2 층(220)은 도 2a에 도시된 제1 층(200)의 복수의 도파관 채널(202)의 제2 절반(즉, 입력 도파관 채널, 파 분할 채널들, 및 파 방사 채널들의 제2 절반)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도파관 채널들(202)의 제2 절반은 채널들의 2개의 절반의 적절한 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 이동할 수 있고, 여기서 전자기파들은 부분들로 분할되고, 그 다음에 부분들은 세장형 세그먼트들(222)의 제2 절반들의 각자의 단부들(226)에 (즉, 도시된 바와 같이 +x 방향으로) 이동한다. 또한, 주어진 세장형 세그먼트의 단부(226)는 제1 층(200)의 파 지향 부재들(208)과 적어도 부분적으로 정렬될 수 있는 다수 쌍들의 쓰루홀들(228)을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 전술한 바와 같이, 전자기파들의 주어진 서브-부분이 제1 층(200)으로부터 제2 층(220)으로 전파될 때, 그 서브-부분들은 그 다음에 도시된 바와 같이 -z 방향으로 쓰루홀들의 쌍(즉, 출력 포트들의 쌍) 밖으로 방사되도록, 쓰루홀들의 각각의 쌍은 반사 엘리먼트로도 지칭되는 대응하는 파 지향 부재와 적어도 부분적으로 정렬될 수 있다. 또한, 주어진 파 지향 부재와 대응하는 쌍의 출력 포트들의 조합은 전술한 바와 같이 DOEWG를 형성할 수 있다.
더욱이, 모든 DOEWG들의 조합은 본 명세서에서 DOEWG 어레이라고 지칭될 수 있다. 안테나 이론에서, 안테나가 더 큰 방사 애퍼처를 가질 때(즉, 안테나의 표면 영역이 얼마나 방사되는지, 표면 영역은 DOEWG 어레이를 포함하는지), 그 안테나는 더 높은 이득(dB) 및 더 좁은 빔 폭을 가질 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 더 높은 이득 안테나는 채널당 더 많은 DOEWG들을 갖는 더 많은 채널들(즉, 세장형 세그먼트들)을 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 예시적인 안테나가 자율주행 차량 목적들(예를 들어, 세그먼트당 5개의 DOEWG를 갖는 6개의 세장형 세그먼트)에 적합할 수 있지만, 다른 실시예들이 또한 가능할 수 있고, 이러한 다른 실시예들은 자동차 레이더를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 응용을 위해 설계/몰딩될 수 있다.
예를 들어, 이러한 다른 실시예들에서, 안테나는 최소의 단일 DOEWG를 포함할 수 있다. 이러한 배열에 의하면, 출력 포트들은 모든 방향에서 에너지를 방사할 수 있다(즉, 낮은 이득, 넓은 빔 폭). 일반적으로, 세그먼트들/DOEWG들의 상한은 제1 및 제2 층들에 대해 사용되는 금속의 타입에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 높은 저항을 갖는 금속은 전자기파가 도파관 채널을 따라 이동함에 따라 그 파를 감쇠시킬 수 있다. 이와 같이, 더 큰 고저항성 안테나가 설계될 때(예를 들어, 더 많은 채널들, 더 많은 세그먼트들, 더 많은 DOEWG들 등), 입력 포트를 통해 안테나에 주입되는 에너지는 많은 에너지가 안테나 밖으로 방사되지 않는 정도로 감쇠될 수 있다. 따라서, 더 큰 안테나를 설계하기 위해, 더 적은 저항성(및 더 많은 도전성) 금속들이 제1 및 제2 층들에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예들에서, 제1 및 제2 층들 중 적어도 하나는 알루미늄일 수 있다. 또한, 다른 실시예들에서, 제1 및 제2 층들 중 적어도 하나는 구리, 은, 또는 다른 도전성 재료일 수 있다. 또한, 알루미늄 층들은 안테나 성능을 증가시키기 위해 구리, 은, 또는 다른 저저항성 및/또는 고전도성 재료들로 도금될 수 있다. 다른 예들도 가능하다.
