KR20200057110A - 표면파들에 의해 여기된 기생 요소들을 갖는 레이더 안테나 어레이 - Google Patents

표면파들에 의해 여기된 기생 요소들을 갖는 레이더 안테나 어레이 Download PDF

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KR20200057110A
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웨이모 엘엘씨
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Abstract

장치는 전파 방향을 따라 전자기 에너지를 전파하도록 구성된 안테나 블록의 도파관을 포함한다. 안테나 블록은 안테나 블록의 하부 표면 상에 위치한 포트 및 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한 안테나 어레이를 포함한다. 안테나 블록은 안테나 어레이를 포트에 결합하도록 구성되는 안테나 블록에서의 도파관들의 세트를 추가로 포함한다. 추가적으로, 안테나 블록은 적어도 하나의 표면파 라디에이터를 포함하고, 여기서 표면파 라디에이터는 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한다.

Description

표면파들에 의해 여기된 기생 요소들을 갖는 레이더 안테나 어레이{RADAR ANTENNA ARRAY WITH PARASITIC ELEMENTS EXCITED BY SURFACE WAVES}
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.
무선 신호들을 방출하고 돌아오는 반사 신호들을 검출함으로써 환경적 특징부들에 대한 거리들을 능동적으로 추정하기 위해 레이더(Radio detection and ranging, RADAR) 시스템들이 사용될 수 있다. 무선 반사성 특징부들까지의 거리들은 송신과 수신 사이의 시간 지연에 따라 결정될 수 있다. 레이더 시스템은 시간에 따라 주파수가 변하는 신호, 예컨대 시변 주파수 램프를 갖는 신호를 방출하고, 다음에 이러한 방출된 신호와 반사된 신호 사이의 주파수 차이를 범위 추정치와 관련시킬 수 있다. 어떤 시스템은 수신된 반사 신호들의 도플러 주파수 시프트에 기초하여 반사 물체들의 상대적인 운동을 또한 추정할 수 있다.
지향성 안테나들은 각각의 범위 추정치를 베어링(bearing)과 연관시키는 신호들의 송신 및/또는 수신을 위해 사용될 수 있다. 더 일반적으로, 지향성 안테나들은 방사된 에너지를 주어진 관심 시야에 집중시키는데 또한 이용될 수 있다. 측정된 거리들과 지향성 정보의 조합은 주변 환경 특징부들이 맵핑되는 것을 허용한다. 따라서, 레이더 센서는 센서 정보에 의해 표시된 장애물들을 회피하기 위해 예를 들어 자율 주행 차량 제어 시스템(autonomous vehicle control system)에 의해 이용될 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 주행 차량 주위의 환경과 같은 환경을 높은 정확도로 측정할 수 있도록 하기 위해서 방사 에너지를 타이트(tight)한 빔들에 집중시킬 수 있는 안테나들을 사용할 수 있다. 이러한 안테나들은 압축형이고(통상적으로 직사각형 폼 팩터들을 갖고), 효율적이고(즉, 안테나에서 손실되어 가열하거나 송신기 전자기기들로 다시 반사되는 77GHz 에너지가 거의 없고), 비용이 저렴하고, 제조가 용이하다(즉, 이러한 안테나들을 갖는 레이더 시스템들은 대량으로 제조될 수 있다).
안테나 블록을 위한 방법들 및 장치들에 관련된 실시예들이 본 명세서에 개시된다. 안테나 블록은 안테나 블록의 하부 표면 상에 위치한 포트 및 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한 안테나 어레이를 포함한다. 안테나 블록은 안테나 어레이를 포트에 결합하도록 구성되는 안테나 블록에서의 도파관들의 세트를 추가로 포함한다. 추가적으로, 안테나 블록은 적어도 하나의 표면파 라디에이터를 포함하고, 표면파 라디에이터는 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한다.
다른 양태에서, 본 출원은 방법을 설명한다. 이 방법은 전자기 에너지를 안테나 블록의 하부 표면 상에 위치한 포트를 통해 안테나 블록 내로 결합하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 안테나 블록에서의 도파관들의 세트에 의해, 결합된 전자기 에너지의 제1 부분을 포트로부터 안테나 블록의 상부 표면 상에 배치된 안테나 어레이로 전파하는 단계를 포함하고, 결합된 전자기 에너지의 제2 부분은 안테나 블록에서의 표면파에 존재한다. 추가적으로, 이 방법은, 안테나 어레이에 의해, 도파관 전파된(waveguide-propagated) 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하고, 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한 적어도 하나의 표면파 라디에이터에 의해, 표면파에 존재하는 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하는 단계를 포함한다.
또 다른 예에서, 시스템이 제공된다. 시스템은 포트를 포함하는 하부 블록을 포함한다. 시스템은 또한 안테나 어레이를 갖는 상부 블록을 포함한다. 시스템은 상부 블록 및 하부 블록의 결합 위치에서 심(seam)을 추가로 포함하고, 심은 포트를 안테나 어레이에 결합하도록 구성된 도파관 네트워크의 중심을 정의한다. 또한 추가로, 시스템은 상부 블록에서 적어도 하나의 표면파 라디에이터를 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적인 것이며 어떤 식으로든 제한하려는 것은 아니다. 전술한 예시적인 양태들, 실시예들, 및 특징들에 더하여, 추가적인 양태들, 실시예들, 및 특징들이 도면들 및 다음의 상세한 설명을 참조하는 것에 의해 명백해질 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 상부의 조립된 뷰를 도시한다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 상부의 조립된 뷰를 도시한다.
도 1c는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 하부의 조립된 뷰를 도시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제1 층을 도시한다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제2 층을 도시한다.
도 2c는 도파관의 예시적인 등각 투영 단면도를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전력 커플러를 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 조립된 예시적 안테나의 내부에 형성된 개념적 도파관 채널들을 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파장-방사 부분을 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 조립된 예시적인 안테나의 내부에 형성된 개념적 도파관 채널들을 도시한다.
도 7a는 예시적인 안테나의 개념적 단면을 도시한다.
도 7b는 예시적인 안테나의 개념적 단면을 도시한다.
도 7c는 예시적인 안테나의 개념적 단면을 도시한다.
도 8은 예시적인 안테나를 동작시키는 방법을 도시한다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부분을 형성하는 첨부 도면에 대한 참조가 이뤄진다. 도면들에서, 유사한 기호들은 문맥이 달리 지시하지 않는 한 통상적으로 유사한 컴포넌트들을 식별한다. 상세한 설명, 도면 및 청구 범위에 설명된 도해 실시예는 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에 제시된 청구 대상의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들이 활용될 수 있고 다른 변경들이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 일반적으로 기술되고 도면에 도해된 바와 같은 본 개시의 양태들은 그 모든 것이 본 명세서에서 명시적으로 상정되는 매우 다양한 다른 구성으로 배열, 대체, 조합, 분리 및 설계될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있다.
