KR20220092983A - 밀리미터파 애플리케이션을 위한 2차원 레이더 - Google Patents

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KR20220092983A
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소렌 샴스
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메타웨이브 코포레이션
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Abstract

본 명세서에 개시된 예는 밀리미터파 애플리케이션에서 사용하기 위한 2차원 레이더에 관한 것이다. 2차원 레이더의 안테나 구조물은 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이 및 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이를 포함한다. 본 명세서에 개시된 다른 예는 밀리미터파 애플리케이션의 2차원 레이더용 안테나 시스템 및 2차원 스캐닝을 갖는 레이더 시스템에 관한 것이다.

Description

밀리미터파 애플리케이션을 위한 2차원 레이더
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 11월 11일에 출원된 미국 가출원 제62/933,792호의 이익을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 참조로 포함된다.
레이더 또는 셀룰러 통신과 같은 무선 전송 시스템에서, 안테나의 크기는 전송 특성에 의해 결정된다. 무선 애플리케이션의 광범위한 적용으로 인해, 주어진 안테나 또는 방사 구조에 대해 할당된 풋프린트 및 다른 파라미터가 제한될 수 있다. 또한 대역폭 증가, 제어 미세조정, 범위 증가 등과 같은 안테나의 기능에 대한 요구가 계속해서 증가하고 있다. 자율 주행 차량과 같은 자동화 애플리케이션에서, 레이더 및 기타 센서는 짧은 응답 시간 내에 차량에 대한 신속한 지시를 가능하게 하는 충분한 속도와 반응성으로 차량 환경을 스캔할 것으로 예상된다.
위상 어레이 안테나는 다수의 안테나 요소의 신호를 결합하고 각 요소의 위상과 진폭을 제어하여 방사 패턴을 형성한다. 안테나 또는 방사 요소는 어레이 또는 서브 어레이로 배열되고, 젼형적으로 무엇보다도 패치 안테나 구성, 다이폴 또는 자기 루프의 패치를 포함한다. 각각의 방사 요소 사이의 상대 위상은 각각의 요소에 결합된 위상 시프터를 사용하여 고정되거나 조정될 수 있다. 안테나에 의해 생성되는 빔의 방향은 개별 요소의 위상을 변경함으로써 제어된다.
본 출원은 첨부 도면에 관하여 행해진 다음의 상세한 설명을 참조하면 더 완전히 이해될 수 있고, 도면은 축척대로 그려진 것은 아니며, 도면에서 동일한 참조 기호는 전체에서 동일한 부분을 지칭한다.
도 1은 본 기술의 다양한 구현에 따라, 자율주행 차량의 빔 조향 레이더가 물체를 검출하고 식별하는 데 사용되는 예시적인 환경을 도시한다.
도 2는 본 기술의 다양한 구현에 따른 에고(ego) 차량용 자율 주행 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3은 본 기술의 하나 이상의 구현에 따라 레이더 시스템이 구현될 수 있는 예시적인 네트워크 환경을 도시한다.
도 4는 본 기술의 몇몇 구현에 따른 레이더 시스템과 통합된 예시적인 차량 번호판 프레임의 분해 사시도를 도시한다.
도 5는 본 기술의 몇몇 구현에 따라 도 4의 차량 번호판 프레임에 사용할 레이더 안테나의 개략도를 도시한다.
도 6은 본 기술의 다양한 구현에 따른 레이더 시스템의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 기술의 몇몇 구현에 따른 안테나 구조물의 예시적인 스택업 구성의 분해 사시도를 도시한다.
도 8은 본 기술의 몇몇 구현에 따라 이중 편파로 방사 빔을 생성하는 예시적인 송신 및 수신 안테나의 개략도를 도시한다.
도 9는 본 기술의 몇몇 구현에 따른 직교 안테나 선택의 2차원 빔 스캐닝의 플롯도를 도시한다.
도 10은 본 기술의 몇몇 구현에 따른 메인 로브 레벨 및 사이드 로브 레벨을 갖는 2차원 빔 스캐닝의 플롯도를 도시한다.
도 11은 본 기술의 몇몇 구현에 따른 복수의 주파수 처프를 갖는 2차원 빔 스캐닝의 플롯도를 도시한다.
도 12는 다양한 구현에 따른 안테나 구조물을 동작시키는 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
기존의 2차원(2D) 위상 어레이 안테나는 U 및 V 평면 모두에서 스캐닝 기능을 갖춘 펜슬 빔(pencil beam)을 제공한다. 방위각 및 고도 평면에서 특정 빔 폭을 달성하기 위해, 총 N×M개의 요소에 대해 방위각 및 고도 방향으로 N개 및 M개의 요소가 있는 그리드에 안테나 요소가 형성된다. 평면 2D 어레이를 기반으로 하는 레이더 시스템은 타깃으로의 송신기(TX) U/V 스캐닝을 위한 출사 펜슬 빔 및 타깃으로부터의 수신기(RX) U/V 스캐닝을 위한 입사 펜슬 빔을 이용하며, 이는 각각의 RX 및 TX 안테나에 대한 N×M개의 무선 주파수(RF) 채널의 측면에서 훨씬 더 높은 비용과 복잡성의 대가로 더 높은 이득을 제공하며 총 2×N×M개의 RF 채널로 변환된다. 이와 관련하여, 고도 및 방위각 평면(M=N)에서 대칭적인 빔 폭은 2N2개의 RF 채널을 필요로 한다. 기존의 2D 위상 어레이 안테나에 필요한 RF 채널의 이 개수는 크기, 복잡성 및 비용 면에서 어려운 부담을 만든다.
본 개시는 2D 빔 스캐닝을 제공하고 빔 폭 요구사항을 충족하는 데 필요한 RF 채널의 수를 상당히 감소시키는 밀리미터파 애플리케이션을 위한 2D 레이더를 제공한다. 예를 들어, 본 기술은 유사한 승수 빔 폭을 제공하기 위해 각각 RX 및 TX 안테나에 대해 N 및 M개의 RF 채널을 사용한다. 이는 N+M개의 RF 채널의 총 수(대칭 방위각 및 고도 빔 폭의 경우 2N)에 달하며, 이는 기존의 2D 위상 어레이 안테나보다 훨씬 적다. 그 결과 비용과 복잡성 면에서 상당히 절감된다. TX 빔 스캐닝은 제1 스캔 레이트로 타깃으로 한 축(예컨대, U축)을 스캔하기 위해 출사 팬 빔을 이용하고 RX 빔 스캐닝은 제2 스캔 레이트로 타깃으로부터 다른 축(예컨대, V축)을 스캔하기 위해 입사 팬 빔을 이용하며, RX 팬 빔과 TX 팬 빔은 수직이다. 이와 관련하여, 팬 빔은 훨씬 더 낮은 비용 및 이득이 더 낮은 보다 단순화된 시스템 설계를 제공한다. 어떤 경우에는, 총 복사 전력(TRP)이 유효 등방성 복사 전력(EIRP) 임계값으로 증가하여 더 낮은 이득을 보상할 수 있다.
일부 구현에서, 2차원 레이더의 안테나 구조는 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이 및 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하기 위해 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하도록 구성된 수신 어레이를 포함한다. 본 명세서에 설명된 다양한 예는 레이더 시스템이 한 축을 따라 신호를 송신하고 다른 축을 따라 신호를 수신할 수 있게 한다. 개시된 예에서, 송신 및 수신 안테나의 기하학적 구조는 직교한다. 일부 구현에서, 수신 안테나는 시스템 성능의 속도를 높이기 위해 개별적으로 제1 및 제2 편파 모두로 리턴 RF 빔을 수신하도록 설계될 수 있으며, 제2 편파로 동작하는 수신 안테나는 제2 편파로 동작하는 송신 안테나와 동기화되어 U축 또는 V축에서 대략적인(coarse) 스캔을 할 수 있다.
본 기술은 무선 통신 및 레이더 애플리케이션, 특히 엔지니어링된 방사 구조를 사용하여 전자기파를 조작할 수 있는 메타 구조를 통합하는 애플리케이션에 적용할 수 있다. 예를 들어, 본 개시는 메타 구조(Meta-Structure: MTS) 요소 및 어레이를 갖는 안테나 구조를 제공한다. 차량 레이더 모듈을 포함한 많은 애플리케이션에서 안테나 구조의 성능을 증가시키는 MTS 요소에 대한 급전 네트워크 내의 구조 및 구성이 있다. 다양한 예에서, MTS 요소는 메타물질 요소를 포함한다.
메타물질은 조성보다 구조에서 특이한 특성을 도출하며 일반적으로 자연에서 발견되지 않는 이색적인 속성을 가지고 있다. 메타물질은 자연에서 발견되지 않는 특성을 갖도록 엔지니어링된 구조이다. 메타물질 안테나는 임의의 다양한 형태를 취할 수 있으며, 그 중 일부는 이해를 돕기 위해 본 명세서에 설명되어 있지만, 이것은 본 개시의 가능한 구현의 완전한 편집이 아니다. 메타물질은 전형적으로 반복 패턴으로 배열된다. 안테나의 경우, 메타물질은 메타물질이 방출하는 전송 신호의 파장보다 훨씬 작은 규모로 구축될 수 있다. 메타물질 속성은 구조를 형성하는 기본 물질이 아니라 엔지니어링되고 설계된 구조에서 나온다. 정확한 모양, 치수, 기하형태, 크기, 배향, 배열 등은 파장을 차단, 흡수, 강화 또는 굽힘으로써 EM 파를 조작할 수 있는 지능적인 속성을 생성한다.
본 기술은 현재 시스템보다 훨씬 짧은 시간 내에 전체 환경을 스캔하기 위해 무선 주파수(RF) 파를 조작하는 전례 없는 능력을 갖는 스마트 능동 안테나에 관한 것이다. 본 기술은 또한 다양한 구성의 MTS 방사 구조를 사용하는 스마트 빔 조향 및 빔 형성에 관한 것으로, 안테나에 대한 전기적 변화를 사용하여 위상 천이 및 조정을 달성하여 복잡성과 처리 시간을 줄이고 장거리 및 단거리 물체 검출을 위한 약 360°시야(Field-of-View: FoV)까지의 고속 스캔을 가능하게 한다. 본 기술은 범위 및 방위각을 측정할 때 기존의 대형 안테나 요소를 사용하지 않고 레이더를 사용하여 수평면에 투영된 위치를 식별하는 물체까지의 거리와 방위각을 각각 제공하여 2D 이미지 기능에 대한 정보를 제공한다.
본 개시는 시스템의 계산 복잡성을 줄이고 전송 속도를 높이기 위해 미국에서 대략 77GHz이고 5GHz 범위를 갖는, 구체적으로 76GHz ~ 81GHz인 자율주행 차량 통신 및 검출 스펙트럼에서의 전송을 달성하기 위해 전송된 신호의 강화된 위상 천이를 제공하는 예컨대, 레이더 및 셀룰러 안테나를 위한 방사 구조에 관한 것이다. 본 개시는 이들 애플리케이션에 제한되지 않고, 무선 통신, 5G 셀룰러, 고정 무선 등과 같은 다른 안테나 애플리케이션에서 용이하게 이용될 수 있다. 몇몇 구현에서, 본 개시는 신규 급전 구조와 결합된 MTS 요소의 특성을 이용함으로써 이러한 목표를 달성한다.
자율 주행은 공상 과학 소설의 영역으로부터 실현 가능한 현실로 빠르게 움직이고 있다. 이미 시장에는 안전 및 더 나은 주행을 위해 차량을 자동화하고, 적응시키며, 향상시키는 첨단 운전자 보조 시스템(Advanced-Driver Assistance System: ADAS)이 있다. 다음 단계는 조향, 가속, 제동 및 교통 상황, 길을 건너는 보행자, 동물 등을 피하기 위해 필요할 때에 차선 또는 속도를 변경하는 것과 같은 이벤트에 대응하기 위한 주변 환경 및 주행 조건을 모니터링하는 것과 같은 주행 기능의 제어를 점점 더 많이 책임지는 차량이 될 것이다.
본 개시는 주변 세계를 재구성할 수 있으며 트루 3D 비전을 갖고 인간과 유사하게 세상을 해석할 수 있는 사실상 레이더 "디지털 눈"인 자동차 레이더 센서에 관한 것이다. 예를 들어, 본 기술은 향상된 센서 성능, 전천후/전조건 검출, 고급 의사 결정 알고리즘 및 센서 융합을 통한 다른 센서와의 상호작용을 통해 자율 주행을 지원한다. 이들 구성은 레이더가 자율 주행 자동차와 같은 다수의 애플리케이션에서 기상 조건에 의해 억제되지 않기 때문에 레이더 센서의 사용을 최적화한다. 환경 정보를 조기에 캡처하는 능력은 차량 제어를 지원하여 위험과 변화하는 조건을 예측할 수 있다. 이들 구조로써 센서 성능도 향상되어 제어기에 대한 장거리 및 단거리 가시성을 가능하게 한다. 자동차 애플리케이션에서, 단거리는 차량 바로 앞의 횡단보도에서 사람을 검출하는 것과 같이 차량의 30미터 이내로 간주되며, 장거리는 고속도로에서 다가오는 자동차를 검출하는 것과 같이 250미터 이상으로 간주된다.