안테나는 하나 이상의 도파관 채널의 제1 절반을 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반과 정렬하여 하나 이상의 도파관 채널을 형성(즉, 복수의 파 분할 채널들의 제1 절반을 복수의 파 분할 채널들의 제2 절반과 정렬하고, 복수의 파 방사 채널들의 제1 절반을 복수의 파 방사 채널들의 제2 절반과 정렬)하기 위해 제1 층을 제2 층에 결합시키도록 구성되는 적어도 하나의 체결구(fastener)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 이것을 용이하게 하기 위해, 제1 층, 제1 복수의 쓰루홀(도 2a에 도시되지 않음)이 적어도 하나의 체결구를 하우징하도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 제2 층에서, 제2 복수의 쓰루홀(도 2b에 도시되지 않음)은 제1 복수의 쓰루홀과 실질적으로 정렬될 수 있고 제2 층을 제1 층에 결합하기 위해 적어도 하나의 체결구를 하우징하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 적어도 하나의 체결구는 정렬된 제1 및 제2 복수의 쓰루홀들 내에 제공되고, 2개의 층이 함께 결합되는 방식으로 고정될 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 체결구는 다수의 체결구일 수 있다. 나사들 및 정렬 핀들과 같은 기계적 체결구들(및 체결을 용이하게 하는데 사용되는 기술)은 2개의 층을 함께 결합(예를 들어, 나사고정)하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 2개의 층은 그 사이에 접착층이 없이 서로 직접 결합될 수 있다. 또한, 2개의 층은 스냅 끼움(snap fits), 초음파 용접, 열 스테이킹(heat staking) 등과 같은, 접착과 상이한 방법들을 이용하여 함께 결합될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서는, 알려져 있거나 아직 알려져 있지 않은 층들을 결합하는 임의의 방법들에 추가하여 또는 그 대안으로서 이러한 방법들이 사용될 수 있다는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 블라인드 홀이 제1 층 및/또는 제2 층의 복수의 쓰루홀들에 추가하여 또는 그 대안으로서 제1 층 내로 및/또는 제2 층 내로 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 블라인드 홀은 체결(예를 들어, 하우징 나사들 또는 정렬 핀들)을 위해 사용될 수 있거나 또는 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전력 결합기를 도시한다. 전력 결합기는 도파관들에 있는 전자기 에너지(즉, 전력)를 분할하도록 기능할 수 있다. 서로 수직으로 인접하거나 수평으로 인접하게 정렬되는 도파관들의 2개의 섹션 사이에 전력 결합기가 형성된다. 전력 결합기는 금속 도금 플라스틱으로 형성되는 RF 컴포넌트들 중 하나일 수 있다.
에너지는 입력 도파관 채널을 통해 안테나에 들어갈 수 있고, 전력 분할기(370)와 같은 각각의 전력 분할기에서 에너지의 더 작은 부분들로 분할(즉, 분리)되고, 각자의 에너지의 양이 피드 도파관들 각각에 공급되도록 후속 전력 분할기들을 통해 여러 번 분할될 수 있다. 주어진 전력 분할기에서 분할되는 에너지의 양은 전력 분할비(즉, 얼마나 많은 에너지가 하나의 채널(374)에 들어가는지 대 얼마나 많은 에너지가 분할 후에 다른 채널(376)에 들어가는지)에 의해 제어될 수 있다. 주어진 전력 분할비는 대응하는 전력 분할기의 치수들에 기초하여 조절될 수 있다. 추가로, 각각의 전력 분할기 및 연관된 전력 분할비는 파 방사 채널들에서 원하는 "전력 테이퍼(power taper)"를 달성하도록 설계/계산될 수 있다.