이하의 상세한 설명은 표면파들에 의해 여기되는 기생 요소들(즉, 표면파 라디에이터들)을 갖는 자동차 레이더 안테나 어레이를 위한 장치들 및 방법들에 관한 것이다. 자율 차량의 레이더 안테나 어레이는 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 각각의 안테나는, (i) 전자기 신호들을 송신하고, (ii) 전자기 신호들을 수신하거나, (iii) 전자기 신호들을 송신 및 수신 둘 다하도록 구성될 수 있다. 안테나들은 안테나 요소들의 어레이를 형성할 수 있다. 어레이의 각각의 안테나는 도파관으로부터 공급받을 수 있다(즉, 신호를 공급받을 수 있다). 추가적으로, 도파관은 다양한 안테나들에 의해 수신된 신호들을 레이더 시스템 내의 수신기에 전달할 수 있다. 본 개시 내용의 일 양태는 어레이에 인접하여 위치된 기생 요소들을 제공한다. 기생 요소들은 안테나의 상부 표면 상에 표면파들로서 존재하는 전자기 에너지를 방사하도록 구성될 수 있다. 개시된 장치 및 방법들은 어레이 방사 전자기파들에 의해 야기되는 표면파들에 의해 야기되는 원하지 않는 효과들을 감소시키거나 완화시키기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전자기 에너지, 전자기 신호들, 신호들, 전자기파들 및 파들이라는 용어는 시스템들 및 방법들과 함께 사용되는 전자기 에너지를 나타내기 위해 상호 교환 가능하게 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 SAR(synthetic aperture radar) 레이더 안테나 아키텍처의 형태를 취할 수 있는 안테나 어레이를 갖는 장치와 함께 사용될 수 있다. 레이더 안테나 아키텍처는 복수의 "이중 오픈-엔드형 도파관"(DOEWG) 안테나들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, "DOEWG"라는 용어는 본 명세서에서 수평 도파관 채널의 짧은 섹션에 2개의 부분으로 분리되는 수직 채널을 더한 것을 가리킬 수 있는데, 여기서 수직 채널의 2개의 부분 각각은 안테나에 진입하는 전자기파들의 적어도 일부를 방사하도록 구성되는 출력 포트를 포함한다. 추가적으로, 복수의 DOEWG 안테나는 안테나 어레이로 배열될 수 있다. 본 명세서에 설명되는 레이더 안테나 아키텍처는 복수의 안테나 어레이를 포함할 수 있다.
예시적인 안테나 아키텍처는, 예를 들어, 컴퓨터 수치 제어(CNC)로 기계로 가공되고, 적절하게 정렬되고, 함께 조인(join)될 수 있는 2개의 금속 층(예를 들어, 알루미늄 판들)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층은 입력 도파관 채널의 제1 절반을 포함할 수 있고, 여기서 제1 도파관 채널의 제1 절반은 제1 도파관 채널로 전자기파들(예컨대, 77 GHz 밀리미터파들)을 수신하도록 구성될 수 있는 입력 포트를 포함한다. 제1 금속 층은 또한 복수의 파 분할 채널의 제1 절반을 포함할 수 있다. 복수의 파 분할 채널은 입력 도파관 채널로부터 분기하고 또한 입력 도파관 채널로부터 전자기파들을 수신하도록 구성될 수 있는 채널들의 네트워크를 포함하고, 전자기파들을 복수의 전자기파 부분으로 분할하고(즉, 전력 분할기들), 전자기파들의 제각기 부분들을 복수의 파 방사 채널의 제각기 파 방사 채널들로 전파할 수 있다. 2개의 금속 층은 스플릿-블록 어셈블리(split-block assembly)를 형성하기 위해 함께 조립될 수 있다.
종래의 레이더 안테나는 복잡한 빔 포밍 네트워크들을 포함할 수 있다. 현재 개시된 기생 요소들은 복잡한 빔포밍의 사용에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 기생 요소들은 덜 복잡한 설계에서 유사한 레이더 성능을 달성하기 위한 방식으로 설계될 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 현재 개시된 기생 요소들은 복잡한 빔포밍 네트워크들을 사용하는 종래의 레이더 시스템들과 함께 사용될 수 있다. 본 개시 내용은 빔포밍(및 빔 분할)을 논의할 것이지만, 기생 요소들은 복잡한 빔포밍 네트워크를 갖거나 갖지 않는 실시예들에서 사용될 수 있다. 다양한 예들에서, 안테나 아키텍처의 전력 분할 요소들은 도파관들의 2차원 또는 3차원 분할 네트워크일 수 있다. 도파관들의 분할 네트워크는 도파관 기하 구조를 이용하여 전력을 분할할 수 있다. 예를 들어, 피드 도파관들은 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.
추가적으로, 전통적인 빔포밍 네트워크들은 스플릿-블록 어셈블리의 상부 부분과 하부 부분 사이에 분할될 수 있는 방사 요소들(즉, 안테나 요소들)에 신호를 제공하는 피드 도파관들을 또한 포함할 수 있다. 또한, 피드 도파관들은 피드 도파관들의 높이의 중간점이 피드 도파관들 모두에 대해 공통인 공통 평면에 모두 위치될 수 있다. 도파관들의 분할 네트워크는 피드 도파관들과 동일한 평면에 부분적으로, 그리고 적어도 하나의 다른 평면에서 부분적으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 도파관들의 분할 네트워크의 일부의 전체 높이는 스플릿-블록 어셈블리의 제1 또는 제2 부분 내로 기계로 가공될 수 있다. 2개의 블록 피스가 함께 도입될 때, 다른 블록 부분의 표면은 2개의 블록 섹션 중 하나에서 완전히 그 높이를 갖는 도파관들의 분할 네트워크 또는 부분의 에지를 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 도파관 캐비티들 및 컷들의 수직 부분은 스플릿 블록 심에 대해 대칭이다.
도파관 시스템을 동작시킬 때, 다양한 신호들이 도파관 시스템을 통해 전파될 수 있다. 도파관 시스템은 안테나 블록의 상부 표면 상에 적어도 하나의 안테나 요소를 각각 갖는 도파관들의 네트워크를 포함할 수 있다. 통상적으로, 각각의 안테나 요소는 그것에 공급되는 전자기 에너지의 일부를 방사할 것이다. 전자기 에너지의 다른 부분은 표면파로서 전파될 것이다. 표면파로서 전파하는 에너지는 바람직하지 않은 효과들을 야기할 수 있다. 예를 들어, 표면파들은 시스템 효율을 감소시키고/거나 원하지 않는 방사 패턴을 야기할 수 있다. 개시된 시스템 및 방법들은 안테나 시스템들의 테스팅 및 동작을 더 효율적으로 만들 수 있다.
본 명세서에 개시된 안테나 블록은 안테나 블록의 상부 표면 상에 다양한 기생 요소들을 포함할 수 있다. 기생 요소들은 블록의 상부 표면 상의 안테나 어레이에 인접하여 위치될 수 있다. 이 기생 요소들은 표면파들로서 전파되는 에너지 일부의 방사를 야기할 수 있다. 표면파 에너지 일부를 방사함으로써, 안테나 블록의 효율이 증가될 수 있다. 추가적으로, 표면파 에너지 일부의 방사는 안테나 블록이 더 바람직한 성능을 갖게 할 수 있다. 이러한 요소들을 올바른 방식으로 설계함으로써, 방사된 전자기 에너지의 방사 패턴은 미리 결정된 방사 패턴에 기초하여 제어될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 기생 요소들은 안테나 블록에 의해 방사된 빔을 조종하기 위해 또한 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관 플랜지의 기생 요소들은 방사 슬롯들일 수 있다. 다양한 다른 방사 요소들이 또한 사용될 수 있다.
도파관은 하나의 위치로부터 다른 위치로 전자기 에너지를 전도하는 구조이다. 일부 경우들에서, 도파관으로 전자기 에너지를 전도하는 것은 다른 전도 수단보다 더 적은 손실을 갖는다는 이점을 갖는다. 전자기 에너지가 초저손실 매체(very low loss medium)를 통해 전도되기 때문에 도파관은 통상적으로 다른 전도 수단보다 적은 손실을 가질 것이다. 예를 들어, 도파관의 전자기 에너지는 공기 또는 저손실 유전체를 통해 전도될 수 있다.