아래에 설명된 상세한 설명은 본 기술의 다양한 구성에 대한 설명으로 의도되며 본 기술이 실시될 수 있는 유일한 구성을 나타내도록 의도된 것은 아니다. 첨부 도면은 본 명세서에 포함되며 상세한 설명의 일부를 구성한다. 상세한 설명은 본 기술에 대한 완전한 이해를 제공하기 위한 목적으로 특정 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 기술은 본 명세서에 설명된 특정 세부사항으로 제한되지 않고 하나 이상의 구현을 사용하여 실시될 수 있다. 하나 이상의 경우에서, 구조 및 구성요소는 본 기술의 개념을 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 블록도 형태로 도시된다. 다른 경우에, 잘 알려진 방법 및 구조는 실시예의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해 상세하게 설명되지 않을 수 있다. 또한, 예시들은 서로 조합하여 사용될 수 있다.
도 1은 본 기술의 다양한 구현에 따라, 자율주행 차량의 빔 조향 레이더가 물체를 검출하고 식별하는 데 사용되는 예시적인 환경을 도시한다. 에고 차량(100)은 FoV 또는 특정 영역을 스캔하기 위해 레이더 신호를 전송하기 위한 빔 조향 레이더 시스템(106)을 구비한 자율주행 차량이다. 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 레이더 신호는 복수의 전송 빔(118)을 초래하도록 조정될 수 있는 스캔 파라미터 세트에 따라 전송된다. 스캔 파라미터는 무엇보다도 FoV를 정의하는 스캔된 영역의 총 각도, 각각의 증분 전송 빔의 빔 폭 또는 스캔 각도, 레이더 신호의 처프 수, 처프 시간, 처프 세그먼트 시간, 처프 기울기 등을 포함할 수 있다. 전체 FoV 또는 그 일부는 이러한 전송 빔(118)의 편집에 의해 스캔될 수 있으며, 이는 연속적인 인접 스캔 위치에 있거나 특정 또는 랜덤 순서일 수 있다. FoV라는 용어는 본 명세서에서 레이더 전송과 관련하여 사용되며 시야가 방해받지 않는 광학 FoV를 의미하지 않는다. 스캔 파라미터는 이들 증분 전송 빔 사이의 시간 간격 및 전체 또는 부분 스캔의 시작 및 정지 각도 위치도 나타낼 수 있다.
다양한 예에서, 에고 차량(100)은 또한 카메라(102) 및 라이다(lidar)(104)와 같은 다른 인지 센서를 가질 수 있다. 이들 인지 센서는 에고 차량(100)에 필요하지 않지만 빔 조향 레이더(106)의 물체 검출 능력을 증가시키는 데 유용할 수 있다. 카메라(102)는 가시 물체 및 상태를 검출하고 다양한 기능의 수행을 지원하는 데 사용될 수 있다. 라이다(104)는 또한 물체를 검출하고 이 정보를 제공하여 에고 차량(100)의 제어를 조정하는 데 사용될 수 있다. 이 정보는 고속도로의 혼잡, 도로 상태 및 센서, 동작 또는 차량의 작동에 영향을 미칠 기타 조건과 같은 정보를 포함할 수 있다. 기존 ADAS 모듈은 카메라 센서를 활용하여 주차와 같은 운전 기능(예컨대, 후방 카메라)에서 운전자를 지원한다. 카메라는 질감, 색상 및 대비 정보를 매우 세부적으로 캡처할 수 있지만, 인간의 눈과 마찬가지로 악천후 조건과 조명 변화에 민감하다. 카메라(102)는 고분해능을 가질 수 있지만 50미터를 초과하는 물체를 분해하지 못할 수 있다.
라이다 센서는 전형적으로 광의 펄스가 물체로 이동하고 센서로 되돌아오는 데 걸리는 시간을 계산함으로써 물체까지의 거리를 측정한다. 차량 상단에 위치할 때, 라이다 센서는 주변 환경의 360°3D 뷰를 제공할 수 있다. 다른 방안은 전체 360°뷰를 제공하기 위해 차량 주변의 상이한 위치에서 여러 라이다를 사용할 수 있다. 그러나, 라이다(104)와 같은 라이다 센서는 여전히 엄청나게 비싸고, 크기가 크며, 기상 조건에 민감하고, 단거리(예컨대, 150-300미터 미만)로 제한된다. 반면에, 레이더는 수년 동안 차량에 사용되어 왔으며 전천후 조건에서 작동한다. 레이더 센서는 또한 다른 유형의 센서보다 처리량이 훨씬 적고 장애물 뒤에 있는 물체를 검출하고 움직이는 물체의 속도를 결정하는 이점이 있다. 분해능에 관한 한, 라이다(104)에 의해 방출된 레이저 빔은 작은 영역에 집중되고, RF 신호보다 파장이 작으며, 약 0.25도의 분해능을 달성할 수 있다.
다양한 예에서 그리고 더 상세히 후술되는 바와 같이, 빔 조향 레이더(106)는 360°트루 3D 비전 및 에고 차량(100)의 경로 및 주변 환경에 대한 인간과 유사한 해석을 제공할 수 있다. 빔 조향 레이더(106)는 적어도 하나의 빔 조향 안테나를 사용하여 360°FoV에서 모든 방향으로 RF 빔을 형성 및 조향할 수 있고 약 300미터 이상의 장거리에 걸쳐 물체를 빠르고 높은 정확도로 인식한다. 레이더(106)의 장거리 능력과 함께 카메라(102) 및 라이다(104)의 단거리 능력은 에고 차량(100)의 센서 융합 모듈(108)이 물체 검출 및 식별을 향상시킬 수 있게 한다.
도시된 바와 같이, 빔 조향 레이더(106)는 원거리(예를 들어, 350m 초과)에서의 차량(120)뿐만 아니라 단거리(예를 들어, 100m 미만)에서의 차량(110 및 114) 모두를 검출할 수 있다. 짧은 시간에 충분한 범위와 속도 분해능으로 두 차량을 모두 검출하는 것은 에고 차량의 완전한 자율 주행 기능을 위해 필수적이다. 레이더(106)는 매우 짧은 시간에 장거리 물체의 검출을 가능하게 하여 검출된 차량에 대한 더 미세한 속도 분해능을 얻는 데 초점을 맞추는 조정가능한 LRR(Long-Range Radar) 모드를 갖는다. 본 명세서에서 설명되지는 않았지만, 레이더(106)는 LRR과 SRR(Short-Range Radar) 모드 사이에서 시간 대안적으로 재구성할 수 있다. SRR 모드는 더 낮은 이득으로 광폭 빔을 가능하게 하지만 사고를 피하기 위한 신속한 결정을 내리고, 주차 및 시내 여행을 지원하며, 광범위한 환경 영역에 대한 정보를 캡처할 수 있다. LRR 모드는 높은 이득을 갖는 좁은 지향성 빔과 장거리를 가능하게 하며, 이는 고속 애플리케이션에 강력하며, 처리 시간이 길수록 신뢰성이 높아진다. 각각의 빔 위치에 대한 과도한 체류 시간(dwell time)은 사각 지대를 유발할 수 있으며, 조정가능한 LRR 모드는 레이더 작동을 위해 안테나 이득, 전송 전력 및 원하는 신호 대 잡음비(SNR)를 유지하면서 장거리에서 빠른 물체 검출이 발생할 수 있음을 보장한다.
이제 본 기술의 다양한 구현에 따른 에고 차량용 자율 주행 시스템(200)의 개략도를 도시하는 도 2에 주목한다. 자율 주행 시스템(200)은 주행 기능의 일부 또는 전체 자동화를 제공하는 에고 차량에 사용하기 위한 시스템이다. 주행 기능은 예를 들어, 조향, 가속, 제동 및 교통 상황, 길을 건너는 보행자, 동물 등을 피하기 위해 필요할 때에 차선 또는 속도를 변경하는 것과 같은 이벤트에 대응하기 위한 주변 환경 및 주행 조건을 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 자율 주행 시스템(200)은 레이더 시스템(202) 및 카메라(204), 라이다(206), 인프라구조 센서(208), 환경 센서(210), 작동 센서(212), 사용자 선호도 센서(214) 및 기타 센서(216)와 같은 다른 센서 시스템을 포함한다. 자율 주행 시스템(200)은 통신 모듈(218), 센서 융합 모듈(220), 시스템 제어기(222), 시스템 메모리(224), 차량 대 차량(Vehicle-to-Vehicle: V2V) 통신 모듈(226)도 포함한다. 자율 주행 시스템(200)의 이 구성은 예시적인 구성이며 도 2에 예시된 특정 구조로 제한되는 것을 의미하지 않음을 이해해야 한다. 도 2에 도시되지 않은 추가 시스템 및 모듈은 자율 주행 시스템(200)에 포함될 수 있다.
다양한 예에서, 빔 조향 레이더(202)는 차량의 260°FoV의 하나 또는 복수의 부분에 초점을 맞출 수 있는 동적으로 제어가능하고 조향가능한 빔을 제공하기 위한 적어도 하나의 빔 조향 안테나를 포함한다. 빔 조향 안테나에서 방사된 빔은 차량의 경로 및 주변 환경 내의 물체로부터 반사되고 레이더(202)에 의해 수신 및 처리되어 물체를 검출하고 식별한다. 레이더(202)는 물체를 검출 및 식별하고 원하는 대로 레이더 모듈을 제어하도록 훈련된 인식 모듈을 포함한다. 카메라(204) 및 라이다(206)는 또한 훨씬 더 낮은 범위에 있지만, 에고 차량의 경로 및 주변 환경에 있는 물체를 식별하는 데 사용될 수 있다.
인프라구조 센서(208)는 주행 동안 인프라구조로부터 예컨대, 스마트 도로 구성, 광고판 정보, 신호등, 정지 신호, 교통 경고 등을 포함하는 교통 경보 및 표시기로부터 정보를 제공할 수 있다. 이것은 성장하는 영역이며, 이 정보에서 파생된 용도와 기능은 엄청나다. 환경 센서(210)는 무엇보다도 온도, 습도, 안개, 가시성, 강수량과 같은 외부의 다양한 조건을 검출한다. 작동 센서(212)는 차량의 기능적 작동에 대한 정보를 제공한다. 이것은 타이어 공기압, 연료량, 브레이크 마모 등이 될 수 있다. 사용자 선호도 센서(214)는 사용자 선호도의 일부인 조건을 검출할 수 있다. 이것은 온도 조정, 스마트 윈도우 셰이딩 등이 될 수 있다. 다른 센서(216)는 에고 차량 내부 및 주변의 상태를 모니터링하기 위한 추가 센서를 포함할 수 있다.
다양한 예에서, 센서 융합 모듈(220)은 에고 차량 및 환경의 대략 포괄적인 뷰를 제공하기 위해 이들 다양한 기능을 최적화한다. 많은 유형의 센서가 센서 융합 모듈(220)에 의해 제어될 수 있다. 이들 센서는 정보를 공유하고 다른 시스템에 대한 하나의 제어 동작의 영향을 고려하기 위해 서로 조정될 수 있다. 일례로, 혼잡한 주행 조건에서, 소음 검출 모듈(미도시)은 차량을 방해할 수 있는 복수의 레이더 신호가 있음을 식별할 수 있다. 이 정보는 레이더(202)의 검출 모듈에 의해 레이더(202)의 스캔 파라미터를 조정하여 이들 다른 신호를 피하고 간섭을 최소화하는 데 사용될 수 있다.
다른 예에서, 환경 센서(210)는 날씨가 변하고 가시성이 감소하고 있음을 검출할 수 있다. 이러한 상황에서, 센서 융합 모듈(220)은 이들 새로운 조건에서 탐색하는 차량의 능력을 개선하는 다른 센서를 구성하도록 결정할 수 있다. 구성은 카메라(204) 및/또는 라이다(206)를 턴오프하거나 이들 가시성 기반 센서의 샘플링 레이트를 줄이는 것을 포함할 수 있다. 이는 현재 상황에 맞게 조정된 센서(들)에 효과적으로 의존한다. 이에 응답하여, 인식 모듈은 이러한 조건에 대해서도 레이더(202)를 구성한다. 예를 들어, 레이더(202)는 빔 폭을 감소시켜 더 집중된 빔을 제공하고, 따라서 더 미세한 감지 능력을 제공할 수 있다.
다양한 예에서, 센서 융합 모듈(220)은 이력 조건 및 제어에 기초하여 레이더(202)에 직접 제어를 보낼 수 있다. 센서 융합 모듈(220)은 또한 자율 주행 시스템(200) 내의 센서들 중 일부를 사용하여 다른 센서에 대한 피드백 또는 교정으로서 작용할 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 센서(212)는 템플릿, 패턴 및 제어 시나리오를 생성하기 위해 인식 모듈 및/또는 센서 융합 모듈(220)에 피드백을 제공할 수 있다. 이들은 센서 융합 모듈(220)이 과거의 동작으로부터 학습하는 성공적인 동작에 기초하거나 열악한 결과에 기초할 수 있다.
센서(202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216)로부터의 데이터는 자율 주행 시스템(200)의 타깃 검출 및 식별 성능을 개선하기 위해 센서 융합 모듈(220)에서 결합될 수 있다. 센서 융합 모듈(220)은 자체적으로 시스템 제어기(222)에 의해 제어될 수 있으며, 이는 또한 에고 차량의 다른 모듈 및 시스템과 상호작용하고 제어할 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어기(222)는 원하는 대로 상이한 센서(202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216)의 전원을 켜거나 끌 수 있거나, 주행 위험(예를 들어, 차량의 경로에 갑자기 나타나는 사슴, 보행자, 자전거 타는 사람 또는 다른 차량, 날아다니는 파편 등)을 식별할 때 정지하라는 명령어를 에고 차량에 제공할 수 있다.