예들 내에서, (도 3에 도시된 것과 같이) 2개의 인접한 도파관(374, 376) 사이에서 에너지를 분할하기 위한 기술은 도 3에 도시된 것과 같은 결합 애퍼처(coupling aperture)(372)를 갖는 층을 사용하는 것일 수 있다. 결합 애퍼처(372)의 크기, 형상, 및 위치를 조절함으로써, 원하는 테이퍼 프로파일이 달성될 수 있다. 또한, 각각이 상이한 분할 블록 섹션에 위치하는 2개의 인접한 도파관이 램프 섹션(382)에 결합되어 단일 도파관을 형성할 수 있다. 램프 섹션 후의 단일 도파관은 분할-블록 어셈블리(380)의 공통 평면에 위치할 수 있다.
도 4는 조립된 예시적인 안테나 내부에 형성된 개념적 도파관 채널(400) 및 다른 RF 컴포넌트들을 도시한다. 더욱 구체적으로, 도파관 채널들(400)은 도 2a 및 도 2b의 도파관 채널들(202)의 형태를 취한다. 예를 들어, 채널들(400)은 입력 도파관 채널(464)에 대한 입력 포트(462)를 포함한다. 채널들(400)은 또한 파 분할 채널들(466) 및 복수의 방사 더블릿(468)(즉, DOEWG 어레이)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 전자기파들이 입력 포트(462)에서 채널들(400)에 들어갈 때, 전자기파들은 입력 도파관 채널(464)을 통해 +x 방향으로 이동하고 파 분할 채널들(466)에 의해(예를 들어, 전력 분할기들에 의해) 부분들로 분할될 수 있다. 전자기파들의 그 부분들은 이어서 +x 방향으로 각자의 방사 더블릿들(468)로 이동할 수 있고, 여기서, 그 부분들의 서브-부분들은 예를 들어 방사 쌍(470)과 같은 출력 포트들의 쌍들을 통해 각각의 DOEWG 밖으로 방사된다.
특정한 파 방사 채널에서, 전자기파들의 부분은 위에서 논의된 바와 같이 리세싱된 파 지향 부재(472)(즉, 역 스텝(inverse step), 또는 "웰(well)")를 갖는 제1 DOEWG를 통해 먼저 전파될 수 있다. 이러한 리세싱된 파 지향 부재(472)는 특정한 파 방사 채널의 DOEWG들의 부재들 전부의 에너지의 최소 분율을 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 후속 DOEWG가 그 이전에 있는 DOEWG보다 나머지 에너지의 더 높은 분율을 방사할 수 있도록, 후속 파 지향 부재들(474)이 형성(예를 들어, 리세싱되기보다는 돌출)될 수 있다. 달리 말하면, 각각의 파 지향 부재(472, 474)는 일반적으로 수평(+x 방향) 채널(즉, 파 방사 채널, 또는 위에서 언급된 바와 같이 "세장형 세그먼트"의 "제1 단부")에 스텝으로서 형성될 수 있고, 방사되는 에너지의 양 대 안테나 아래로 더 전송되는 에너지의 양을 튜닝하기 위해 안테나에 의해 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 주어진 DOEWG는 임계 레벨의 에너지보다 많이 방사할 수 없을 수 있고 임계 레벨의 에너지보다 적게 방사할 수 없을 수 있다. 이러한 임계값들은 DOEWG 컴포넌트들(예를 들어, 파 지향 부재, 수평 채널, 수직 채널, 2개의 출력 포트 사이의 브리지 등)의 치수들에 기초하여 변할 수 있거나, 또는 안테나와 연관된 다른 인자들에 기초하여 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 층들은 도파관 채널들(400)의 다양한 측면들이 예를 들어 에지(476, 478, 및 480)와 같은 둥근 에지들을 갖도록 몰딩될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파 방사 부분(500)을 예시한다. 도 5의 파 방사 부분(500)은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파 방사 더블릿을 예시한다. 더욱 구체적으로, 도 5는 예시적인 DOEWG(500)의 단면을 도시한다. 위에서 언급된 바와 같이, DOEWG(500)는 수평 피드(즉, 채널), 수직 피드(즉, 더블릿 넥(doublet neck)), 및 파 지향 부재(504)를 포함할 수 있다. 수직 피드는 수평 피드로부터의 에너지를 2개의 출력 포트(502)에 결합하도록 구성될 수 있고, 2개의 출력 포트 각각은 DOEWG(500) 밖으로 전자기파들의 적어도 일부를 방사하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 입력 포트로부터 가장 먼 DOEWG는 위치(506)에서의 백스톱(backstop)을 포함할 수 있다. 백스톱은 각자의 도파관의 단부 또는 종단(termination)일 수 있다. 최종 DOEWG 이전에 있는 DOEWG들은 단순히 위치(506)에서 개방될 수 있고 전자기파들은 그 위치(506)를 통해 후속 DOEWG들로 전파될 수 있다. 예를 들어, 복수의 DOEWG들은 직렬로 접속될 수 있고, 여기서 수평 피드는 복수의 DOEWG들에 걸쳐 공통이다. 도 5는 방사 엘리먼트 내로 결합하는 전자기 신호의 진폭 및/또는 위상을 튜닝하도록 조절될 수 있는 다양한 파라미터들을 도시한다.