공기로 채워진 도파관과 같은 일 실시예에서, 도파관은 금속 외부 전도체를 가질 것이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 도파관은 에너지가 전파하는 유전체 매체에 의해서만 형성될 수 있다. 어느 한 실시예에서, 도파관의 크기 및 형상은 전자기 에너지의 전파를 정의한다. 예를 들어, 전자기 에너지는 도파관의 금속 벽들에 대해 바운스(또는 반사)될 수 있다. 다른 실시예들에서, 유전체 매체는 (광섬유 송신과 같이) 전자기 에너지를 완전히 포함할 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 대해 공지된 조건들이다. 예를 들어, 금속 도파관에서, 도파관 벽들이 거의 완벽하게 전도하고 있다고 가정하면, 경계 조건들은 벽 측부들 중 임의의 것에서 접선 방향으로 향하는 전기장이 존재하지 않는다는 것을 명시한다. 일단 경계 조건들이 알려지면, 맥스웰(Maxwell) 방정식들은 전자기 에너지가 도파관을 통해 어떻게 전파하는지를 결정하기 위해 사용될 수 있다.
맥스웰 방정식들은 임의의 주어진 도파관에 대한 여러 동작 모드를 정의할 것이다. 각각의 모드는 전자기 에너지가 도파관을 통해 전파할 수 있는 하나의 특정 방식을 정의한다. 각각의 모드는 연관된 컷오프 주파수를 갖는다. 전자기 에너지가 컷오프 주파수보다 낮은 주파수를 갖는 경우에는 도파관에서 모드가 지원되지 않는다. (i) 도파관 치수들 및 (ii) 동작 주파수 둘 다를 적절히 선택함으로써, 전자기 에너지는 도파관을 통해 특정 모드로 전파될 수 있다. 종종, 도파관들은 설계 주파수에서 하나의 전파 모드만이 지원되도록 설계된다.
4가지 주요 유형의 도파관 전파 모드가 있다: TE(Transverse Electric) 모드들, TM(Transverse Magnetic) 모드들, TEM(Transverse Electromagnetic) 모드들, 및 하이브리드 모드들. TE 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장을 갖지 않는다. TM 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 자기장을 갖지 않는다. TEM 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장 또는 자기장을 갖지 않는다. 하이브리드 모드들에서, 전자기 에너지는 전자기 에너지 전파 방향으로 전기장 및 자기장 둘 다의 일부를 갖는다.
TE, TM, 및 TEM 모드들은 폭 방향 및 높이 방향과 같은 전파 방향에 직교하는 2개의 방향에 대응하는 2개의 첨자 번호들을 사용하여 추가로 특정될 수 있다. 제로가 아닌 첨자 번호는 도파관의 폭 및 높이와 동일한 전자기 에너지의 반-파장(half-wavelength)들의 각자의 개수를 나타낸다. 그러나, 제로인 첨자 번호는 그 방향에 대한 필드의 변화가 없다는 것을 나타낸다. 예를 들어, TE10 모드는 도파관이 폭이 반-파장이고 높이 방향에서의 필드 변동이 없다는 것을 나타낸다. 전형적으로, 첨자 번호가 제로와 같을 때, 각각의 방향에서의 도파관의 치수는 파장의 절반보다 작다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관이 폭(즉, 2개의 반파장) 및 높이의 하나의 절반 파장의 하나의 파장이라는 것을 나타낸다.
TE 모드에서 도파관을 동작시킬 때, 첨자 번호들은 또한 도파관의 각자의 방향을 따라 필드-최대값들의 수를 표시한다. 예를 들어, TE10 모드는 도파관이 폭 방향으로의 1개의 전기장 최대값 및 높이 방향으로의 제로의 최대값을 갖는다는 것을 나타낸다. 다른 예에서, TE21 모드는 도파관이 폭 방향으로 2개의 전기장 최대값 및 높이 방향으로 1개의 최대값을 갖는다는 것을 나타낸다.
본 개시 내용의 범위 내의 예시적인 시스템들이 이제부터 더 상세히 설명될 것이다. 표면파들에 의해 여기되는 기생 요소들을 갖는 레이더 안테나 어레이가 사용될 수 있는 예시적인 시스템은 자동차, 레이더를 갖는 자동차의 레이더 능력들을 테스트하기 위한 시스템, 및 임의의 유형의 도파관 시스템으로 구현될 수 있거나 또는 이들 형태를 취할 수 있다. 그러나, 예시적인 시스템은 또한 승용차들, 트럭들, 오토바이들, 버스들, 보트들, 비행기들, 헬리콥터들, 벌초기들, 땅 파는 장비들, 보트들, 설상차들, 항공기들, 레저 차량들, 놀이 공원 차량들, 농업용 장비, 건설 장비, 전차들, 골프 카트들, 기차들, 및 노면 전차들과 같은 다른 차량들로 구현될 수 있거나 이들의 형태를 취할 수 있다. 도파관들을 사용하는 다른 물체들은 또한 표면파들에 의해 여기되는 기생 요소들을 갖는 레이더 안테나 어레이와 함께 사용할 수 있다.
도 1a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나(100)의 상부의 조립된 뷰를 도시한다. 예시적인 안테나(100)는 제1 금속 층(110) 및 제2 금속 층(120)을 포함할 수 있다. 제2 금속 층(120)은 정렬 핀들, 나사들 등을 수용하도록 구성되는 복수의 구멍(112)(관통 구멍들 및/또는 블라인드 구멍들)을 포함할 수 있다. 제1 금속 층(110)은 제2 금속 층(120)의 구멍들(112)과 정렬되는 복수의 구멍(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 2개의 금속 층은 공통 평면에서 조인할 수 있다(즉, 2개의 금속 층은 심에서 조인될 수 있다).
도 1a에 도시된 바와 같이, 어레이(106)는 DOEWG 방사 요소들(102) 및 복수의 기생 요소(104)의 어레이를 포함할 수 있고, 그 개수 및 위치는 안테나(100)의 채널들 및 DOEWG들의 수에 기초하여 변할 수 있다. DOEWG 어레이의 방사 요소들(102)은 선형 어레이(도시된 바와 같음), 2차원 어레이, 단일 요소, 또는 방사 요소들의 다른 구성일 수 있다. 안테나(100)의 기생 요소들(104)은 방사 슬롯들로서 도시된다. 방사 슬롯은 블록의 상부 표면 내로 기계로 가공되는 안테나 블록의 피처들일 수 있다. 각각의 슬롯은 상부 층(120)의 두께보다 작은 깊이를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 기생 요소들(104)의 다양한 슬롯들의 길이, 깊이, 위치, 및 간격이 조정될 수 있다. 다양한 슬롯들의 길이, 깊이, 위치, 및 간격은 슬롯들이 표면파들을 결합하고 방사하는 방법을 제어할 수 있다. 일부 예들에서, 기생 요소들(104)은 표면의 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계가공을 통해 생성될 수 있다. 추가적으로, 일부 예들에서, 기생 요소들(104)은 유전체 재료로 부분적으로 또는 완전히 채워질 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 기생 요소들(104)은 조정 가능한 높이를 가질 수 있다. 조정 가능한 높이는 기생 요소들(104)이 재구성 가능한 패턴을 가질 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 높이는 높이가 제로가 되도록 조정되어, 기생 요소들(104) 중 하나 이상을 효과적으로 제거할 수 있다. 기생 요소들(104)은 다른 방식들로도 생성될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나(100)는 송신 어레이(106) 및 수신 어레이(108)를 포함할 수 있다. 본 기생 컴포넌트들은 일반적으로 송신 어레이(106)와 관련하여 설명될 것이지만, 이들은 수신 어레이(108) 부근에 유사하게 배치될 수 있다. 수신 어레이(108) 근처에 기생 컴포넌트들을 배치함으로써, 수신 어레이(108)의 수신 특성도 개선될 수 있다. 또한, 이러한 예시적인 실시예에서, 이 치수들은 예시적인 안테나(100)의 다른 치수들에 부가하여 또는 대안적으로, 약 0.51 mm보다 작지 않은 오차로 기계로 가공될 수 있지만, 다른 실시예들에서는 더 크거나 더 작은 오차가 요구될 수 있다. DOEWG 어레이의 다른 치수들도 또한 가능하다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 금속 층들(110, 120)은 알루미늄 판들(예를 들어, 약 6.35 mm 원재료(stock))로부터 기계로 가공될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 제1 금속 층(110)은 적어도 3 mm 두께(예를 들어, 약 5.84 mm 내지 6.86 mm)일 수 있다. 또한, 제2 금속 층(120)은 6.35 mm의 원재료로부터 약 3.886 mm의 두께로 기계로 가공될 수 있다. 다른 두께도 또한 가능하다.