자율 주행 시스템(200)의 모든 모듈 및 시스템은 통신 모듈(218)을 통해 서로 통신한다. 시스템 메모리(224)는 자율 주행 시스템(200) 및 자율 주행 시스템(200)을 사용하는 에고 차량의 동작에 사용되는 정보 및 데이터(예컨대, 정적 및 동적 데이터)를 저장할 수 있다. V2V 통신 모듈(226)은 다른 차량과의 통신에 사용된다. V2V 통신 모듈(226)은 또한 사용자, 운전자 또는 에고 차량의 탑승자에게 불투명한 정보를 다른 차량으로부터 얻을 수 있고, 차량이 임의의 유형의 충돌을 피하기 위해 서로 조정하는 것을 도울 수 있다.
도 3은 본 기술의 하나 이상의 구현에 따라 레이더 시스템이 구현될 수 있는 예시적인 네트워크 환경(300)을 도시한다. 예시적인 네트워크 환경(300)은 전송 라인(350)을 통해 전자 디바이스(310)에 결합되는 다수의 전자 디바이스(320, 330, 340, 342, 344, 346 및 348)을 포함한다. 전자 디바이스(310)는 전자 디바이스(342, 344, 346, 348)를 서로 통신 가능하게 결합할 수 있다. 하나 이상의 구현에서, 하나 이상의 전자 디바이스(342, 344, 346, 348)는 예를 들어, 전자 디바이스(310)의 지원 없이 서로 통신가능하게 직접 결합된다. 도시된 구성요소 모두가 필요한 것은 아니며, 하나 이상의 구현은 도면에 도시되지 않은 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소의 배열 및 유형의 변형은 본 명세서에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가 구성요소, 상이한 구성요소 또는 더 적은 수의 구성요소가 제공될 수 있다.
몇몇 구현에서, 하나 이상의 전송 라인(350)은 이더넷 전송 라인(예를 들어, 802.3)과 같은 유선 전송 라인 또는 WiFi(예를 들어, 802.11) 또는 블루투스(예를 들어, 802.15)와 같은 무선 전송 라인을 포함한다. 이와 관련하여, 전자 디바이스(320, 330, 340, 342, 344, 346, 348 및 310)는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3 표준(예: 802.3ch)에 설명된 것과 같은 하나 이상의 물리 계층 사양의 하나 이상의 양상과 상호운용가능한 물리 계층(PHY)을 구현할 수 있다. 전자 디바이스(310)는 스위치 디바이스, 라우팅 디바이스, 허브 디바이스, 또는 일반적으로 전자 디바이스(320, 330, 340, 342, 344, 346 및 348)를 통신가능하게 결합할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있거나 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현에서, 예시적인 네트워크 환경(300)의 적어도 일부는 승용차와 같은 차량 내에서 구현된다. 예를 들어, 전자 디바이스(342, 344, 346, 348)는 파워트레인 시스템, 섀시 시스템, 텔레매틱스 시스템, 엔터테인먼트 시스템, 카메라 시스템, 센서 시스템, 예컨대, 차선 이탈 시스템, 진단 시스템, 또는 일반적으로 차량에 사용될 수 있는 임의의 시스템과 같은 차량 내의 다양한 시스템을 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 도 3에서, 전자 디바이스(310)는 중앙 처리 장치로서 도시되고, 전자 디바이스(320)는 레이더 시스템으로서 도시되며, 전자 디바이스(330)는 LiDAR 시스템으로서 도시되고, 전자 디바이스(340)는 엔터테인먼트 인터페이스 장치로 도시되며, 전자 디바이스(342, 344, 346, 348)는 전방 카메라, 후방 카메라 및 측면 카메라와 같은 카메라 디바이스로서 도시된다. 하나 이상의 구현에서, 전자 디바이스(310) 및/또는 전자 디바이스(342, 344, 346, 348) 중 하나 이상은 인터넷과 같은 공중 통신 네트워크에 통신가능하게 결합될 수 있다. 일부 구현에서, 레이더 시스템(320)은 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이 자동차 레이더 애플리케이션을 위한 2차원 빔 스캐닝을 갖는 번호판 프레임이거나 이의 적어도 일부를 포함한다.
도 4는 본 기술의 몇몇 구현에 따른 레이더 시스템과 통합된 예시적인 차량 번호판 프레임(400)의 분해 사시도를 도시한다. 그러나, 도시된 구성요소 모두가 필요한 것은 아니며, 하나 이상의 구현은 도면에 도시되지 않은 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소의 배열 및 유형의 변형은 본 명세서에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가 구성요소, 상이한 구성요소 또는 더 적은 수의 구성요소가 제공될 수 있다.
차량 번호판 프레임(400)은 번호판 프레임(410) 및 안테나(430)를 포함한다. 몇몇 구현에서, 도 3의 레이더 시스템(320)은 안테나(430)이거나 이의 적어도 일부를 포함한다. 일부 경우에, 번호판 프레임(410)은 안테나(430)용 커버 또는 레이돔 및 번호판(420)용 패스너로서의 역할을 하는 유전체 재료 또는 비전도성 재료로 제조될 수 있으며, 안테나(430)는 인쇄 회로 보드일 수 있다. 안테나(430)는 번호판 프레임(410)의 후면에 기계적으로 결합될 수 있다. 일부 경우에, 안테나(430)는 번호판 프레임(410)의 코너에 패스너를 사용하여 번호판 프레임(410)에 비영구적으로 고정될 수 있다. 다른 구현에서, 안테나(430)는 접착성 수지 재료로 번호판 프레임(410)에 영구적으로 고정될 수 있다. 또 다른 구현에서, 안테나(430) 및 번호판 프레임(410)은 동일한 재료로 제조되어 안테나(430) 및 번호판 프레임(410)이 통합 유닛이 될 수 있다. 번호판(420)은 안테나(430)와 번호판 프레임(410) 사이에 개재될 수 있다. 예를 들어 번호판(420)은 번호판 프레임(410)과 안테나(430)가 조립(또는 기계적으로 함께 결합)될 때 형성되는 캐비티에 삽입될 수 있다. 몇몇 예에서, 번호판 프레임(410)은 안테나(430)와의 결합을 통해 여기되는 등각 슬롯 안테나이거나 이의 적어도 일부를 포함한다.
일부 예에서, 인클로저(미도시)는 안테나(430) 내의 전자 구성요소 및 RF 회로부용 차폐물로서의 역할을 하는 전도성 또는 금속성 재료로 제조될 수 있으며 이는 안테나(430)(예를 들어, 차폐물)에 대한 전자기 간섭을 격리(예컨대, 급전 네트워크로부터의 임의의 원치 않는 방사선에 대해 차폐)하는 데 도움이 된다. 일부 경우에, 번호판 프레임(410)은 2mm 내지 3mm 범위의 두께, 약 160mm의 폭 및 약 312mm의 길이를 갖지만, 번호판 프레임(410)의 치수는 구현에 따라 다를 수 있다. 일부 구현에서, 차량 번호판 프레임(400)은 또한 안테나(430)에서의 열 가열을 감소시키고 차량 번호판 프레임(400) 전체에 걸쳐 열 전달을 조절하는 것을 돕는 방열판(440)을 포함한다. 다른 구현에서, 번호판(420)은 방열판(440) 대신에 안테나(430)에 대한 방열판으로서의 역할을 할 수 있다. 일부 구현에서, 번호판 프레임(410)은 안테나(430)의 레이더 기능과 관련된 시각적 표시기(예컨대, 상태 표시기)를 표시하기 위해 안테나(430)와 전기적으로 상호작용하는 디지털 회로부를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(430)는 번호판 프레임(410)과 안테나(430) 사이에, 기계적 결합에 의해 형성된 비아 또는 전용 커넥터를 통해 번호판 프레임(410)에 전력을 공급할 수 있다.
도 5는 본 기술의 몇몇 구현에 따라 도 4의 차량 번호판 프레임(400)에 사용하기 위한 레이더 안테나(500)의 개략도를 도시한다. 그러나, 도시된 구성요소 모두가 필요한 것은 아니며, 하나 이상의 구현은 도면에 도시되지 않은 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소의 배열 및 유형의 변형은 본 명세서에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가 구성요소, 상이한 구성요소 또는 더 적은 수의 구성요소가 제공될 수 있다.
레이더 안테나(500)는 상이한 편파로의 송신 및 수신을 위한 복수의 안테나 어레이를 포함한다. 예를 들어, 레이더 안테나(500)는 수직 편파를 갖는 수신 안테나(510) 및 수직 편파를 갖는 송신 안테나(530)를 포함한다. 레이더 안테나(500)는 또한 수평 편파를 갖는 수신 안테나(540) 및 수평 편파를 갖는 송신 안테나(520)를 포함한다. 이와 관련하여, 송신 안테나(520)는 방위각 방향으로 RF 빔을 송신할 수 있고 수신 안테나(540)는 방위각 방향 반대로 리턴 RF 빔을 수신할 수 있는 반면, 송신 안테나(530)는 고도 방향으로 RF 빔을 송신할 수 있고 수신 안테나(510)는 고도 방향 반대로 리턴 RF 빔을 수신할 수 있다. 일부 구현에서, 수신 안테나(510)는 안테나 기판의 상부 주변을 따라 측방향으로 배열되는 좌측 수신 안테나(512) 및 우측 수신 안테나(514)를 포함한다. 유사하게, 수신 안테나(540)는 안테나 기판의 우측 주변을 따라 측방향으로 배열되는 상부 수신 안테나(542) 및 하부 수신 안테나(544)를 포함한다. 일부 경우에, 좌측 수신 안테나(512)는 우측 수신 안테나(514)로부터 사전결정된 거리만큼 분리되고, 상부 수신 안테나(542)는 하부 수신 안테나(544)로부터 사전결정된 거리만큼 분리된다. 다른 구현에서, 송신 안테나(520)는 안테나 기판의 바닥 주변을 따라 측방향으로 배열되는 좌측 송신 안테나(522) 및 우측 송신 안테나(524)를 포함한다. 유사하게, 송신 안테나(530)는 안테나 기판의 좌측 주변을 따라 측방향으로 배열되는 상부 송신 안테나(532) 및 하부 송신 안테나(534)를 포함한다. 송신 안테나(520 및 530)는 직교 편파로 동작하지만, 수신 안테나(510 및 540)는 두 편파를 모두 수신하고 수신된 RF 신호를 별개의 채널에서 송수신기(506)에 전달하여 빔 스캔의 속도를 높일 수 있다.
수신 안테나(510)는 송신 안테나(530)에 직교하게 배열되는 반면, 수신 안테나(540)는 송신 안테나(520)에 직교하게 (또한 수신 안테나(510)에 직교하게) 배열된다. 송신 및 수신 안테나 어레이는 번호판 프레임(예컨대, 410) 레이아웃과 정렬되는 방식으로 배열된다. 예를 들어, 수신 안테나(510)는 안테나 기판의 상부 주변을 따라 위치될 수 있고, 송신 안테나(530)는 안테나 기판의 측면 주변(예를 들어, 좌측)을 따라 위치될 수 있다. 유사하게, 수신 안테나(540)는 안테나 기판의 측면 주변(예를 들어, 우측)을 따라 위치될 수 있고, 송신 안테나(520)는 안테나 기판의 하부 주변을 따라 위치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 4개의 안테나 어레이(510, 520, 530 및 540)가 있음에 유의한다. 그러나, 레이더 안테나(500)는 복수의 다른 안테나 어레이를 통합할 수 있다. 다양한 예에서, 각각의 안테나 어레이는 방사 패턴의 송신 및/또는 수신을 위한 것일 수 있다.