DOEWG(500)와 같은 DOEWG를 튜닝하기 위해, 수직 피드 폭 vfeed_a 및 스텝(504)의 다양한 치수들(예를 들어, dw, dx, 및 dz1)은 DOEWG(500) 밖으로 방사된 에너지의 상이한 분율들을 달성하도록 튜닝될 수 있다. 스텝(504)은 수직 피드 내로 수평 피드 아래로 전파하는 전자기파들의 일부를 반사하므로 반사 컴포넌트로도 지칭될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 반사 컴포넌트의 높이 dz1은 네거티브일 수 있고, 즉, 수평 피드의 하부 아래로 연장될 수 있다.
일부 예들에서, DOEWG(500)의 각각의 출력 포트(502)는 연관된 위상 및 진폭을 가질 수 있다. 각각의 출력 포트(502)에 대해 원하는 위상 및 진폭을 달성하기 위해, 다양한 기하 구조 컴포넌트들이 조절될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 스텝(반사 컴포넌트)(504)은 수직 피드를 통해 전자기파의 일부를 지향시킬 수 있다. 각자의 DOEWG(500)의 각각의 출력 포트(502)와 연관된 진폭을 조절하기 위해, 각각의 출력 포트(502)와 연관된 높이가 조절될 수 있다. 또한, 각각의 출력 포트(502)와 연관된 높이는 출력 포트(502)의 이 피드 섹션의 높이 또는 깊이들일 수 있고, 높이 또는 깊이 조절일 수 있을 뿐만아니라, 일반적으로 다수의 이러한 변화들 또는 스텝들 또는 상승하는 또는 하강하는 높이들 또는 깊이들일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 높이 dz2 및 높이 dz3는 2개의 출력 포트(502)에 대한 진폭을 제어하도록 조절될 수 있다. 높이 dz2 및 높이 dz3에 대한 조절들은 더블릿 넥(예를 들어, 도 5의 수직 피드)의 물리적 치수들을 변경할 수 있다. 더블릿 넥은 높이 dz2 및 높이 dz3에 기초하여 치수들을 가질 수 있다. 따라서, 높이 dz2 및 높이 dz3이 다양한 더블릿에 대해 변경됨에 따라, 더블릿 넥의 치수들(즉, 더블릿 넥의 적어도 일 측의 높이)이 변할 수 있다. 일 예에서, 높이 dz2가 높이 dz3보다 크기 때문에, 높이 dz2와 연관된(즉, 그에 인접하여 위치한) 출력 포트(502)는 높이 dz3과 연관된 출력 포트(502)에 의해 방사된 신호의 진폭보다 큰 진폭으로 방사할 수 있다.