일부 실시예들에서, 2개의 금속 층(110, 120)의 조인은 에어 갭 또는 2개의 층의 메이팅 면들 사이의 다른 불연속성을 초래할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 이러한 갭 또는 불연속성은 안테나 장치의 길이의 중심에 근접할 수 있거나(예를 들어, 가능한 한 근접할 수 있고), 약 0.05 mm 이하의 크기를 가질 수 있다.
도 1b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나(150)의 상부의 조립된 뷰를 도시한다. 예시적인 안테나(150)는 도 1a의 안테나(100)와 유사할 수 있다. 그러나, 안테나(150)의 송신 어레이(106)는 상승된 요소들인 기생 요소들(154)을 포함할 수 있다. 도 1a의 기생 요소들(104)과 유사하게, 도 1b의 기생 요소들(154)은 안테나 요소들에 의해 송신되는 표면파들의 적어도 일부를 결합 및 방사한다. 기생 요소들(154)은 도 1b의 상승된 요소들로서 도시된다. 기생 요소들(154)은 층(120)의 상부 표면에 결합될 수 있다. 일부 예들에서, 기생 요소들(154)은 개별적으로 기계로 가공되고 나중에 층(120)의 상부 표면에 부착될 수 있다. 일부 예들에서 기생 요소들(154)은 금속으로 만들어질 수 있다. 다른 예들에서, 기생 요소들(154)은 유전체로 만들어질 수 있다. 일부 추가 예들에서, 기생 요소들(154)은 층(120)의 상부 표면의 일부 또는 전부를 커버하는 개별 층에 생성될 수 있다. 일부 추가 예들에서, 안테나는 기생 요소들(104)과 같은 슬롯들 및 기생 요소들(154)과 같은 상승된 요소들 둘 다를 가질 수 있다.
도 1c는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나(160)의 하부의 조립된 뷰를 도시한다. 안테나(160)는 안테나(100) 또는 안테나(150)의 하부일 수 있다. 일부 예들에서, 안테나(160)는 안테나(100) 또는 안테나(150) 이외의 안테나의 하부일 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 금속 층(110)은 정렬 핀들, 나사들 등을 수용하도록 구성된 복수의 구멍(162)(관통 구멍들 및/또는 블라인드 구멍들)을 포함할 수 있다. 복수의 구멍(162) 중 하나 이상은 제2 금속 층(120)의 구멍들과 정렬될 수 있다. 또한, 도 1c는 제1 금속층(110) 내의 2개의 포트(164, 166)를 도시한다. 포트들(164, 166)은 안테나(160)가 안테나(160) 내에 위치한 하나 이상의 도파관 채널로 전자기파들을 수신하는 곳일 수 있다. 포트들(164, 166)은 또한 안테나(160)가 안테나(160) 내에 위치한 하나 이상의 도파관 채널로부터의 전자기파들을 후속 처리에 결합하는 곳일 수 있다. 일부 예들에서 포트들(164, 166)은 안테나(160) 내외로 신호들을 결합하도록 구성된 양방향일 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제1 층(200)을 도시한다. (전반에 걸쳐 사용된) 도파관의 파선들은 피드 도파관들의 빔포밍 컴포넌트들을 나타낸다. 이전에 논의된 바와 같이, 현재 개시된 기생 요소들(도 2a에 도시되지 않음)은 복잡한 빔포밍 구조체들에 대한 필요성을 제거하거나 감소시킴으로써 안테나 시스템의 복잡성을 감소시킬 수 있다. 그러나, 기생 요소들은 이러한 복잡한 빔포밍 구조체들을 포함하는 시스템에서 사용될 수 있다. 도 2a 및 도 2b의 예시적인 안테나는 빔포밍 네트워크를 도시하는 예시적인 안테나들이다. 이 예에서, 제1 금속 층(200)은 복수의 도파관 채널(202)의 제1 절반을 포함한다. 이러한 도파관 채널들(202)은 다중의 세장형(elongated) 세그먼트(204)를 포함할 수 있다. 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제1 단부(206)에는 각각이 다른 파 지향 부재들과 유사하거나 상이한 크기들을 갖는 복수의 동일 직선상의 파 지향 부재들(208)이 있을 수 있다. 위의 설명에 따라, 세장형 세그먼트들(204)의 제1 단부들(206)은 본 명세서에서 파 방사 채널들의 제1 절반으로 지칭될 수 있다.
제1 단부(206)에 대향하는 채널들(202)의 제2 단부(210)에서, 세장형 세그먼트들(204) 중 하나는 관통 구멍(212)(즉, 입력 포트)을 포함할 수 있다. 주어진 양의 전력이 대응하는 양의 전자기파(즉, 에너지)를 장치에 피드하기 위해 사용될 수 있고, 관통 구멍(212)은 이러한 파들이 장치 내로 피드되는 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 진입할 때, 전자기파들은 일반적으로 도시된 바와 같이 전력 분할기(214)의 어레이(즉, "빔포밍 네트워크")를 향해 +x 방향으로 진행할 수 있다. 어레이(214)는 전자기파들을 분할하고 파들의 제각기 부분들을 각각의 세장형 세그먼트(204)의 제각기 제1 단부들(206)로 전파시키는 기능을 할 수 있다. 보다 구체적으로, 파들은 파 지향 부재들(208)을 향해 어레이(214)를 떠난 후에 +x 방향으로 계속 전파될 수 있다. 전술한 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 제각기 서브 부분들을 통해 도파관 채널들의 제2 절반(즉, 도시된 바와 같이 +z 방향으로)으로 전파할 수 있다. 예를 들어, 전자기 에너지는 제1 금속 층(200) 내로 리세스되거나 또는 제1 금속 층(200) 내로 추가로 기계로 가공된(즉, 포켓) 파 지향 부재에 먼저 도달할 수 있다. 해당 리세스된 부재는 리세스된 부재들이 아니라 오히려 돌출된 부재들일 수 있는 제1 단부(206)를 따라 후속 부재들 각각이 전자기 에너지를 전파하는 것보다 작은 분율의 전자기 에너지를 전파하도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 후속 부재는 그 이전에 오는 부재가 그런 것보다 제1 단부(206)에서 해당 특정 세장형 세그먼트(204)를 따라 진행하는 전자기파들의 보다 큰 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 단부(206)의 원단(far end)에 있는 부재는 전자기파들의 최고 분율을 전파하도록 구성될 수 있다. 각각의 파 지향 부재(208)는 다양한 치수들을 갖는 다양한 형상들을 취할 수 있다. 다른 예들에서, 둘 이상의 부재가 리세스될 수 있다(또는 부재들 중 아무것도 리세스되지 않는다). 또 다른 예들이 또한 가능하다. 또한, 변화하는 양의 세장형 세그먼트가 가능하다.