일부 구현에서, 레이더 안테나(500)는 수신 안테나(510 및 540)에 대한 사이드 로브 필터로서의 역할을 하는 수신기 가드 안테나(552, 554, 556 및 558)를 포함한다. 예를 들어, 수신기 가드 안테나(552 및 554)는 수신 안테나(510)에 근접하게 배치된다. 특히, 수신기 가드 안테나(552)는 좌측 수신 안테나(512)에 근접하게 배치되고, 수신기 가드 안테나(554)는 우측 수신 안테나(514)에 근접하게 배치되어, 수신기 가드 안테나(552 및 554)는 수신 안테나(510)의 양 끝에 배치된다. 이와 관련하여, 수신기 가드 안테나(552 및 554)는 각각 좌측 수신 안테나(512) 및 우측 수신 안테나(514)에 대한 사이드 로브 필터로서의 역할을 한다. 다른 예에서, 수신기 가드 안테나(556 및 558)는 수신 안테나(540)에 근접하게 배치된다. 특히, 수신기 가드 안테나(556)는 상부 수신 안테나(542)에 근접하게 배치되고 수신기 가드 안테나(558)는 하부 수신 안테나(544)에 근접하게 배치되어, 수신기 가드 안테나(556 및 558)는 수신 안테나(540)의 양 끝에 배치된다. 이와 관련하여, 수신기 가드 안테나(556 및 558)는 각각 좌측 수신 안테나(542) 및 우측 수신 안테나(544)에 대한 사이드 로브 필터로서의 역할을 한다. 일부 구현에서, 레이더 안테나(500)는 송신 안테나(520 및 530)와의 송신 사이드 로브 소거를 위한 송신기 가드 안테나(576, 578, 580, 582)를 포함한다. 예를 들어, 송신기 가드 안테나(576 및 578)는 송신 안테나(520)에 근접하게 배치된다. 특히, 송신기 가드 안테나(576)는 우측 송신 안테나(524)에 근접하게 배치되고, 가드 안테나(578)는 좌측 송신 안테나(522)에 근접하게 배치되어, 송신기 가드 안테나(576 및 578)는 송신 안테나(520)의 양 끝에 배치된다. 이와 관련하여, 송신기 가드 안테나(576 및 578)는 각각 우측 송신 안테나(524) 및 좌측 송신 안테나(522)에 대한 사이드 로브 필터로서의 역할을 한다. 다른 예에서, 송신기 가드 안테나(580 및 582)는 송신 안테나(530)에 근접하게 배치된다. 특히, 송신기 가드 안테나(580)는 하부 송신 안테나(534)에 근접하게 배치되고, 가드 안테나(582)는 상부 송신 안테나(532)에 근접하게 배치되어 송신기 가드 안테나(580 및 582)가 송신 안테나(530)의 양 끝에 배치된다. 이와 관련하여, 송신기 가드 안테나(580 및 582)는 각각 하부 송신 안테나(534) 및 상부 송신 안테나(532)에 대한 사이드 로브 필터로서의 역할을 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 수신 어레이(510 및 540) 및 송신 어레이(520 및 530)는 송수신기(506)에 결합되고 그들의 방사선 빔이 서로에 대해 직교하도록 구성된다. 일부 예에서, 직교 빔은 직교 선형 또는 원형 편파, 인코딩, 처프 또는 다른 주파수를 통해 달성될 수 있다. 각 송신 및 수신 페어링에 대해, 하나의 어레이는 시야의 수직 각도(또는 U축)를 스캔하고, 다른 어레이는 시야의 수평 각도(또는 V축)를 스캔한다. 예를 들어, 수신 안테나(510) 및 송신 안테나(530)는 수직 편파의 방사선 빔으로 U-V 축을 스캔하기 위해 함께 페어링될 수 있다. 수신 안테나(510)는 수신기 RF 프론트 엔드(562)에 결합될 수 있고 송신 안테나(530)는 송신기 RF 프론트 엔드(574)에 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신기(506)로부터의 발신 RF 시그널링은 송신 안테나(530)를 통해 방사하기 위해 송신기 RF 프론트 엔드(574)로 이동하고 수신 안테나(510)에 의해 수신된 리턴 RF 시그널링은 처리를 위해 수신기 RF 프론트 엔드(562)에 의해 송수신기(506)로 이동된다. 다른 예에서, 수신 안테나(540) 및 송신 안테나(520)는 수평 편파의 방사선 빔으로 U-V 축을 스캔하도록 함께 페어링될 수 있다. 수신 안테나(540)는 수신기 RF 프론트 엔드(564)에 결합될 수 있고 송신 안테나(520)는 송신기 RF 프론트 엔드(572)에 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신기(506)로부터의 발신 RF 시그널링은 송신 안테나(520)를 통해 방사하기 위해 송신기 RF 프론트 엔드(572)로 이동하고 수신 안테나(540)에 의해 수신된 리턴 RF 시그널링은 처리를 위해 수신기 RF 프론트 엔드(564)에 의해 송수신기(506)로 이동된다. 일부 예에서, 수신기 RF 프론트 엔드(562 및 564)는 송수신기(506)에 대한 수신 체인을 따라 저잡음 증폭기, 위상 천이 요소, 아날로그-디지털 변환기, 조합 네트워크 및 다른 수신기 회로부를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 송신기 RF 프론트 엔드(572 및 574)는 송신 안테나(520 및 530)에 대한 송신 체인을 따라 전력 증폭기, 위상 천이 요소, 급전 네트워크 및 다른 송신기 회로부를 포함할 수 있다.
일부 구현에서, 2개의 수신 어레이 중 어느 하나로부터 송수신기(506)로의 수신기 입력의 수는 수신기 안테나의 선형 어레이 크기에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 송수신기(506)에 대한 4개의 입력을 생성하는 128-요소 선형 어레이에 대한 32개 요소의 4개 그룹이 있을 수 있다. 다른 예에서, 송수신기(506)에 대한 8개의 입력을 생성하는 128-요소 선형 어레이에 대한 16개 요소의 8개 그룹이 있을 수 있다. 또 다른 예에서, 송수신기(506)에 대한 2개의 입력을 생성하는 64-요소 선형 어레이에 대한 32개 요소의 2개 그룹이 있을 수 있다. 또 다른 예에서, 송수신기(506)에 대한 4개의 입력을 생성하는 64-요소 선형 어레이에 대한 16개 요소의 개 그룹이 있을 수 있다. 이 안테나 클러스터링은 디지털 신호 처리에 더 의존하는 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
일부 구현에서, 송수신기(506)에 의해 어느 편파(예를 들어, 방위각, 고도)로 송신 어레이로의 하나의 송신기 출력이 있다. 다른 구현에서, 송수신기(506)는 두 편파 모두에 대해 송신 어레이로 하나보다 많은 송신기 출력을 출력할 수 있다.
일부 구현에서, 송신 및 수신 안테나 각각은 팬 빔과 같은 성형 빔을 생성하며, 메인 빔은 1차원(예를 들어, 고도로 약 20°)의 좁은 빔 폭을 갖고 다른 차원의 더 넓은 빔 폭(예컨대, 방위각으로 약 40°)을 갖는다. 방향을 스캔하기 위해, 위상 천이 요소는 해당 전송 라인을 통해 송신 안테나로 또는 수신 안테나로부터의 시그널링에 위상 천이를 적용하여 타깃 방향으로 출력 방사선 빔을 형성한다. 위상 천이는 레이더 안테나(500)가 하나의 어레이로 수직 또는 고도에서 스캔할 수 있게 하는 반면, 다른 어레이는 수평 또는 방위각을 스캔하도록 위상 천이된다. 예를 들어, 수신 안테나(540)는 수신기 RF 프론트 엔드(564)를 통해 송수신기(506)에 의해 제어되어 수신 안테나(540)가 고도각 범위를 스캔하고, 송신 안테나(520)는 송신기 RF 프론트 엔드(572)를 통해 송수신기(506)에 의해 제어되어 송신 안테나(520)가 방위각 범위를 스캔한다.
일부 구현에서, 방위각 범위에서의 스캐닝은 고도각 범위에서의 스캔 레이트와 상이한 스캔 레이트로 수행된다. 특히, 방위각 범위(또는 U축)에 따른 스캔 레이트는 고도각 범위(또는 V축)에 따른 스캔 레이트보다 크다. 예를 들어, 고도각 범위에 따른 스캔 레이트는 약 10Hz일 수 있는 반면, 방위각 범위에 따른 스캔 레이트는 약 10kHz일 수 있다. 방위각 및 고도각 범위에 따른 스캔 레이트는 구현에 따라 다를 수 있다. 일부 예에서, 수신 안테나(540)는 고도 평면에서 1차원(1D) 스캐닝을 위해 송신 안테나(530)와 함께 동작하고, 동시에 수신 안테나(510)는 방위각 평면에서 1D 스캐닝을 위해 송신 안테나(520)와 함께 동작하여 프레임의 빠른 스캔을 수행한다. 일부 구현에서, 수신 안테나(예를 들어, 510, 540)는 양 편파로 리턴 RF 빔을 수신하도록 동작할 수 있다.
도 6은 본 기술의 다양한 구현에 따른 레이더 시스템(600)의 개략도를 예시한다. 레이더 모듈(600)은 수신 체인 및 송신 체인을 포함하는 레이더 모듈(602)을 포함한다. 수신 체인은 수신 안테나(612 및 613), 수신 가드 안테나(611 및 614), 커플러(670-673), 저잡음 증폭기(LNA)(640-643), 위상 천이기(PS) 회로(620 및 622), 증폭기(623, 624, 664 및 666) 및 조합 네트워크(644 및 645)를 포함한다. 송신 체인은 드라이버(690, 692, 694 및 696), 급전 네트워크(634 및 636), PS 회로(616 및 618), 전력 증폭기(628-631), 커플러(676, 678, 680 및 682), 송신 안테나(608 및 609) 및 송신 가드 안테나(607 및 610)를 포함한다. 레이더 모듈(602)은 또한 송수신기(606), 디지털-아날로그(DAC) 제어기(690), FPGA(Field-Programmable Gate Array)(626), 마이크로제어기(638), 처리 엔진(650), GUI(General User Interface)(658), 온도 센서(660) 및 데이터베이스(662)를 포함한다. 처리 엔진(650)은 인식 엔진(604), 데이터베이스(652) 및 디지털 신호 프로세서(DSP)(656)를 포함한다. 그러나, 도시된 구성요소 모두가 필요한 것은 아니며, 하나 이상의 구현은 도면에 도시되지 않은 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소의 배열 및 유형의 변형은 본 명세서에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가 구성요소, 상이한 구성요소 또는 더 적은 수의 구성요소가 제공될 수 있다.
일부 구현에서, 도 5의 송수신기(506)는 송수신기(606)의 적어도 일부이거나 이를 포함할 수 있다. 수신 안테나(510)는 수신 안테나(612)에 대응할 수 있고 수신 안테나는 수신 안테나(613)에 대응할 수 있다. 수신 가드 안테나(552 및 554)는 가드 안테나(611 및 614)에 대응할 수 있다. 추가적인 가드 안테나는 도 5의 수신 가드 안테나(556 및 558)에 대응하도록 레이더 모듈(602)에 추가될 수 있다. 일부 예에서, 도 5의 수신기 RF 프론트 엔드(562)는 적어도 커플러(670, 671), LNA(640, 641), PS 회로(620), 증폭기(623, 664) 및 조합 네트워크(644)를 포함한다. 몇몇 예에서, 도 5의 수신기 RF 프론트 엔드(564)는 커플러(672, 673), LNA(642, 643), PS 회로(622), 증폭기(624, 666) 및 조합 네트워크(645)를 포함한다. 몇몇 예에서, 도 5의 수신기 RF 프론트 엔드(572)는 커플러(676, 678), 전력 증폭기(628, 629), PS 회로(616), 급전 네트워크(634) 및 드라이버(690 및 694)를 포함한다. 몇몇 예에서, 도 5의 수신기 RF 프론트 엔드(574)는 커플러(680, 682), 전력 증폭기(630, 631), PS 회로(618), 급전 네트워크(636) 및 드라이버(692 및 696)를 포함한다. 일부 구현에서, DAC 제어기(690)는 수신기 RF 프론트 엔드(562, 564) 및 송신기 RF 프론트 엔드(572, 574) 각각에 포함될 수 있다. 다른 구현에서, DAC 제어기(690)는 RF 프론트 엔드 모듈과 동일한 인쇄 회로 보드 상의 별개의 회로로서 수신기 RF 프론트 엔드(562, 564) 및 송신기 RF 프론트 엔드(572, 574) 각각에 결합될 수 있다. 일부 구현에서, 도 3의 전자 디바이스(310)는 FPGA(626), 마이크로제어기(638), 처리 엔진(650), 온도 센서(660) 또는 데이터베이스(662) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 몇몇 구현에서, 도 3의 전자 디바이스(340)는 GUI(658)이거나 GUI(658)의 적어도 일부를 포함한다.
레이더 모듈(602)은 FoV 내에서 RF 신호를 송신하고 송신된 신호가 FoV 내의 물체로부터 반사될 때 이를 수신할 수 있다. 레이더 모듈(602)에서 아날로그 빔포밍을 사용하면, 단일 송신 및 수신 체인이 방향성 및 조향가능한 빔을 형성하는 데 효과적으로 사용될 수 있다. 레이더 모듈(602)의 송수신기(606)는 일련의 송신 안테나(608 및 609)를 통해 전송하기 위한 신호를 생성할 수 있을뿐만 아니라 일련의 수신 안테나(612 및 613)를 통해 수신된 신호를 관리할 수도 있다. 일부 구현에서, 송신 안테나(608)는 제1 편파의 제1 송신 안테나 세트(예를 들어, 송신 안테나(520))를 포함하고 송신 안테나(609)는 제1 편파에 직교하는 제2 편파의 제2 송신 안테나 세트(예를 들어, 송신 안테나(530))를 포함한다. 예를 들어, 송신 안테나(608)는 수평으로 편파될 수 있고 송신 안테나(609)는 수직으로 편파될 수 있다. 반대로, 다른 구현에서, 송신 안테나(609)는 수평으로 편파될 수 있고 송신 안테나(608)는 수직으로 편파될 수 있다. 다른 예에서, 송신 안테나(608)는 우측 원형 편파될 수 있고 송신 안테나(609)는 좌측 원형 편파될 수 있다. 유사하게, 수신 안테나(612)는 제1 편파의 제1 수신 안테나 세트(예를 들어, 수신 안테나(510))를 포함하고 수신 안테나(613)는 제2 편파의 제2 수신 안테나 세트(예를 들어, 수신 안테나(540))를 포함한다. FoV 내의 빔 조향은 송신 체인 상의 송신 안테나(608 및 609)에 각각 결합된 위상 천이기(PS) 회로(616 및 618) 및 수신 체인 상의 수신 안테나(612 및 613)에 각각 결합된 PS 회로(620 및 622)로 구현된다. 송신 안테나(608, 609) 및 수신 안테나(612, 613)의 주의깊은 위상 및 진폭 교정은 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 레이더 모듈(602)에 통합된 커플러를 사용하여 실시간으로 수행될 수 있다. 다른 구현에서, 교정은 레이더가 에고 차량에 배치되고 커플러가 제거될 수 있기 전에 수행된다.