도 6은 예시적인 안테나를 구성하는 방법(600)을 도시한다. 방법(600)은 블록(602)에서 폴리머로부터 분할-블록 어셈블리의 제1 부분을 형성함으로써 시작될 수 있다. 블록(604)에서, 방법(600)은 폴리머로부터 분할-블록 어셈블리의 제2 부분을 형성하는 단계를 포함한다. 제1 및 제2 부분들은 각각 전술한 도파관 안테나들의 상부 및 하부 부분들 중 하나일 수 있다. 각자의 부분들은 폴리머(예를 들어, 플라스틱) 사출 성형 프로세스를 통해 형성될 수 있다. 사출 성형을 통해, 각각의 각자의 도파관 부분의 다양한 구조들이 형성될 수 있다. 일부 추가 예들에서, 최종 안테나는 여기에 설명된 바와 같이 2개보다 많은 부분을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 블록들(602 및 604)은 최종 안테나를 생성하기 위해 2개보다 많은 부분을 구성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 안테나들은 3개의(또는 그 이상의) 층들 또는 부분들로 구성될 수 있다. 부가적으로, 중량을 감소시키기 위해, 플라스틱 부분들은 몰딩 프로세스 후에 추가로 속을 파낼 수 있다.
사실상, 사출 성형은 안테나의 다양한 피처들이 종래의 CNC 기계 가공 프로세스들과 비교하여 더 정밀한 허용 오차들 및 기하 구조에 대한 더 적은 제한들을 갖는 구성으로 되게 할 수 있다. 예를 들어, CNC 프로세스들을 통해 생성하는 것이 가능하지 않은(또는 상업적으로 실용적이지 않은) 일부 피처들이 사출 성형에 의해 생성될 수 있다. 다양한 예들에서, 각각의 절반은 안테나의 다양한 피처들에 대한 원하는 최종 치수들로 몰딩될 수 있다. 금속 도금(블록(606)에서 도포됨)은 비교적 얇기 때문에, 그것은 도금이 도포되는 다양한 엘리먼트들의 치수들을 크게 변경하지 않을 것이다.
블록(606)에서, 방법(600)은 적어도 제1 부분의 제1 영역 및 제2 부분의 제2 영역 상에 금속 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 적어도 도파관들의 세트, 적어도 하나의 포트, 및 복수의 방사 엘리먼트를 포함하는 안테나의 RF 컴포넌트는 금속으로 코팅될 수 있다. 전술한 바와 같이, 안테나의 동작 주파수는 77 GHz일 수 있다. 이 주파수에서, 표피 깊이(신호가 금속 표면으로 전파되는 깊이)는 대략 0.25 미크론이다. 금속 도금의 두께가 표피 깊이보다 작은 경우, 그것은 신호를 전파할 때 일부 바람직하지 않은 효과들을 생성할 수 있다. 사실상, 금속이 충분히 두꺼운 것을 확실히 하기 위해 표피 깊이의 적어도 4배 또는 5배만큼 두꺼운 층이 사용될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 금속 도금은 3 내지 15 미크론 두께일 수 있다.
다양한 예들에서, 도금을 생성하기 위해 상이한 금속들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 고전도성 및 비자성 둘 다인 금속이 도금을 위해 사용될 수 있다. 사실상, 구리, 은 및 금과 같은 금속들이 도금을 위해 사용될 수 있다. 다른 금속들, 또는 금속들의 조합이 또한 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 금속은 각자의 부분들의 플라스틱 표면에 부착하는 금속의 능력에 기초하여 선택될 수 있다.
도 1c-1e와 관련하여 전술한 바와 같이, 실시예에 따라 다양한 표면들이 도금될 수 있다. 일부 예들에서, RF 신호들과 상호 작용할 표면들만이 도금될 수 있다. 다른 예들에서, 각자의 부분의 전체 표면이 도금될 수 있다. 또 다른 예들에서, 각자의 부분의 외부 표면들의 전부(또는 대부분)는 금속으로 도금될 수 있다.