제2 금속 층은 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반을 포함할 수 있고, 여기서 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반의 제각기 부분들은 하나 이상의 도파관 채널의 제1 절반의 세장형 세그먼트와 실질적으로 정렬된 세장형 세그먼트, 및 세장형 세그먼트의 단부에서 적어도 하나의 파 지향 부재와 부분적으로 정렬되고 또한 제2 금속 층의 외부로 적어도 하나의 파 지향 부재로부터 전파되는 전자기파들을 방사하도록 구성된 적어도 하나의 쌍의 관통 구멍을 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 정렬된 것으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 2개의 세그먼트의 중심들이 서로 약 ±0.051 mm 이내에 있으면, 세그먼트는 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 예에서, 2개의 절반이 조합되는 경우(즉, 2개의 금속 층이 함께 조인되는 경우), 세그먼트들의 에지들은, 세그먼트의 제1 절반의 에지와 세그먼트의 제2 절반의 대응 에지가 서로 약 ±0.051 mm 내에 있다면 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
또 다른 예에서, 2개의 금속 층을 조인할 때, 이들의 측부들이 서로 동일한 평면에 있지 않도록 하나의 층이 다른 층에 대하여 각을 이룰 수 있다. 이러한 다른 예들에서, 2개의 금속 층, 및 그에 따른 세그먼트들의 2개의 절반은 각도 오프셋이 약 0.5도 미만일 때 실질적으로 정렬된 것으로 간주될 수 있다.
일부 실시예에서, 적어도 한 쌍의 관통 구멍은 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반의 세장형 세그먼트에 수직일 수 있다. 또한, 적어도 한 쌍의 관통 구멍의 제각기 쌍은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 이와 같이, 주어진 한 쌍의 관통 구멍은 제1 부분에서 만나서 단일 채널을 형성할 수 있다. 해당 단일 채널은 대응하는 파 지향 부재에 의해 전파된 전자기파의 적어도 일부를 수신하고 전자기파의 적어도 일부를 제2 부분에 전파하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 부분은 더블릿(doublet)으로 구성되는 2개의 출력 포트를 포함할 수 있고, 한 쌍의 관통 구멍의 제1 부분으로부터 전자기파의 적어도 일부를 수신하고 해당 전자기파의 적어도 일부를 2개의 출력 포트 외부로 전파하도록 구성될 수 있다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 제2 층(220)을 도시한다. 제2 금속 층(220)은 도 2a에 도시된 제1 금속 층(200)의 복수의 도파관 채널(202)의 제2 절반(즉, 입력 도파관 채널, 파 분할 채널들, 및 파 방사 채널 채널들의 제2 절반)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 도파관 채널들(202)의 제2 절반은 채널들의 2개 절반의 적합한 정렬을 용이하게 하기 위해 채널들의 제1 절반의 일반적인 형태를 취할 수 있다. 제2 절반(222)의 세장형 세그먼트들은 전력 분할기들(224)의 어레이의 제2 절반들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전자기파는 어레이(224)를 통해 진행할 수 있는데, 여기서 이들은 부분들로 분할되고, 이 부분들은 이후 세장형 세그먼트들(222)의 제2 절반들의 제각기 단부(226)로 진행한다(즉, 도시된 바와 같이 +x 방향으로). 또한, 주어진 세장형 세그먼트의 단부(226)는 제1 금속 층(200)의 파 지향 부재들(208)과 적어도 부분적으로 정렬될 수 있는 다중 쌍의 관통 구멍(228)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 관통 구멍들의 각각의 쌍은 반사 요소라고도 지칭되는 대응하는 파 지향 부재와 적어도 부분적으로 정렬될 수 있어서, 전자기파들의 주어진 서브 부분이 전술한 대로 제1 금속 층(200)으로부터 제2 금속 층(220)으로 전파될 때, 그러한 서브 부분들이 이후, 도시된 바와 같이, 관통 구멍들의 쌍(즉, 출력 포트들의 쌍)을 벗어나서 -z 방향으로 방사되도록 한다. 다시, 주어진 파 지향 부재 및 출력 포트들의 대응 쌍의 조합은 전술한 바와 같이 DOEWG를 형성할 수 있다.
또한, 모든 DOEWG의 조합은 본 명세서에서 DOEWG 어레이로 지칭될 수 있다. 안테나 이론에서, 안테나가 더 큰 방사 개구(즉, 안테나의 얼마나 큰 표면적이 방사하는가, 여기서 표면 영역이 DOEWG 어레이를 포함함)를 가질 때, 해당 안테나는 더 높은 이득(dB) 및 더 좁은 빔 폭을 가질 수 있다. 이와 같이, 일부 실시예에서, 더 높은 이득의 안테나는 채널당 더 많은 DOEWG들을 가지며 더 많은 채널들(즉, 세장형 세그먼트들)을 포함할 수 있다. 도 2a 및 2b에 예시된 예시적인 안테나는 자율 주행 차량 목적들에 적합할 수 있지만(예를 들어, 세그먼트 당 5개의 DOEWG를 갖는 6개의 세장형 세그먼트), 다른 실시예가 마찬가지로 가능할 수 있고, 이러한 다른 실시예는 자동차 레이더를 포함하지만 이에 국한되지는 않는 다양한 애플리케이션을 위해 설계되고/기계로 가공될 수 있다.
예를 들어, 이러한 다른 실시예에서, 안테나는 최소 하나의 DOEWG를 포함할 수 있다. 이러한 배열로, 출력 포트들은 모든 방향으로 에너지를 방사할 수 있다(즉, 낮은 이득, 넓은 빔 폭). 일반적으로, 세그먼트들/DOEWG들의 상한은 제1 및 제2 금속 층들에 사용되는 금속의 유형에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 높은 저항을 갖는 금속은 전자기파가 도파관 채널을 따라 진행함에 따라 해당 파를 감쇄시킬 수 있다. 이와 같이, 더 크고 높은 저항의 안테나(예를 들어, 더 많은 채널, 더 많은 세그먼트, 더 많은 DOEWG 등)가 설계될 때, 입력 포트를 통해 안테나로 주입되는 에너지는 많지 않은 에너지가 안테나를 벗어나 방사되는 정도까지 감쇄될 수 있다. 그러므로, 더 큰 안테나를 설계하기 위해, 제1 및 제2 금속 층들에 대해 보다 작은 저항의 (및 더 전도성의) 금속들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들 중 적어도 하나는 알루미늄일 수 있다. 또한, 다른 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들 중 적어도 하나는 구리, 은, 또는 또 다른 전도성 재료일 수 있다. 또한, 알루미늄 금속 층들은 구리, 은, 또는 다른 저 저항/고 전도성 재료로 도금되어 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 다른 예들도 또한 가능하다.
안테나는 하나 이상의 도파관 채널의 제1 절반을 하나 이상의 도파관 채널의 제2 절반과 정렬하여 하나 이상의 도파관 채널을 형성하도록 하기 위해 제1 금속 층을 제2 금속 층에 조인하도록 구성되는 적어도 하나의 파스너(fastener)를 포함할 수 있다(즉, 복수의 파 분할 채널의 제1 절반을 복수의 파 분할 채널의 제2 절반과 정렬시키고, 복수의 파 방사 채널의 제1 절반을 복수의 파 방사 채널의 제2 절반과 정렬시킨다). 일부 실시예에서 이것을 용이하게 하기 위해, 제1 금속 층, 제1 복수의 관통 구멍(도 2a에 도시되지 않음)이 적어도 하나의 파스너를 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 금속 층에서, 제2 복수의 관통 구멍(도 2b에 도시되지 않음)은 제1 복수의 관통 구멍과 실질적으로 정렬될 수 있고 제2 금속 층을 제1 금속 층과 조인하기 위한 적어도 하나의 파스너를 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 파스너는 정렬된 제1 및 제2 복수의 관통 구멍에 제공될 수 있고 2개의 금속 층이 함께 조인되는 방식으로 고정될 수 있다.