PS 회로(616, 618 및 620, 622)의 사용은 송신 안테나(608, 609) 및 수신 안테나(612, 613)에서 각각의 요소의 위상의 개별적인 제어를 가능하게 한다. 초기 수동 아키텍처와 달리, 빔은 별개의 각도로 조향가능할뿐만 아니라 능동 빔포밍 안테나를 사용하여 FoV 내에서 임의의 각도(즉, 0°내지 360°)로도 조향가능하다. 다중 요소 안테나는 추가 하드웨어 구성요소 또는 각각의 안테나 요소에 대한 개별 디지털 처리없이 개별 안테나 요소가 단일 송신 또는 수신 체인의 포트에서 결합되거나 분할될 수 있는 아날로그 빔포밍 아키텍처와 함께 사용될 수 있다. 또한, 다중 요소 안테나의 유연성은 송신 및 수신을 위한 좁은 빔 폭을 허용한다. 안테나 빔 폭은 안테나 요소의 수가 증가함에 따라 감소한다. 좁은 빔은 안테나의 지향성을 향상시키고 레이더 시스템(600)에 상당히 긴 검출 범위를 제공한다.
아날로그 빔 조향을 구현하는 데 있어 주요 과제는 PS가 77GHz에서 작동하도록 설계하는 것이다. PS 회로(616, 618 및 620, 622)는 그 중에서도 갈륨-비소(GaAs) 재료와 같은 적절한 반도체 재료를 사용하여 제조된 분산 버랙터 네트워크로 구현된 반사 PS 설계로 이 문제를 해결한다. 각각의 PS 회로(616, 618 및 620, 622)는 일련의 PS를 가지며, 각각의 PS는 안테나 요소에 결합되어 안테나 요소에 의해 송신되거나 수신되는 신호에 대해 0°내지 360°어디로든의 위상 천이 값을 생성한다. PS 설계는 미래의 구현에서 실리콘-게르마늄(SiGe) 및 CMOS와 같은 다른 반도체 재료까지 확장가능하며, 이는 PS 비용을 낮추어 고객 애플리케이션의 특정 요구를 충족할 수 있다. 각각의 PS 회로(616, 618 및 620, 622)는 일련의 위상 천이를 초래하는 각각의 PS 회로의 PS에 일련의 전압을 제공하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)(626)에 의해 제어된다.
DAC 제어기(690)는 LNA(640-643), 증폭기(623, 624, 664, 666), PS 회로(616, 618, 620, 622), 드라이버(690, 692, 694, 696) 및 전력 증폭기(PA)(628-631) 각각에 결합된다. 일부 예에서, DAC 제어기(690)는 FPGA(626)에 결합되고, FPGA(626)는 DAC 제어기(690)로 디지털 시그널링을 이동시켜 LNA(640-643), 증폭기(623, 624, 664, 666), PS 회로(616, 618, 620, 622), 드라이버(690, 692, 694, 696) 및 PA(628-631)에 아날로그 시그널링을 제공할 수 있다. 일부 구현에서, DAC 제어기(690)는 조합 네트워크(644, 645) 및 급전 네트워크(634, 636)에 결합된다.
다양한 예에서, 아날로그 제어 신호는 DAC 제어기(690)에 의해 PS 회로(616, 618 및 620, 622)의 각 PS에 인가되어 주어진 위상 천이를 생성하고 빔 조향을 제공한다. PS 회로(616, 618 및 620, 622)의 PS에 인가된 아날로그 제어 신호는 FPGA(626)의 룩업 테이블(LUT)에 저장된 전압 값을 기반으로 한다. 이들 LUT는 각각의 작동 조건 하에서 주어진 위상 천이를 생성하기 위해 각각의 PS에 인가할 전압을 결정하는 안테나 교정 프로세스에 의해 생성된다. PS 회로(616, 618 및 620, 622)의 PS는 1도 미만의 매우 높은 분해능으로 위상 천이를 생성할 수 있음에 유의한다. 위상에 대한 이러한 향상된 제어는 레이더 모듈(602)의 송신 및 수신 안테나가 매우 작은 단계 크기로 빔을 조향할 수 있게 하여, 작은 각도 분해능으로 근접하게 위치한 타깃을 분해하는 레이더 시스템(600)의 능력을 향상시킨다.
다양한 예에서, 송신 안테나(608, 609) 및 수신 안테나(612, 613) 각각은 메타 구조 안테나, 위상 어레이 안테나, 또는 밀리미터파 주파수로 RF 신호를 방사할 수 있는 임의의 다른 안테나일 수 있다. 본 명세서에서 일반적으로 정의되는 메타 구조는 기하학적 구조를 기반으로 원하는 방향으로 입사 방사선을 제어하고 조작할 수 있는 엔지니어링 구조이다. 송신 안테나(608, 609) 및 수신 안테나(612, 613)의 다양한 구성, 형상, 설계 및 치수는 특정 설계를 구현하고 특정 제약을 충족하는 데 사용될 수 있다.
레이더 모듈(602)의 송신 체인은 RF 신호를 생성하는 송수신기(606)에서 시작하여 각각의 편파로 송신 안테나(608, 609)에 의한 무선(over-the-air) 전송을 준비한다. RF 신호는 예를 들어, FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave) 신호일 수 있다. FMCW 신호는 레이더 시스템(600)이 송신된 신호와 수신/반사된 신호 또는 에코 사이의 위상 또는 주파수의 차이를 측정함으로써 물체까지의 범위와 물체의 속도를 모두 결정할 수 있게 한다. FMCW 형식에는 각각 장점과 목적이 있는 사인파, 삼각형, 톱니, 직사각형 등을 포함하여 사용할 수 있는 다양한 파형 패턴이 있다.
FMCW 신호가 송수신기(606)에 의해 생성되면, FMCW 신호는 드라이버(690 및 692)에 공급된다. 드라이버(690 및 692)로부터, 신호는 각각 급전 네트워크(634 및 636)를 통해 분할되고 분배되며, 이는 송신 안테나(608 및 609)의 각 요소에 대해 각각 하나씩 입력 신호를 복수의 신호로 분할하는 전력 분할기 시스템을 형성한다. 급전 네트워크(634 및 636)는 신호를 분할할 수 있으므로 전력이 그들 사이에 균등하게 분배되거나, 이와 달리 분할된 신호가 모두 동일한 전력을 수신하지 않는 다른 방식에 따라 전력이 분배된다. 그 다음 급전 네트워크(634 및 636)로부터의 각각의 신호는 PS 회로(616 및 618)에 각각 입력되고, FMCW 신호는 (마이크로제어기(638)의 지도 하에 FPGA(626)에 의해 생성된 전압에 대응하는) DAC 제어기(690)로부터의 제어 시그널링에 기초하여 위상 천이되고 그 후 PA(629 및 630)로 전송된다. 신호가 송신 안테나(608 및 609)에 의해 방사될 때 신호가 감쇠하므로, FMCW 신호가 물체 검출에 필요한 장거리에 도달하려면 신호 증폭이 필요하다. PA(629 및 630)로부터, FMCW 신호는 커플러(678 및 680)에 각각 공급되어 송수신기(606)에 피드백되는 교정 시그널링을 생성한다. 커플러(678 및 680)로부터, FMCW 신호는 송신 안테나(608 및 609)를 통해 전송되어 각각의 편파로 발신 시그널링을 방사한다. 일부 구현에서, PS 회로(616)는 PA(629) 및 커플러(678)를 통해 제1 편파(예를 들어, 수평 편파)로 동작하는 송신 안테나(608)에 결합되고, PS 회로(618)는 PA(630) 및 커플러(680)를 통해 제2 편파(예를 들어, 수직 편파)로 동작하는 송신 안테나(609)에 결합된다.
일부 예에서, 송수신기(606)는 FMCW 신호를 드라이버(694 및 696)에 공급하고, 이는 그 다음에 PA(628 및 632) 및 커플러(676 및 682)에 공급된다. 이들 커플러로부터, FMCW 신호는 송신 신호의 사이드 로브 소거를 위해 송신 가드 안테나(607 및 610)에 공급된다.
마이크로제어기(638)는 도로 및 환경 시나리오에 기초하여 원하는 스캐닝 모드에 따라 PS 회로(616, 618, 620 및 622)의 PS에 적용할 위상 천이를 결정한다. 마이크로제어기(638)는 또한 송수신기가 다음 스캔에 적용할 스캔 파라미터를 결정한다. 스캔 파라미터는 인식 엔진(604)의 방향과 같은 처리 엔진(650) 중 하나의 방향에서 결정될 수 있다. 검출된 물체에 따라, 인식 엔진(604)은 다음 스캔에서 스캔 파라미터를 조정하여 FoV의 주어진 영역에 초점을 맞추거나 빔을 다른 방향으로 조향하도록 마이크로제어기(638)에 지시할 수 있다.
다양한 예에서 그리고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 레이더 시스템(600)은 무엇보다도 전체 스캐닝 모드 및 선택적 스캐닝 모드를 포함하는 다양한 모드들 중 하나로 동작한다. 전체 스캐닝 모드에서, 송신 안테나(608, 609) 및 수신 안테나(612, 613)는 작은 증분 단계로 완전한 FoV를 스캔할 수 있다. FoV가 조향 각도의 함수로서 증가된 사이드 로브로 인해 시스템 파라미터에 의해 제한될 수 있지만, 레이더 시스템(600)은 장거리 레이더의 경우 상당한 영역에 걸쳐 물체를 검출할 수 있다. 조준의 양쪽에서 스캔할 각도의 범위와 조향 각도/위상 천이 사이의 단계 크기는 주행 환경에 따라 동적으로 변할 수 있다. 도시 환경을 주행하는 자율 주행 차량(예컨대, 에고 차량)의 성능을 향상시키기 위해, 교차로와 연석을 계속 모니터링하여 차량, 보행자 또는 자전거 타는 사람을 검출하도록 스캔 범위를 늘릴 수 있다. 이 넓은 스캔 범위는 프레임율(재방문률)을 저하시킬 수 있지만 일반적으로 도시 환경에는 저속 주행 시나리오가 포함되므로 허용 가능한 것으로 고려된다. 프레임율이 중요한 고속도로 시나리오의 경우, 스캔 범위를 줄여서 더 높은 프레임율을 유지할 수 있다. 이 경우, 조준의 양쪽에서 몇 도의 빔 스캐닝은 장거리 타깃 검출 및 추적에 충분할 것이다.
선택적 스캐닝 모드에서, 레이더 시스템(600)은 원하는 각도로 조향한 다음 그 각도 주위를 스캐닝함으로써 관심 영역 주위를 스캐닝한다. 이것은 레이더 시스템(600)이 유효한 물체가 없는 영역을 조명하는 임의의 프로세싱 또는 스캐닝 사이클을 낭비하지 않고 관심 영역에서 물체를 검출하는 것을 보장한다. 레이더 시스템(600)은 조준에서 예컨대, 300m 이상과 같은 원거리에서 물체를 검출할 수 있으므로, 도로에 커브가 있는 경우, 직접적인 측정은 유용한 정보를 제공하지 않는다. 오히려, 레이더 시스템(600)은 도로의 곡률을 따라 조향하고 관심 영역을 향해 빔을 정렬한다. 다양한 예에서, 선택적 스캐닝 모드는 송수신기(606)에 의해 생성된 FMCW 신호의 처프 슬로프를 변경하고 전송된 신호의 위상을 도로의 곡률을 커버하는 데 필요한 조향 각도로 천이함으로써 구현될 수 있다.
물체는 각각의 편파로 수신 안테나(612 및 613)에서 수신되는 반사 또는 에코에 의해 레이더 시스템(600)으로 검출된다. 그 다음 수신된 시그널링은 송수신기(606)로부터의 피드백 교정 시그널링을 사용하여 커플러(672 및 673)에 공급된다. 커플러(670, 672-674)는 수신 체인 신호 경로에 대한 프로빙을 허용할 수 있다. 커플러(672 및 673)로부터, 수신된 시그널링은 LNA(641 및 642)에 공급된다. LNA(641 및 642)는 PS 회로(616 및 618)의 PS와 유사한 PS를 포함하는 PS 회로(620 및 622)와 수신 안테나(612 및 613) 사이에 위치된다. 수신 동작을 위해, PS 회로(620 및 622)는 공간 구성으로 인한 방사 요소 사이의 수신 신호의 시간 지연을 보상하기 위해 수신 안테나(612 및 613)의 방사 요소 사이의 위상 차를 생성한다. 아날로그 빔포밍이라고도 하는 수신 위상 천이는 에코를 정렬하기 위해 수신된 신호를 결합하여 검출된 물체의 장소 또는 위치를 식별한다. 즉, 위상 천이는 수신 안테나(612 및 613)의 각각의 방사 요소에 서로 다른 시간에 도달하는 수신된 신호를 정렬한다. 송신 체인 상의 PS 회로(616, 618)와 유사하게, PS 회로(620, 622)는 DAC 제어기(690)에 의해 제어되며, DAC 제어기는 원하는 위상 천이를 생성하기 위해 각각의 PS에 제어 시그널링을 제공한다. 몇몇 구현에서, FPGA(626)는 PS 회로(620, 622)로의 제어 시그널링을 생성하기 위해 DAC 제어기(690)에 바이어스 전압을 제공한다.