블록(608)에서, 방법(600)은 시임을 형성하기 위해 제1 부분의 하부 측면과 제2 부분의 상부 측면을 결합함으로써 분할-블록 어셈블리를 조립하는 단계를 포함한다. 결합은 제1 부분과 제2 부분 사이에 전기적 접속을 형성하고, 시임은 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트의 중심을 정의한다. 도파관들의 세트는 각각의 어레이를 적어도 하나의 포트 중 적어도 하나에 결합하도록 구성될 수 있다. 2개의 부분은 열 스테이킹, 용접 또는 접착제에 의한 체결을 포함하는 다양한 수단에 의해 서로 결합되거나, 나사, 핀, 클립 또는 다른 수단에 의해 물리적으로 결합된다. 결합될 때, 2개의 부분은 서로 전기적으로 결합될 수 있다. 즉, 적어도 도파관의 RF 부분들은 인접한 부분 상에 각자의 도파관과 접촉하는 금속 부분을 가질 수 있다.
부가적으로, 안테나는 안테나와 인터페이스하도록 구성되는 회로 보드를 가질 수 있다. 회로 보드는 안테나의 내부 및 외부로 신호를 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회로 보드 상의 컴포넌트들은 안테나로의 송신을 위해 신호들을 주입할 수 있다. 부가적으로, 회로 보드는 또한 수신된 신호들을 안테나 밖으로 결합하도록 구성될 수 있다. 회로 보드는 안테나 블록의 하부 부분 상에 장착될 수 있고, 여기서 안테나 블록의 포트가 위치된다. 일부 추가 예들에서, 회로 보드는 회로 보드 및 안테나 블록 상의 금속 표면들을 통해, 안테나 블록에 또한 전기적으로 결합될 수 있다.
본 명세서에 설명된 배열들은 예시의 목적을 위한 것일 뿐이라는 점을 이해해야 한다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 기술자들은, 다른 배열들 및 다른 엘리먼트들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 기능들, 순서들 및 기능들의 그룹화들 등)이 대신 사용될 수 있고, 원하는 결과들에 따라 일부 엘리먼트들은 완전히 생략될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 또한, 설명되는 엘리먼트들 중 다수는 이산 또는 분산된 컴포넌트들로서 또는 다른 컴포넌트들과 함께, 임의의 적합한 조합 및 위치에서 구현될 수 있는 기능적 엔티티들이다.
다양한 양태들 및 실시예들이 본 명세서에 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 제한하려는 것이 아니라 예시의 목적을 위한 것이며, 그 범위는 이하의 청구항들에 의해 지시된다.

Claims (20)

  1. 레이더 시스템으로서,
    제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 분할-블록 어셈블리(split-block assembly) - 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 시임(seam)을 형성하고, 상기 제1 부분은 상기 시임에 대향하는 상부 측면을 갖고 상기 제2 부분은 상기 시임에 대향하는 하부 측면을 가짐 - ;
    상기 제2 부분의 하부 측면 상에 위치하는 적어도 하나의 포트;
    상기 제1 부분의 상부 측면 상에 위치하는 복수의 방사 엘리먼트 - 상기 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열됨 - ; 및
    상기 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 각각의 어레이를 결합하도록 구성되는 상기 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트
    를 포함하고,
    상기 분할-블록 어셈블리는 폴리머를 포함하고, 적어도 상기 도파관들의 세트, 상기 적어도 하나의 포트, 및 상기 복수의 방사 엘리먼트는 상기 폴리머의 표면 상의 금속을 포함하는, 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리머는 사출 성형 프로세스(injection molding process)에 의해 형성되는, 레이더 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 부분의 상부 측면 및 상기 제1 부분의 하부 측면은 상기 시임을 형성하고, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 상기 시임에서 전기적으로 결합되는, 레이더 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2 부분의 상부 측면 및 상기 제1 부분의 하부 측면은 각각 층으로 커버되는 각자의 영역을 갖는, 레이더 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 부분의 하부 측면에 물리적으로 결합되는 회로 보드를 추가로 포함하는 레이더 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 회로 보드는 상기 제2 부분의 하부 측면의 금속 부분에 전기적으로 결합되는, 레이더 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 폴리머의 표면 상의 상기 금속은 두께가 3 내지 15 미크론인, 레이더 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 도파관들의 세트는 높이를 갖고, 상기 시임은 상기 도파관들의 높이의 중심에 위치하는, 레이더 시스템.