일부 예들에서, 적어도 하나의 파스너는 다중 파스너일 수 있다. 나사들 및 정렬 핀들과 같은 기계적 파스너들(및 파스닝(fastening)을 용이하게 하기 위해 사용되는 기술)은 2개의 금속 층을 함께 조인(예를 들어, 스크류(screw))하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 2개의 금속 층은 그 사이에 접착제 층을 갖지 않고 서로 직접 조인될 수 있다. 또한 추가로, 2개의 금속 층은 확산 본딩, 납땜, 경납땜 등과 같은 접착과 상이한 방법들을 사용하여 함께 조인될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 그러한 방법들은 공지되거나 아직 알려지지 않은 금속 층들을 조인시키는 임의의 방법들에 부가하여 또는 대안으로서 사용될 수 있는 것이 가능하다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 블라인드 구멍이 제1 금속 층 및/또는 제2 금속 층의 복수의 관통 구멍에 부가하여 또는 대안으로 제1 금속 층 및/또는 제2 금속 층에 형성될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 블라인드 구멍은 파스닝(예를 들어, 하우징 나사들 또는 정렬 핀들)을 위해 사용될 수 있거나 다른 목적들을 위해 사용될 수 있다.
도 2c는 도파관(240)의 예시적인 등각 단면도를 도시한다. 예시적인 도파관(240)은 상부 부분(242) 및 하부 부분(244)으로 형성된다. 상부 부분(242) 및 하부 부분(244)은 심(246)에서 결합된다. 도파관은 캐비티(248)를 포함한다. 캐비티(248) 내에서, 전자기 에너지는 도파관(240)의 동작 동안 전파한다. 도파관(240)은 또한 피드(249)를 포함할 수 있다. 피드(249)는 도파관(240) 내의 캐비티(248)에 전자기 에너지를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 피드(249)는 전자기 에너지가 도파관(240)을 떠나게 하는 데 사용될 수 있다. 도 2c의 예시적인 도파관(240)은 캐비티(248)의 높이의 중간 지점에서의 심(246)을 특징으로 한다. 다양한 실시예들에서, 상부 부분(242) 및 하부 부분(244)은 도파관의 축을 따라 다양한 상이한 위치들에서 함께 결합될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 전력 커플러를 도시한다. 전력 커플러는 도파관들에 있는 전자기 에너지(즉, 전력)를 분할하도록 기능할 수 있다. 서로 수직으로 인접하거나 수평으로 인접하게 정렬되는 도파관들의 2개의 섹션 사이에 전력 커플러가 형성된다. 전력 커플러가 빔포밍 네트워크의 일부를 형성하기 때문에, 이전에 논의된 바와 같이, 기생 요소들이 안테나의 설계를 단순화할 수 있기 때문에 전력 커플러가 필요하지 않을 수 있는 예들이 존재한다.
에너지는 입력 도파관 채널을 통해 안테나에 진입할 수 있고, 전력 분할기(370)와 같은 각각의 전력 분할기에서 에너지의 더 작은 부분들로 분할(즉, 스플릿(split))되고, 후속 전력 분할기들을 통과하며 여러 번 분할되어 제각기 에너지 양이 피드 도파관들 각각에 피드되게 한다. 주어진 전력 분할기에서 분할되는 에너지 양은 전력 분할비(즉, 분할 후에 얼마나 많은 에너지가 하나의 채널(374)에 들어가는가 대 얼마나 많은 에너지가 다른 채널(376)에 들어가는가)에 의해 제어될 수 있다. 주어진 전력 분할비는 대응하는 전력 분할기의 치수들에 기초하여 조정될 수 있다. 추가로, 각각의 전력 분할기 및 연관된 전력 분할비는 파-방사 채널들에서 원하는 "전력 테이퍼"를 달성하기 위해 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(372)를 갖는 금속 층을 사용하는 것일 수 있다. 결합 애퍼처(372)의 크기, 형상, 및 위치를 조정함으로써, 원하는 테이퍼 프로파일이 달성될 수 있다. 또한, 상이한 스플릿 블록 섹션에 각각 위치된 2개의 인접한 도파관은 램프 섹션(382)에 결합되어 단일 도파관을 형성할 수 있다. 램프 섹션 후의 단일 도파관은 스플릿 블록 어셈블리(380)의 공통 평면에 위치될 수 있다.
도 4는 조립된 예시적인 안테나 내부에 형성된 개념적 도파관 채널(400)을 도시한다. 더 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)로 진입할 때, 전자기파들은 입력 도파관 채널(464)을 통해 +x 방향으로 진행하고 파 분할 채널들(466)에 의해(예를 들어, 전력 분할기들에 의해) 부분들로 분할될 수 있다. 전자기파들의 그런 부분들은 이후 +x 방향으로 제각기 방사 더블릿들(468)로 진행할 수 있고, 여기서 이들 부분들의 서브 부분들은 예를 들어 방사 쌍(470)과 같은 출력 포트들의 쌍들을 통해 각각의 DOEWG 외부로 방사된다.
특정 파 방사 채널에서, 전자기파들의 일부분은 앞서 논의된 바와 같이 리세스된 파 지향 부재(472)(즉, 역 단차 또는 "웰(well)")에 의해 제1 DOEWG를 통해 먼저 전파될 수 있다. 이 리세스된 파 지향 부재(472)는 특정 파 방사 채널의 DOEWG들의 모든 부재들의 에너지 중 가장 작은 분율을 방사하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 각각의 후속 DOEWG가 그 이전의 DOEWG보다 잔여 에너지의 더 많은 분율을 방사할 수 있도록 후속하는 파 지향 부재들(474)이 형성될 수 있다(예를 들어, 리세스되기보다는 돌출할 수 있음). 달리 말하면, 각각의 파 지향 부재(472, 474)는 일반적으로 수평(+x 방향) 채널(즉, 파 방사 채널, 또는 앞서 언급한 대로 "세장형 세그먼트"의 "제1 단부")에 "단차 컷(step cut)"으로서 형성될 수 있고, 방사되는 에너지의 양 대 안테나를 따라 더 나아가도록 송신되는 에너지의 양을 튜닝하기 위해 안테나에 의해 사용된다.
일부 실시예에서, 주어진 DOEWG는 임계 레벨의 에너지보다 더 많이 방사할 수 없으며 임계 레벨의 에너지보다 더 적게 방사할 수 없다. 이러한 임계값들은 DOEWG 컴포넌트(예를 들어, 파 지향 부재, 수평 채널, 수직 채널, 2개의 출력 포트 사이의 브리지 등)의 치수에 기초하여 달라질 수 있으며, 또는 안테나와 연관된 다른 요인들에 기초하여 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 금속 층들은 예를 들어 도파관 채널들(400)의 다양한 측부들이 에지(476, 478 및 480)와 같은 둥근 에지들을 갖도록 기계로 가공될 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파장-방사 부분(500)을 예시한다. 도 5의 파장-방사 부분(500)은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 안테나의 예시적인 파장-방사 더블릿을 도시한다. 보다 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), 및 파 지향 부재(504)를 포함할 수 있다. 수직 피드는 수평 피드로부터의 에너지를 2개의 출력 포트(502)에 결합하도록 구성될 수 있고, 출력 포트들 각각은 DOEWG(500)로부터의 전자기파의 적어도 일부를 방사하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 입력 포트로부터 가장 먼 DOEWG는 위치(506)에서의 백스톱(backstop)을 포함할 수 있다. 백스톱은 각각의 도파관의 단부 또는 말단일 수 있다. 최종 DOEWG 이전에 오는 DOEWG들은 단순히 위치(506)에서 개방될 수 있고 전자기파들은 그 위치(506)를 통해 후속 DOEWG들로 전파될 수 있다. 예를 들어, 복수의 DOEWG는 직렬로 연결될 수 있고, 여기서 수평 피드는 (도 6에 도시된 바와 같이) 복수의 DOEWG에 걸쳐 공통이다. 도 5는 방사 요소 내로 커플링하는 전자기 신호의 진폭 및/또는 위상을 튜닝하도록 조정될 수 있는 다양한 파라미터들을 도시한다.