수신 체인은 각각 조합 네트워크(644 및 645)에서 PS 회로(620 및 622)에 의해 공급된 신호를 결합하고, 결합된 신호는 신호 증폭을 위해 증폭기(664 및 666)로 전파된다. 그 후 증폭된 신호는 수신기 처리를 위해 송수신기(606)에 공급된다. 도시된 바와 같이, 조합 네트워크(644 및 645)는 복수의 조합 신호(646 및 648)를 생성할 수 있으며, 각각의 신호는 수신 안테나(612 및 613)의 다수의 요소로부터의 신호를 각각 결합한다는 점에 유의한다. 일 예에서, 수신 안테나(612 및 613)는 각각 2개의 64-요소 및 32-요소 클러스터로 분할된 128개 및 64개의 방사 요소를 포함한다. 예를 들어, 각각의 클러스터로부터 공급된 시그널링은 대응하는 조합 네트워크(예를 들어, 644, 645)에서 결합되고 별개의 RF 전송 라인에서 송수신기(606)로 전달된다. 이와 관련하여, 결합된 신호(646 및 648) 각각은 2개의 RF 신호를 송수신기(606)로 전달할 수 있으며, 각각의 RF 신호는 수신 안테나(612 및 613)의 64-요소 및 32-요소 클러스터로부터의 시그널링을 결합한다. 다른 예는 원하는 구성에 따라 8, 26, 34 또는 62개의 요소 등을 포함할 수 있다. 안테나 요소의 수가 많을수록, 빔 폭이 좁아진다. 일부 구현에서, 조합 네트워크(644)는 제1 편파(예를 들어, 수평 편파)로 동작하는 수신 안테나(612)에 결합되고, 조합 네트워크(645)는 제2 편파(예를 들어, 수직 편파)로 동작하는 수신 안테나(613)에 결합된다. 일부 예에서, 수신 가드 안테나(610 및 614)는 수신 시그널링을 커플러(670 및 674)에 각각 공급하고, 이는 이후 LNA(640 및 643)에 공급된다. LNA(640 및 643)로부터의 필터링된 신호는 각각 증폭기(623 및 624)에 공급되고, 그 다음 수신기 처리에 의해 수신된 신호의 사이드 로브 소거를 위해 송수신기(606)에 공급된다.
몇몇 구현에서, 레이더 모듈(602)은 64-요소 수신 안테나(612 및 613)에 의해 수신된 메인 빔과 분리된 방사 패턴을 생성하는 수신 가드 안테나(610 및 614)를 포함한다. 수신 가드 안테나(610 및 614)는 물체로부터 사이드 로브 반사를 효과적으로 제거하도록 구현된다. 목표는 수신 가드 안테나(610 및 614)가 사이드 로브보다 높은 이득을 제공하여 사이드 로브를 제거하거나 존재를 크게 줄이는 것이다. 수신 가드 안테나(610 및 614)는 사이드 로브 필터로서 효과적으로 작용한다. 유사하게, 레이더 모듈(602)은 사이드 로브 형성을 제거하거나 송신 안테나(608 및 609)에 의한 송신기 메인 빔 형성 시간에 송신기 사이드 로브에 의해 생성된 이득을 줄이기 위해 송신 가드 안테나(607 및 610)를 포함한다.
수신된 신호가 송수신기(606)에 의해 수신되면, 수신된 신호는 처리 엔진(650)에 의해 처리된다. 처리 엔진(650)은 머신 러닝 또는 컴퓨터 비전 기법을 사용하여 하나 이상의 신경망으로 수신된 신호에서 물체를 검출하고 식별하는 인식 엔진(604), 레이더 시스템(600)에 대한 이력 및 기타 정보를 저장하기 위한 데이터베이스(652) 및 송수신기(606)로부터의 아날로그 신호를 도달 각도 및 인식 엔진(604)에 의해 물체의 검출 및 식별을 위한 다른 가치있는 정보를 결정하기 위해 처리될 수 있는 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 모듈을 가진 DSP 엔진(654)을 포함한다. 하나 이상의 구현에서 DSP 엔진(656)은 마이크로제어기(638) 또는 송수신기(606)와 통합될 수 있다.
레이더 시스템(600)은 FoV를 정의하는 스캐닝된 영역의 총 각도, 각각의 증분 송신 빔의 빔 폭 또는 스캔 각도, 레이더 신호의 처프의 수, 처프 시간, 처프 기울기, 처프 분할 시간 등과 같은 스캔 파라미터의 구성을 원하는 대로 가능하게 하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(658)도 포함한다. 또한, 레이더 시스템(600)은 차량 주변의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(660)를 구비하여 FPGA(626)로부터의 적절한 전압이 원하는 위상 천이를 생성하는 데 사용될 수 있다. FPGA(626)에 저장된 전압은 온도 조건을 비롯하여 상이한 작동 조건에서 안테나를 교정하는 동안 결정된다. 데이터베이스(662)는 또한 레이더 및 기타 유용한 데이터를 저장하기 위해 레이더 시스템(600)에서 사용될 수 있다.
레이더 데이터는 방위각, 고도각, 범위 및 속도와 같은 타깃으로부터 반사된 각각의 RF 빔에 의해 결정되는 4차원(4D) 정보에 대응하는 범위 도플러(Range-Doppler: RD) 맵 정보의 세트로 구성될 수 있다. RD 맵은 FMCW 레이더 신호로부터 추출될 수 있으며 레이더 신호의 푸리에 분석으로부터의 잡음 및 조직적 아티팩트를 모두 포함할 수 있다. 인식 엔진(604)은 예를 들어, 송신 안테나(608)의 MTM 셀로부터 방사될 다음 RF 빔에 대한 빔 파라미터를 포함하는 안테나 제어 신호를 제공함으로써 송신 안테나(608 및 609)의 추가 동작을 제어한다.
작동시에, 마이크로제어기(638)는 빔 폭, 전송 각도 등과 같은 결정된 파라미터를 갖는 각각의 편파로 RF 빔을 생성하도록 송신 안테나(608 및 609)에게 지시하는 역할을 한다. 마이크로제어기(638)는 예를 들어, 인식 엔진(604)의 방향에서 파라미터를 결정할 수 있으며, 이는 임의의 주어진 시간에 에고 차량의 경로 또는 주변 환경에서 관심 타깃을 식별할 때 FoV의 특정 영역에 초점을 맞추도록 결정할 수 있다. 마이크로제어기(638)는 RF 빔의 방향, 전력 및 기타 파라미터를 결정하고 다양한 방향으로 빔 조향을 달성하기 위해 송신 안테나(608 및 609)를 제어한다. 마이크로제어기(638)는 또한 주어진 위상 천이를 달성하기 위해 송신 안테나(608 및 609)에 결합된 리액턴스 제어 메커니즘에 적용할 전압 매트릭스를 결정한다. 일부 예에서, 송신 안테나(608 및 609)는 송신 안테나(608 및 609)를 구성하는 개별 MTM 셀의 리액턴스 파라미터의 능동 제어를 통해 지향성 빔을 송신하도록 구성된다.
다음으로, 송신 안테나(608 및 609)는 결정된 파라미터를 갖는 RF 빔을 방사한다. RF 빔은 에고 차량의 경로 내 및 주변(예컨대, 360° 시야 내)의 타깃으로부터 반사되고 송수신기(606)에 의해 수신된다. 수신 안테나(612 및 613)는 타깃 식별을 위해 인식 엔진(604)에 수신된 4D 레이더 데이터를 전송한다.
다양한 예에서, 인식 엔진(604)은 FoV를 설명하는 정보를 저장할 수 있다. 이 정보는 추세를 추적하고 행동 및 교통 상태를 예측하는 데 사용되는 이력 데이터일 수 있거나, 특정 시점에 또는 시간 창에 걸쳐 FoV를 설명하는 순간적 또는 실시간 데이터일 수도 있다. 이 데이터를 저장하는 능력은 인식 엔진(604)이 FoV 내의 특정 지점 또는 영역을 전략적으로 목표로 하는 결정을 내릴 수 있게 한다. 예를 들어, FoV는 일정 시구간(예컨대, 5분) 동안 명확할 수 있으며(예컨대, 수신된 에코 없음), 그 다음에 FoV의 특정 영역으로부터 하나의 에코가 도착하는데, 이는 자동차의 전면을 검출하는 것과 유사하다. 이에 응답하여, 인식 엔진(604)은 FoV에서 해당 섹터 또는 영역의 더 집중된 뷰를 위해 빔 폭을 좁히도록 결정할 수 있다. 다음 스캔은 타깃의 길이 또는 다른 치수를 나타낼 수 있고, 타깃이 차량인 경우, 인식 엔진(604)은 타깃이 어느 방향으로 움직이는지를 고려하고 그 영역에 빔을 집중시킬 수 있다. 유사하게, 에코는 작고 차량의 경로를 빠르게 벗어나는 새와 같은 가짜 타깃으로부터 올 수도 있다. 인식 엔진(604)에 결합된 데이터베이스(652)는 예를 들어, 송신 안테나(608 및 609)의 서브어레이가 상이한 조건 하에서 더 잘 수행하는 정보와 같은 레이더 시스템(600)을 위한 유용한 데이터를 저장할 수 있다.
본 명세서에 설명된 다양한 예에서, 자율 주행 차량에서 레이더 시스템(600)의 사용은 어려운 기상 조건에서 타깃을 검출하는 신뢰할 수 있는 방법을 제공한다. 예를 들어, 이력적으로 운전자는 시야의 감소와 함께 운전 속도가 감소함에 따라 짙은 안개 속에서 극적으로 속도를 줄일 것이다. 예를 들어, 제한 속도가 515km/h인 유럽의 고속도로에서, 운전자는 시야가 좋지 않을 때 50km/h로 속도를 줄여야 할 수 있다. 레이더 시스템(600)을 이용하면, 운전자(또는 무인 차량)는 기상 조건에 관계없이 최대 안전 속도를 유지할 수 있다. 다른 운전자가 속도를 늦추더라도, 레이더 시스템(600)이 활성화된 차량은 느리게 움직이는 차량 및 경로 내의 장애물을 검출하고 주변을 피하거나 길을 탐색할 수 있다.
또한, 교통 체증이 심한 지역에서는, 자율 주행 차량이 충분한 시간 내에 타깃을 검출하여 대응하고 조치를 취하는 것이 필요하다. 레이더 시스템에 대해 본 명세서에 제공된 예는 반응할 시간 내에 임의의 에코를 검출하기 위해 레이더 신호의 스위프 시간을 증가시킨다. 시골 지역 및 여행 중 장애물이 거의 없는 기타 지역에서, 인식 엔진(604)은 RF 빔의 초점을 더 큰 빔 폭으로 조정하여 에코가 거의 없는 영역을 더 빠르게 스캔할 수 있다. 인식 엔진(604)은 주어진 시구간 내에 수신된 에코의 수를 평가하고 그에 따라 빔 크기를 조정함으로써 이러한 상황을 검출할 수 있다. 타깃이 검출되면, 인식 엔진(604)은 빔 초점을 조정하는 방법을 결정한다. 이것은 송신 안테나(608)의 특정 구성 및 조건을 변경함으로써 달성된다. 일 예시적인 시나리오에서, 단위 셀의 서브세트는 서브어레이로서 구성된다. 이 구성은 이 세트가 단일 단위로 취급될 수 있고, 서브어레이 내의 모든 셀이 유사하게 조정됨을 의미한다. 다른 시나리오에서, 서브어레이는 상이한 수의 단위 셀을 포함하도록 변경되며, 서브어레이의 단위 셀 조합은 레이더 시스템(600)의 조건 및 동작에 조정하기 위해 동적으로 변경될 수 있다.
이들 모든 검출 시나리오, 분석 및 반응은 데이터베이스(652)와 같은 인식 엔진(604)에 저장될 수 있고, 나중의 분석 또는 단순화된 반응을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하루 중 주어진 시간이나 특정 고속도로에서 수신된 에코가 증가하면 해당 정보가 마이크로제어기(638)에 공급되어 송신 안테나(608 및 609)의 사전 준비 및 구성을 지원한다. 구체적으로, 예컨대, 원하는 결과를 달성하기 위해 더 잘 수행하는 일부 서브어레이 조합일 수 있으며, 이는 데이터베이스(652)에 저장된다.
도 7은 본 기술의 일부 구현에 따른 안테나 구조물(700)의 예시적인 스택업 구성의 분해 사시도를 도시한다. 안테나 구조물(700)은 도시된 바와 같이 x-y-z 축으로 배향된 것으로 도시되어 있다. 안테나 구조물(700)은 RFIC 및 급전/조합 층(710), 전력 및 디지털 층(720) 및 안테나 층(740)을 포함한다. 그러나, 도시된 구성요소 모두가 필요한 것은 아니며, 하나 이상의 구현은 도면에 도시되지 않은 추가 구성요소를 포함할 수 있다. 구성요소의 배열 및 유형의 변형은 본 명세서에 설명된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가 구성요소, 상이한 구성요소 또는 더 적은 수의 구성요소가 제공될 수 있다.