  9. 도파관 안테나 유닛을 형성하는 방법으로서,
    폴리머로부터 분할-블록 어셈블리의 제1 부분을 형성하는 단계 - 상기 제1 부분은 상기 제1 부분의 상부 측면 상에 위치하는 복수의 방사 엘리먼트를 포함하고, 상기 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열됨 - ;
    상기 폴리머로부터 상기 분할-블록 어셈블리의 제2 부분을 형성하는 단계 - 상기 제2 부분은 상기 제2 부분의 하부 측면 상에 적어도 하나의 포트를 포함함 -;
    적어도 상기 제1 부분의 제1 영역 및 상기 제2 부분의 제2 영역 상에 금속 표면을 형성하는 단계; 및
    시임을 형성하기 위해 상기 제1 부분의 하부 측면과 상기 제2 부분의 상부 측면을 결합함으로써 상기 분할-블록 어셈블리를 조립하는 단계 - 상기 결합은 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이의 전기적 접속을 형성하고, 상기 시임은 상기 분할-블록 어셈블리 내의 도파관들의 세트의 중심을 정의하고, 상기 도파관들의 세트는 상기 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 각각의 어레이를 결합하도록 구성됨 -
    를 포함하고,
    적어도 상기 도파관들의 세트, 상기 적어도 하나의 포트, 및 상기 복수의 방사 엘리먼트는 금속을 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분은 각각 사출 성형 프로세스에 의해 형성되는, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 부분의 상기 제1 영역은 상기 제1 부분의 상기 하부 측면 상에 있고, 상기 제2 부분의 상기 제2 영역은 상기 제2 부분의 상기 상부 측면 상에 있는, 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제2 부분의 상기 하부 측면에 회로 보드를 물리적으로 결합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제2 부분의 상기 하부 측면에 상기 회로 보드를 전기적으로 결합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 금속 표면을 형성하는 단계는 상기 폴리머 상에 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 층은 두께가 3 내지 15 미크론인, 방법.
  15. 레이더 시스템으로서,
    복수의 부분을 포함하는 방사 어셈블리 - 각각의 부분은 폴리머를 포함함 - ;
    상기 복수의 부분 중 적어도 하나에 형성되고 상기 방사 어셈블리의 하부 측면 상에 위치하는 포트;
    상기 복수의 부분 중 적어도 하나에 형성되고 상기 방사 어셈블리의 상부 측면 상에 위치하는 복수의 방사 엘리먼트 - 상기 복수의 방사 엘리먼트는 복수의 어레이로 배열됨 - ; 및
    상기 적어도 하나의 포트 중의 적어도 하나에 각각의 어레이를 결합하도록 구성되는 상기 방사 어셈블리 내의 도파관들의 세트
    를 포함하고,
    상기 도파관들의 세트, 상기 적어도 하나의 포트, 및 상기 복수의 방사 엘리먼트는 상기 폴리머의 표면 상의 금속을 포함하는, 레이더 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 폴리머는 사출 성형 프로세스에 의해 형성되는, 레이더 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 복수의 부분들의 인접 부분들은 서로 전기적으로 결합되는, 레이더 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 방사 어셈블리의 상기 하부 측면에 물리적으로 결합되는 회로 보드를 추가로 포함하는 레이더 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 회로 보드는 상기 방사 어셈블리의 상기 하부 측면의 금속 부분에 전기적으로 결합되는, 레이더 시스템.
  20. 제15항에 있어서, 상기 폴리머의 표면 상의 상기 금속은 두께가 3 내지 15 미크론인, 레이더 시스템.
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