DOEWG(500)와 같은 DOEWG를 튜닝하기 위해, 수직 피드 폭, vfeed_a, 및 단차(504)의 다양한 치수들(예를 들어, dw, dx 및 dz1)은 DOEWG(500)를 벗어나 방사되는 에너지의 상이한 분율들을 달성하도록 튜닝될 수 있다. 단차(504)는 또한 반사 컴포넌트로서 지칭될 수 있는데 그 이유는 단차가 수평 피드 아래로 수직 피드 내로 전파하는 전자기파들의 일부를 반사하기 때문이다. 또한, 일부 예들에서, 반사 컴포넌트의 높이 dz1은 네거티브일 수 있는데, 즉 수평 피드의 하부 아래로 연장될 수 있다. 유사한 튜닝 메커니즘들이 기생 컴포넌트들을 튜닝하기 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 기생 컴포넌트들은 수직 폭, 및 높이의 다양한 치수들(예를 들어, dw, dx 및 dz1) 중 임의의 것을 포함할 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 조정될 수 있다. 이전에 논의된 바와 같이, 단차(반사 컴포넌트)(504)는 수직 피드를 통해 전자기파의 일부를 지향시킬 수 있다. 각각의 DOEWG(500)의 각각의 출력 포트(502)와 연관된 진폭을 조정하기 위해, 각각의 출력 포트(502)와 연관된 높이가 조정될 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 조정일 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 이러한 변화들 또는 단계들, 또는 일반적으로 높이들 또는 깊이들의 상승 또는 하강들일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 높이 dz2 및 높이 dz3는 2개의 출력 포트(502)에 대한 진폭을 제어하도록 조정될 수 있다. 높이 dz2 및 높이 dz3에 대한 조정들은 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 더블릿들에 대해 변경되므로, 더블릿 넥의 치수들(즉, 더블릿 넥의 적어도 하나의 측부의 높이)이 변할 수 있다. 일례에서, 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.
기하 구조에 대한 전술한 조정들은 또한 안테나 유닛의 상부 표면 상에 있는 기생 요소들의 기하 구조를 조정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 방사 속성들을 조정하기 위해 기생 요소들에 대한 높이들 및 폭들이 조정되거나 추가될 수 있다. 기생 요소들의 기하 구조를 조정함으로써 임피던스 매칭, 위상 제어, 및/또는 진폭 제어가 구현될 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라 조립된 예시적 안테나의 내부에 형성된 개념적 도파관 채널들을 도시한다. 도 6의 다양한 요소들은 도 4와 관련하여 설명된 것들과 유사할 수 있다. 도 6은 방사 쌍(670)으로서 도시된 방사 요소들의 그룹의 측부들 상의 기생 요소들(668)의 세트를 포함한다.
앞서 논의된 바와 같이, 방사 쌍(670)을 포함하는 방사 요소들의 그룹은 도파관들에 의해 그것들에 공급되는 전자기 신호를 방사하도록 구성된다. 방사 요소들의 동작 동안, 표면파도 발진될 수 있다. 기생 요소들(668)의 세트는 표면파의 적어도 일부를 방사하도록 구성될 수 있다.
기생 요소들(668)의 세트는 예시적인 슬롯(676)에 의해 도시된, 방사 슬롯들의 어레이 또는 배열일 수 있다. 도 6에서, 기생 요소들(668)의 세트는 안테나 블록의 상부 표면 내로 에칭되는 슬롯들이다. 각각의 슬롯의 상부는 블록의 상부 표면이다. 기생 요소들(668)의 세트의 각각의 슬롯의 상부는 방사 쌍(670)과 같은 각각의 방사 요소의 상부와 동일한 평면에 놓인다. 그러나, 다른 예들에서, 기생 요소들(668) 일부는, 안테나 블록의 상부 표면 상에 장착된 것과 같이 상이한 평면에 놓일 수 있다. 추가 예들에서, 기생 요소들(668)은 패치, 표면 장착 컴포넌트, 유전체 표면, Fresnel 패턴, 및/또는 상이한 재료와 같은, 방사 슬롯들 이외의 형태를 취할 수 있다. 일부 예들에서, 기생 요소들(668)은 다양한 상이한 방사 피처들의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 기생 요소들(668) 중 일부는 유전체로 채워진 방사 슬롯들일 수 있는 한편, 다른 슬롯들은 공기로 채워진다.
도 7a는 예시적인 안테나(700)의 개념적 단면도를 도시한다. 예시적인 안테나(700)는 2개의 전자기 피드(702A-B) 및 복수의 기생 요소(704A-F)를 포함할 수 있다. 2개의 전자기 피드(702A-B)는 이전에 설명된 방사 요소들일 수 있다. 일부 예들에서, 2개의 전자기 피드(702A-B)로부터의 신호들은 같은 위상으로 또는 다른 위상으로 공급될 수 있다. 2개의 전자기 피드(702A-B) 사이의 위상을 제어함으로써, 안테나 블록이 신호들을 방사하는 각도가 제어될 수 있다. 안테나 블록이 신호들을 방사하는 각도를 제어하는 것은 빔 조향이라고 불릴 수 있다. 추가적으로, 2개의 전자기 피드(702A-B)가 신호(즉, 전자기 에너지)가 방사되게 할 때, 표면파도 발진될 수 있다. 표면파는 안테나 블록의 표면 상의 전자기 전류로서 2개의 전자기 피드(702A-B)로부터 멀리 전파될 수 있다.
복수의 기생 요소(704A-F)는 표면파에 존재하는 전자기 에너지의 일부 또는 전부를 캡처하고 재방사할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 다양한 기생 요소들(704A-F)은 상이한 깊이들 및 위치들을 가질 수 있다. 추가적으로, 기생 요소들(704A-F)은 방사 슬롯들, 방사 구멍들, 또는 다른 상이한 구조체들의 형태를 취할 수 있다.
기생 요소들(704A-F)의 깊이, 폭 및 위치를 조정함으로써, 기생 요소들(704A-F)의 방사 속성들이 조정될 수 있다. 일부 예들에서, 기생 요소들(704A-F)의 치수들은 원하는 빔 패턴에 기초하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 기생 요소들(704A-F)은 빔 폭 및/또는 빔 방향이 기생 요소들(704A-F)을 갖지 않는 안테나 블록에 비교되어 조정되게 할 수 있다. 추가적으로, 전자기 피드들 및 기생 요소들의 수는 또한 조정될 수 있다.
도 7b는 예시적인 안테나(720)의 개념적 단면도를 도시한다. 예시적인 안테나(720)는 도 7a의 예시적인 안테나(700)와 유사할 수 있다. 예시적인 안테나(720)는 2개의 전자기 피드(722A-B) 및 복수의 기생 요소(724A-F)를 포함할 수 있다. 예시적인 안테나(700)와 달리, 예시적인 안테나(720)의 기생 요소들(724A-F)은 예시적인 안테나(720)의 안테나 블록의 표면 위로 상승된다. 전술한 바와 같이, 기생 요소들(724A-F)은 금속성이거나 유전체로 만들어질 수 있다. 기생 요소들(724A-F)이 형성될 수 있는 재료는 기생 요소들(724A-F)에 대한 원하는 방사 속성들에 의존한다. 기생 요소들(724A-F)은 상승된 요소들(즉, 역 슬롯들) 또는 표면 장착 컴포넌트들 또는 패치들과 같은 다른 요소들의 형태를 취할 수 있다.