본 개시는 레이더 시스템과 관련하여 설명되며, 안테나 구조물(700)은 RFIC 및 급전/조합 층(710)과 같은 공동 급전 구조를 갖는 구조물이며, 전력 및 디지털 층(720)을 통해 안테나 층(740)과 같은 방사 어레이에 급전하는 전송 라인 어레이를 갖는다. 일부 구현에서, 전력 및 디지털 층(720)은 전도성 재료 내의 전원 및 디지털 로직 회로부에 결합된 복수의 전송 라인을 포함하고 안테나 층(740)은 전송 라인에 인접한 단위 셀 방사 요소의 격자 구조이다. RFIC 및 급전/조합 층(710)은 전송 라인, 또는 전송 라인의 일부에 입력 신호를 제공하기 위한 커플링 모듈을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 커플링 모듈은 입력 신호를 복수의 전송 라인에 분할하는 전력 분할기 회로이고, 전력은 N개의 전송 라인에 동등하게 분배될 수 있거나 N개의 전송 라인이 모두 동일한 신호 강도를 수신하지 않도록 하는 다른 방식에 따라 분배될 수 있다.
RFIC 및 급전/조합 층(710)은 접지 평면 층(712) 및 신호 평면 층(714)을 포함한다. 신호 평면 층(714)은 송신 동작을 위한 급전 네트워크 및 수신 동작을 위한 조합 네트워크를 포함할 수 있다. 급전 네트워크는 신호 증폭을 위한 전력 증폭기를 포함할 수 있고 조합 네트워크는 저잡음 신호 필터링을 위한 저잡음 증폭기를 포함할 수 있다. 급전 네트워크 및 조합 네트워크 각각은 빔 조향을 위해 RFIC 및 급전/조합 층(710)에 포함된 각각의 위상 천이기 네트워크(미도시)에 결합된다.
일부 구현에서, 신호 평면 층(714)은 각각의 편파로의 송신 안테나 각각에 대한 별개의 급전 네트워크 및 각각의 편파로의 수신 안테나 각각에 대한 별개의 조합 네트워크를 포함한다. 이와 관련하여, 수평 편파의 송신 안테나는 전력 및 디지털 층(720)을 포함하는 내부 레이어링을 통해 관통하는 비아를 사용하여 제1 급전 네트워크에 결합되는 반면, 수직 편파의 송신 안테나는 대응하는 비아를 통해 제2 급전 네트워크에 결합된다. 이와 유사하게, 수평 편파의 수신 안테나는 대응하는 비아를 통해 제1 조합 네트워크에 결합되고, 수직 편파의 수신 안테나는 대응하는 비아를 통해 제2 조합 네트워크에 결합된다. 다른 구현에서, 2개의 편파와 연관된 송신 안테나는 공통 급전 네트워크를 공유할 수 있는 반면, 2개의 편파와 연관된 수신 안테나는 공통 조합 네트워크를 공유할 수 있다.
일부 구현에서, RFIC 및 급전/조합 층(710)의 층들 중 하나 이상은 고주파 회로에 적용가능한 사전결정된 파라미터(예를 들어, 낮은 유전 손실)를 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 재료로 형성된 기판을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 폴리테트라플루오로에틸렌 기판은 온도 전반에 걸쳐 열 및 위상 안정성을 나타낼 수 있으며 자동차 레이더 및 마이크로파 애플리케이션에 사용될 수 있다.
전력 및 디지털 층(720)은 신호 평면 층(722, 726 및 730) 및 접지 평면 층(724 및 728)을 포함한다. 신호 평면 층(722, 726 및 730)은 DC 전력과 같은 전원 및 디지털 로직 회로부를 포함할 수 있다. 각각의 급전 및 조합 층(714) 및 전력 및 디지털 층(예를 들어, 722, 724, 726, 728, 730)은 2개의 전도층 사이에 개재된 유전체 층을 포함한다. 일부 경우에, 전도층 및 유전체 층 각각은 사전결정된 두께(예를 들어, 유전체 층 두께의 경우 20mm)를 갖는다.
안테나 층(740)은 안테나(742) 및 접지 평면 층(744)을 포함한다. 안테나(742)는 양 편파의 수신 안테나 및 양 편파의 송신 안테나를 포함한다. 안테나(742)는 송신된 RF 신호 또는 물체로부터 수신된 반사를 위한 경로를 생성하는 다수의 방사 요소를 갖는다. 다양한 예에서, 방사 요소는 수평 편파의 128-요소 송신 안테나(및 수직 편파의 64-요소 송신 안테나) 또는 수직 편파의 64-요소 수신 안테나(및 수평 편파의 128-요소 수신 안테나)와 같은 어레이 구성의 패치 또는 메타 구조이다. 이는 임의의 EIRP 요구사항을 충족하기 위해 방위각으로 약 1°의 HPBW(Half Power Beam Width) 및 고도로 약 1.6°의 HPBW를 생성할 수 있다. 일부 예에서, 안테나(742)는 슬롯 요소들의 어레이를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 안테나(742)는 패치 안테나의 어레이를 포함할 수 있다.
안테나 층(740)은 본 명세서에서 논의되는 개별 방사 요소로 구성될 수 있다. 안테나 층(740)은 다양한 형태를 취할 수 있으며 전력 및 디지털 층(720)과 협력하여 동작하도록 설계되며, 개별 방사 요소는 전력 및 디지털 층(720) 내의 요소에 대응한다. 본 명세서에서 사용된 "단위 셀 요소"는 "MTS 단위 셀" 또는 "MTS 요소"로 지칭되며, 이들 용어는 본 기술의 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시 전반에 걸쳐 혼용된다. MTS 단위 셀은 수신된 송신 신호가 방사될 수 있도록 다양한 전도성 구조 및 패턴을 포함한다. MTS 단위 셀은 자연적으로 발생하지 않는 재료를 의미하는 인공 재료의 역할을 할 수 있다. 각각의 MTS 단위 셀은 몇 가지 고유한 특성이 있다. 이러한 특성은 음의 굴절률을 초래하는 음의 유전율 및 투자율을 포함하며, 이러한 구조는 일반적으로 LHM(left-handed material)라고 한다. LHM을 사용하면 전통적인 구조 및 재료에서 달성할 수 없는 동작이 가능하다. MTS 어레이는 각각 전송 파장보다 작은 단위 셀의 주기적 배열이다. 어떤 경우에, 각 단위 셀 요소는 균일한 크기와 모양을 갖지만, 대안 및 다른 구현은 상이한 크기, 모양, 구성 및 어레이 크기를 통합할 수 있다.
안테나 구조물(700)은 RFIC 및 급전/조합 층(710)에 내장된 복수의 RFIC를 포함할 수 있으며, 예를 들어, RFIC 및 급전/조합 층(710)의 급전 네트워크 또는 조합 네트워크의 경로 레벨의 수에 대응하거나 안테나(742)의 패치 안테나의 수에 대응한다. RFIC 및 급전/조합 층(710)의 신호 평면 층(714)은 커넥터(미도시)를 포함하거나 이에 결합될 수 있다. 일부 구현에서, 안테나(742)는 RFIC 및 급전/조합 층(710) 상의 제조 대신에 다수의 RF 하위 구성요소를 포함할 수 있다.
RFIC 및 급전/조합 층(710)은 0° 내지 360°의 범위에서 임의의 원하는 위상 천이를 달성하기 위해 위상 천이기(예를 들어, 위상 천이 네트워크)를 포함한다. 어떤 경우에는 위상 천이기가 단일 아날로그 빔에 위상 천이를 제공할 수 있다. 일부 구현에서, 위상 천이기는 IQ 복조기일 수 있으며, 신호는 2개의 I 및 Q 신호로 분할되고 I 신호와 Q 신호 간의 비율을 수정하고 이들을 조합함으로써 신호의 위상이 변한다. 다른 구현에서, 위상 천이기는 복수의 빔을 사용하여 시스템 성능을 개선하기 위해 안테나에 의해 방사되거나 수신될 상이한 위상에서 복수의 디지털 신호를 제공할 수 있는 디지털 빔 형성기일 수 있다. 이와 관련하여, 위상 천이기는 안테나 요소 사이에 위치하는 급전 네트워크를 제외하고 안테나 요소와 연결될 수 있다. RFIC 및 급전/조합 층(710)은 RFIC 및 급전/조합 층(710)으로부터 안테나 층(740)으로의 전이를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, RFIC 및 급전/조합 층(710)은 제어 회로를 포함한다.
일부 구현에서, RFIC 및 급전/조합 층(710)은 마이크로제어기(438)(도 4)에 의해 제어되는 리액턴스 제어 메커니즘(예를 들어, 위상 천이기 RFIC)을 포함하여 전송 신호가 안테나 층(740) 내의 패치 안테나로부터 방사될 때 그 위상을 제어한다. 일부 구현에서, 마이크로제어기(438)는 주어진 위상 천이 또는 다른 안테나 파라미터를 달성하기 위해 리액턴스 제어 메커니즘에 적용할 전압 매트릭스를 결정한다.
예컨대, 동축 케이블 또는 다른 커넥터를 통해 전송 신호가 안테나 구조물(700)에 제공될 때, 전송 신호는 RFIC 및 급전/조합 층(710)을 통해 전송 신호가 공기를 통한 전송을 위해 안테나 층(740)으로 방사되는 전력 및 디지털 층(720)으로 전파된다. 전송 라인은 제1 부분이 예컨대, 동축 케이블 또는 기타 공급 구조로부터의 입력으로서 전송 신호를 수신하는 다양한 부분을 가질 수 있고, 전송 신호는 기판 부분을 가로질러 공동 급전 스타일 네트워크를 통해 전송 신호를 분할하여 복수의 전송 라인이 위상 천이 네트워크(또는 리액턴스 제어 메커니즘)에 급전하게 된다. 위상 천이 네트워크는 하나 이상의 위상 천이기를 갖는 복수의 위상 제어 요소를 포함한다. 전송 신호는 이들 위상 제어 요소를 통해 MTS 요소의 어레이를 포함할 수 있는 안테나 층(740)으로 방사된다. MTS 요소의 어레이의 제어는 지향성 신호 또는 빔포밍을 초래한다.
도 8은 본 기술의 몇몇 구현에 따라 이중 편파로 방사 빔을 생성하는 송신 안테나 및 수신 안테나를 가진 레이더 안테나(800)의 일례의 개략도를 예시한다. 레이더 안테나(800)는 제1 수신 어레이(810), 제2 수신 어레이(820), 제1 송신 어레이(830) 및 제2 송신 어레이(840)를 포함한다.
제1 수신 어레이(810)는 z 방향으로 지향된 수직 편파를 갖는 수신 빔(812)을 생성하며, 제1 수신 어레이(810)의 개별 단위 셀에 연결된 위상 천이 요소는 위상 천이를 적용하여 입사 신호의 위상을 변경하고 이로써 U축(또는 방위각 방향)으로 스캔한다. 예시된 수신 빔(812)은 제1 수신 어레이(810)의 수신 영역을 식별하는데, 이는 제1 수신 어레이(810)가 그 영역 내의 물체를 검출할 수 있음을 의미한다.
제1 송신 어레이(830)는 z 방향으로 지향된 수평 편파를 갖는 방사 빔(832)을 생성하며, 제1 송신 어레이(830)의 개별 단위 셀에 결합된 위상 천이 요소는 방사된 신호의 위상을 변경하고 이로써 U축(또는 방위각 방향)으로 스캔한다. 예시된 방사선 빔(832)은 제1 송신 어레이(830)의 송신 영역을 식별하는데, 이는 제1 송신 어레이(830)가 그 영역 내의 물체를 조명하는 데 사용된다는 것을 의미한다.
제2 수신 어레이(820)는 z 방향으로 지향된 수평 편파를 갖는 수신 빔(822)을 생성하며, 제2 수신 어레이(820)의 개별 단위 셀에 결합된 위상 천이 요소는 방사된 신호의 위상을 변경하고 이로써 V축(또는 고도 방향)으로 스캔한다. 예시된 방사선 빔(822)은 제2 수신 어레이(820)의 수신 영역을 식별하는데, 이는 제2 수신 어레이(820)가 그 영역 내의 물체를 검출할 수 있음을 의미한다.
제2 송신 어레이(840)는 z 방향으로 지향된 수직 편파를 갖는 방사 빔(842)을 생성하며, 제2 송신 어레이(840)의 개별 단위 셀에 결합된 위상 천이 요소는 방사된 신호의 위상을 변경하고 이로써 V축(또는 고도 방향)으로 스캔한다. 예시된 방사선 빔(842)은 제2 송신 어레이(840)의 송신 영역을 식별하는데, 이는 제2 송신 어레이(840)가 그 영역 내의 물체를 조명하는 데 사용된다는 것을 의미한다.
수신 어레이(810) 및 송신 어레이(840)는 z 방향으로 지향되므로, 어레이(810 및 840)는 각각 V축 각도 범위 및 U축 각도 범위를 스캔할 때 U-V 영역에서 중첩 영역을 갖는다. 일부 경우에, 제1 수신 어레이(810) 및 제2 수신 어레이(820)는 이중 편파되며, 동일한 편파의 수신 및 송신 어레이는 동일한 평면에 팬 빔을 제공하도록 그룹화되어 대략적인 빔(coarse beam)이 방위각 및 고도 평면에서 빠른 1D 스캔을 위한 평면을 조명할 수 있다.