도 7c는 예시적인 안테나(740)의 개념적 단면도를 도시한다. 예시적인 안테나(740)는 도 7a의 예시적인 안테나(700) 및/또는 도 7b의 예시적인 안테나(720)와 유사할 수 있다. 예시적인 안테나(740)는 2개의 전자기 피드(742A-B) 및 복수의 기생 요소(744A-F)를 포함할 수 있다. 예시적인 안테나들(700, 720)과 달리, 예시적인 안테나(740)의 기생 요소들(744A-F)은 조정 가능한 컴포넌트들(746A-F)을 포함한다. 조정 가능한 컴포넌트들(746A-F)은 금속 상부 표면을 가질 수 있다. 조정 가능한 컴포넌트들(746A-F)은 인가된 신호에 기초하여 두께를 변경할 수 있다. 조정 가능한 컴포넌트들(746A-F)을 조정함으로써, 기생 요소들(744A-F)의 깊이(또는 높이)가 제어될 수 있다. 일부 예들에서, 기생 요소들(744A-F)은 레이더 유닛의 동작 동안 조정될 수 있다. 기생 요소들(744A-F)을 조정함으로써, 안테나 유닛에 대한 방사 속성들은 안테나 유닛의 동작 동안 조정될 수 있다. 조정들은 빔 폭, 빔 각도, 및/또는 안테나 유닛의 효율을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
도 8은 예시적인 안테나를 동작시키는 방법(800)을 도시한다. 방법(800)은 블록(802)에서 전자기 에너지를 포트를 통해 안테나 블록 내로 결합함으로써 시작될 수 있다. 포트(또는 복수의 포트)는 안테나 블록의 하부 표면에 위치할 수 있다. 포트는 안테나 블록으로 그리고 안테나 블록으로부터 전자기 신호들을 전파하도록 구성되는 회로 보드에 결합될 수 있다.
블록(804)에서, 방법(800)은 결합된 전자기 에너지의 제1 부분을 포트로부터 안테나 어레이로 전파하는 단계를 포함한다. 포트는 도파관들의 네트워크를 통해 안테나 어레이에 결합될 수 있다. 도파관들은 전자기 에너지를 포트로부터 안테나 어레이로 전파하는 것 뿐만 아니라, 전자기 에너지를 안테나 어레이의 다양한 안테나들로 분할하도록 둘 다 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 도파관들의 네트워크는 반발적(reactive)일 수 있는데, 즉 전력 흡수 컴포넌트들이 없다. 다른 예들에서, 도파관들의 네트워크는 또한 전력 흡수 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 다양한 상이한 예들에서, 도파관들의 네트워크는 안테나 블록의 다양한 컴포넌트들의 레이아웃에 기초하여 상이한 형태들을 취할 수 있다.
블록(806)에서, 방법(800)은 도파관 전파된 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하는 단계를 포함한다. 안테나 어레이로 전파되는 전자기 에너지는 안테나 어레이를 형성하는 안테나 요소들에 의해 방사될 수 있다. 전자기 에너지의 일부는 어레이에 의해 방사 신호로서 자유 공간으로 방사될 것이다. 전자기 에너지의 다른 부분은 안테나 블록의 상부 표면을 따라 표면파로서 발진될 것이다. 표면파들은 안테나 유닛으로 하여금 더 낮은 효율을 갖게 할 수 있기 때문에 표면파들은 일반적으로 바람직하지 않다. 그러나, 표면파들이 캡처되고 방사될 수 있다면, 안테나의 효율이 증가될 수 있다.
블록(808)에서, 방법(800)은 표면파에서 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하는 단계를 포함한다. 표면파들은 안테나 블록의 표면 상에 위치된 기생 요소들에 의해 캡처 및 재방사될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 기생 요소들은 방사 슬롯들, 패치, 표면 장착 컴포넌트, 유전체 표면, Fresnel 패턴, 및/또는 상이한 재료와 같은 많은 형태들을 취할 수 있다. 기생 요소들의 설계에 기초하여, 안테나 블록의 전체 방사 속성들이 제어되고 최적화될 수 있다. 예를 들어, 표면파들에서의 에너지는 어레이의 성능을 증가시키기 위해 어레이에 의해 방사된 에너지와 같은 위상으로 송신될 수 있다.
본 명세서에 설명된 구성은 단지 예시 목적을 위한 것임을 이해해야 한다. 이와 같이, 본 기술분야의 통상의 기술자는 다른 구성들 및 다른 요소들(예를 들어, 머신들, 장치들, 인터페이스들, 기능들, 순서들, 및 기능들의 그룹화들 등)이 대신 사용될 수 있고 일부 요소들은 원하는 결과들에 따라 모두 함께 생략될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, 설명된 요소들의 대다수는 임의의 적절한 조합 및 위치에서 이산 또는 분산 컴포넌트들로서 또는 다른 컴포넌트들과 연계하여 구현될 수 있는 기능 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 예시 목적들을 위한 것이고 제한하려고 의도된 것이 아니며, 그 범위는 이하의 청구 범위에 의해서 지시된다.

Claims (20)

  1. 안테나 블록으로서,
    안테나 블록 상에 위치한 포트;
    상기 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한 안테나;
    상기 안테나를 상기 포트에 결합하도록 구성된 상기 안테나 블록에서의 도파관; 및
    상기 안테나 블록의 상기 상부 표면 상에 위치한 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터 - 상기 기생 표면파 라디에이터는 상기 안테나 블록의 상기 상부 표면을 따라 전파하는 표면파의 적어도 일부를 방사하도록 구성됨 -
    를 포함하는, 안테나 블록.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 슬롯을 포함하는, 안테나 블록.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 상승된 요소를 포함하는, 안테나 블록.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 패치를 포함하는, 안테나 블록.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 유전체 라디에이터를 포함하는, 안테나 블록.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 복수의 기생 표면파 라디에이터를 포함하고, 상기 복수의 기생 표면파 라디에이터는 어레이로 배열되는, 안테나 블록.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 안테나 어레이를 포함하는, 안테나 블록.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 상기 안테나 블록으로부터 방사된 빔을 조향하도록 구성되는, 안테나 블록.
  9. 안테나를 작동시키는 방법으로서,
    전자기 에너지를 안테나 블록 상에 위치한 포트를 통해 안테나 블록 내로 결합하는 단계;
    상기 안테나 블록에서의 도파관에 의해, 상기 결합된 전자기 에너지의 제1 부분을 상기 포트로부터 상기 안테나 블록의 상부 표면 상에 위치한 안테나로 전파하는 단계 - 상기 결합된 전자기 에너지의 제2 부분은 상기 안테나 블록의 상기 상부 표면 상의 표면파에 존재함 -;
    상기 안테나에 의해, 상기 도파관에 의해 전파된 상기 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하는 단계; 및
    상기 안테나 블록의 상기 상부 표면 상에 위치한 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터에 의해, 상기 표면파에 존재하는 상기 전자기 에너지의 적어도 일부를 방사하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 슬롯을 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 상승된 요소를 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 패치를 포함하는, 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 유전체 라디에이터를 포함하는, 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 복수의 기생 표면파 라디에이터를 포함하고, 상기 복수의 기생 표면파 라디에이터는 어레이로 배열되는, 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 안테나는 안테나 어레이를 포함하는, 방법.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 상기 안테나 블록으로부터 방사된 빔을 조향하도록 구성되는, 방법.
  17. 제9항에 있어서,
    빔 송신 각도를 조정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 시스템으로서,
    하부 블록;
    상부 블록 - 상기 상부 블록은 상기 상부 블록의 상부 표면 상에 안테나를 포함함 - ;
    포트;
    상기 상부 블록 및 상기 하부 블록의 결합 위치에서의 심(seam)- 상기 심은 상기 포트를 상기 안테나에 결합하도록 구성된 도파관의 중심을 정의함 -; 및
    상기 상부 블록의 상기 상부 표면 상의 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터
    를 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기생 표면파 라디에이터는 상기 안테나의 2개의 대향 측부 상에 위치한 슬롯들의 세트를 포함하는, 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 슬롯들의 세트의 각각의 슬롯은 조정 가능한 깊이, 유전체 라디에이터, 및 가변 슬롯 패턴 중 적어도 하나를 갖는, 시스템.
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