도 9는 본 기술의 몇몇 구현에 따른 안테나 어레이 시스템을 사용한 직교 안테나 선택의 2차원 빔 스캐닝의 플롯도(900)를 예시한다. 안테나 어레이 시스템은 직교 축 상에서 빔폼의 조향을 가능하게 하고, 빔포밍 패턴의 교차는 본 명세서에서 인공 지향성 또는 유효 지향성으로 지칭되는 지향성을 갖는다. 송신 패턴이 수평 또는 방위각 축과 같은 제1 축 상에 있고, 수신 패턴이 수직 또는 고도 축과 같은 제1 축에 직교하는 제2 축 상에 있는 그러한 시스템에서, 패턴의 교차는 수평 빔이 수직 빔과 교차하는 곳에서 인공적으로 향상된 지향성을 제공한다.
플롯도(900)는 팬 빔으로 스캔하는 V축의 제1 송신 스캔(902) 및 팬 빔으로 스캔하는 U축의 제1 수신 스캔(904)을 둘 다 수평 편파로 도시한다. 이와 관련하여, U축 스캐닝은 RX 팬 빔에 의해 처리되고 V축 스캐닝은 TX 팬 빔에 의해 처리된다. 레이더 링크는 RX 및 TX 방사 패턴이 곱해질 때 U-V 스캐닝을 가질 수 있다.
송신 안테나는 여기에서 z 방향으로 지칭되는 제1 방향으로 송신하고, x 방향으로 수평 또는 방위각에 걸쳐 스캔한다. 수신 안테나는 z 방향으로 지향되고 y 방향으로 수직 또는 고도로 스캔한다. 각각의 안테나 세트 및 각각의 개별 안테나에는 연관된 방사선 빔폼이 있다. 이러한 빔폼이 마주치거나 교차할 수 있는 곳은 안테나 시스템의 능동 애퍼처이다. 따라서 능동 애퍼처는 자체 빔 폭과 높이를 갖는 복수의 빔의 조합이다. 예를 들어, 제1 송신 스캔(902)을 갖는 송신 안테나 및 제1 수신 스캔(904)을 갖는 수신 안테나는 능동 애퍼처(906)를 형성한다.
플롯도(900)는 또한 팬 빔으로 스캔하는 U축의 제2 송신 스캔(914) 및 팬 빔으로 스캔하는 V축의 제2 수신 스캔(912)을 둘 다 수직 편파로 도시한다. 유사하게, 제2 송신 스캔(914)을 갖는 송신 안테나 및 제2 수신 스캔(912)을 갖는 수신 안테나는 능동 애퍼처(916)를 형성한다.
도 10은 본 기술의 몇몇 구현에 따른 메인 로브 레벨 및 사이드 로브 레벨을 갖는 2차원 빔 스캐닝의 플롯도(1000)를 도시한다. 플롯도(1000)는 V축에서 수평 편파를 갖는 송신기 빔과 관련된 메인 로브 스캔(1004)("TX 메인 로브"로 도시됨) 및 사이드 로브 스캔(1002 및 1006)("TX 사이드 로브"로 도시됨)을 도시하고, U축에서 수평 편파를 갖는 수신기 빔과 관련된 메인 로브 스캔(1014)("RX 메인 로브"로 도시됨) 및 사이드 로브 스캔(1012 및 1016)("RX 사이드 로브"로 도시됨)을 도시한다. 메인 로브 스캔(1004 및 1014)의 교차는 능동 애퍼처(1020)("MM"으로 도시됨)를 형성한다. TX 메인 로브(예컨대, 1004)와 RX 사이드 로브(예컨대, 1012 및 1016)의 다른 교차는 "MS"로 표시된 교차를 형성한다. 유사하게, RX 메인 로브(예컨대, 1014)와 TX 사이드 로브(예컨대, 1002 및 1006)의 다른 교차는 "SM"으로 표시된 교차를 형성한다. RX와 TX 모두에 대한 사이드 로브 스캔 간의 나머지 교차는 "SS"로 도시된다. 일부 구현에서, SM 및 MS 교차는 MM으로 정규화되어 -30dB 이득을 초래하는 한편, SS 교차도 -60dB 이득을 초래하는 MM으로 정규화된다.
도 11은 본 기술의 몇몇 구현에 따른 복수의 주파수 처프를 갖는 2차원 빔 스캐닝의 플롯도(1100)를 도시한다. 플롯도(1100)는 복수의 주파수("f0-f9"로 도시됨)에 걸친 V축의 송신 스캔(1110) 및 U축의 수신 스캔(1120)을 도시한다. 이와 관련하여, 송신 스캔(1110)은 수평 편파와 동시에 송신된 복수의 주파수 처프를 나타낸다. 몇몇 경우에, 처프의 수가 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템 성능을 낮추는 대신 SNR을 개선하기 위해 처프의 수를 수정할 수 있다. 수신 스캔(1120)은 특정 주파수(예를 들어, f0-f9)에서 송신 스캔(1110)을 교차하여 복수의 주파수에 걸쳐 있는 능동 애퍼처를 형성하고, 이에 의해 안테나 어레이 시스템의 개선된 스캐닝 능력을 제공할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, V축에서의 복수의 주파수 처프를 갖는 송신 스캔은 약 100Hz의 스캔 레이트로 작동할 수 있는 반면, U축에서의 수신 스캔은 약 10kHz의 스캔 레이트로 작동할 수 있다. 일부 구현에서, 보다 진보된 빔 형성기 및 송수신기를 사용하여, 주파수(f0-f9)는 직교 코드, 다중 빔 등을 포함하는 임의의 유형의 직교 신호일 수 있다.
도 12는 다양한 구현에 따른 안테나 구조물을 동작시키는 방법(S1200)에 대한 흐름도를 도시한다. 방법(S1200)은 단계(S1210)에서, 송신 어레이를 통해, 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 안테나 구조물의 제1 축을 따라 시야를 스캔하는 것을 포함한다. 방법(S1200)은 단계(S1220)에서, 수신 어레이를 통해, 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 다른 제2 스캔 레이트로 제1 축에 직교하는 안테나 구조물의 제2 축을 따라 시야를 스캔하는 것을 포함한다. 방법(S1200)의 다양한 실시예에서, 수신 어레이는 제1 편파와 연관된 복수의 제1 수신 안테나 및 제1 편파에 직교하는 제2 편파와 연관된 복수의 제2 수신 안테나를 포함하고, 송신 어레이는 복수의 제1 편파와 연관된 복수의 제1 송신 안테나 및 제2 편파와 연관된 복수의 제2 송신 안테나를 포함한다. 다양한 실시예에서, 복수의 제1 수신 안테나는 복수의 제1 송신 안테나에 직교하게 배열되고, 복수의 제2 수신 안테나는 복수의 제2 송신 안테나에 직교하도록 배열된다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 방위각 차원에 대응하고 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 더 크다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 고도 차원에 대응하고 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 작다.
다양한 실시예에서, 방법(S1200)은 단계(S1230)에서, 수신 어레이 및 송신 어레이에 결합된 송수신기를 통해, 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하는 것을 포함한다. 방법(S1200)은 단계(S1240)에서, 수신 어레이를 통해 수신된 리턴 신호를 송수신기를 통해 처리하는 것을 포함한다. 다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하고, 제2 급전 네트워크는 제1 급전 네트워크와 무관하다.
단계(S1250)에서, 방법(S1200)은 송수신기에 결합된 안테나 제어기를 통해 제1 방향의 스캔 각도로 송신 어레이를 조정하는 것을 포함한다. 단계(S1260)에서, 방법(S1200)은 안테나 제어기를 통해 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 수신 어레이를 조정하는 것을 포함한다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하고, 제2 조합 네트워크는 제1 조합 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 시스템이 개시된다. 안테나 시스템은 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이와, 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이와, 수신 어레이 및 송신 어레이에 결합되고, 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하고 수신 어레이를 통해 수신된 수신 리턴 신호를 처리하도록 구성된 송수신기와, 송수신기에 결합되고 제1 방향의 스캔 각도로 송신 어레이를 조정하고 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 수신 어레이를 조정하도록 구성된 안테나 제어기를 포함한다.
안테나 시스템의 다양한 실시예에서, 수신 어레이는, 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 수신 안테나와, 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파에 직교하는 제2 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 수신 안테나를 포함한다. 안테나 시스템의 다양한 실시예에서, 송신 어레이는, 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 RF 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 송신 안테나와, 제2 축을 따라 배열되고 제2 편파의 RF 빔을 사용하여 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 송신 안테나를 포함한다.
다양한 실시예에서, 제1 축은 방위각 차원에 대응하고 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 크다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 고도 차원에 대응하고 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 작다.
다양한 실시예에서, 안테나 시스템은 송수신기와 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 제2 급전 네트워크는 제1 급전 네트워크와 무관하다. 다양한 실시예에서, 안테나 시스템은 송수신기와 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 제2 조합 네트워크는 제1 조합 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 구조물을 작동시키는 방법이 개시된다. 방법은 송신 어레이를 통해, 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 안테나 구조물의 제1 축을 따라 시야를 스캔하는 단계와, 수신 어레이를 통해, 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 제1 축에 직교하는 안테나 구조물의 제2 축을 따라 시야를 스캔하는 단계와, 수신 어레이 및 송신 어레이에 결합된 송수신기를 통해, 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하는 단계와, 송수신기를 통해, 수신 어레이를 통해 수신된 수신 리턴 신호를 처리하는 단계와, 송수신기에 결합된 안테나 제어기를 통해, 제1 방향의 스캔 각도로 송신 어레이를 조정하는 단계와, 안테나 제어기를 통해, 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 수신 어레이를 조정하는 단계를 포함한다.
방법의 다양한 실시예에서, 수신 어레이는 제1 편파와 연관된 복수의 제1 수신 안테나 및 제1 편파에 직교하는 제2 편파와 연관된 복수의 제2 수신 안테나를 포함하고, 송신 어레이는 제1 편파와 연관된 복수의 제1 송신 안테나 및 제2 편파와 연관된 복수의 제2 송신 안테나를 포함한다.
다양한 실시예에서, 복수의 제1 수신 안테나는 복수의 제1 송신 안테나에 직교하게 배열되고, 복수의 제2 수신 안테나는 상기 복수의 제2 송신 안테나에 직교하게 배열된다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 방위각 차원에 대응하고 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 크다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 고도 차원에 대응하고 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 작다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크와, 송수신기와 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 제2 급전 네트워크는 제1 급전 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크와, 송수신기와 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 제2 조합 네트워크는 제1 조합 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물이 개시된다. 안테나 구조물은 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이를 포함하며, 송신 어레이는 제1 편파와 연관된 복수의 제1 송신 안테나 및 제2 편파와 연관된 복수의 제2 송신 안테나를 포함한다. 안테나 구조물은 또한 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 상기 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이를 포함하며, 수신 어레이는 제1 편파와 연관된 복수의 제1 수신 안테나 및 제1 편파에 직교하는 제2 편파와 연관된 복수의 제2 수신 안테나를 포함한다.
안테나 구조물의 다양한 실시예에서, 복수의 제1 수신 안테나는 복수의 제1 송신 안테나에 직교하게 배열되고, 복수의 제2 수신 안테나는 복수의 제2 송신 안테나에 직교하게 배열된다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 방위각 차원에 대응하고 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 크다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 고도 차원에 대응하고 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 작다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은, 수신 어레이 및 송신 어레이에 결합되고, 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하고 수신 어레이를 통해 수신된 수신 리턴 신호를 처리하도록 구성된 송수신기와, 송수신기에 결합되고 제1 방향의 스캔 각도로 송신 어레이를 조정하고 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 수신 어레이를 조정하도록 구성된 안테나 제어기를 더 포함한다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합되도록 구성된 제1 급전 네트워크와, 송수신기와 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합되도록 구성된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 제2 급전 네트워크는 제1 급전 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에서, 안테나 구조물은 송수신기와 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크와, 송수신기와 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 제2 조합 네트워크는 제1 조합 네트워크와 무관하다.
다양한 실시예에 따르면, 2차원 스캐닝을 위한 레이더 시스템이 개시된다. 레이더 시스템은 하나 이상의 위상 제어 요소를 사용하여 아날로그 빔포밍 안테나로 송신 신호를 복수의 방향으로 방사하고, 수신된 리턴 신호로부터 주변 환경을 캡처하는 레이더 데이터를 생성하도록 구성된 안테나 모듈을 포함하고, 안테나 모듈은, 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이와, 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이와, 레이더 데이터로부터 주변 환경의 타깃을 검출 및 식별하도록 구성된 인식 모듈을 포함한다.
레이더 시스템의 다양한 실시예에서, 수신 어레이는, 제2 축을 따라 배열되고 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 수신 안테나와, 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파에 직교하는 제2 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 수신 안테나를 포함한다. 레이더 시스템의 다양한 실시예에서, 송신 어레이는, 제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 RF 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 송신 안테나와, 제2 축을 따라 배열되고 제2 편파의 RF 빔을 사용하여 제2 스캔 레이트로 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 송신 안테나를 포함한다.
다양한 실시예에서, 제1 축은 방위각 차원에 대응하고 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 크다. 다양한 실시예에서, 제1 축은 고도 차원에 대응하고 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 제2 스캔 레이트는 제1 스캔 레이트보다 작다.
다양한 실시예에서, 레이더 시스템은 송수신기와 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 제2 급전 네트워크는 제1 급전 네트워크와 무관하다. 다양한 실시예에서, 레이더 시스템은 송수신기와 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크 및 송수신기와 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 제2 조합 네트워크는 제1 조합 네트워크와 무관하다.
본 개시 전체에 걸쳐 설명된 바와 같이, 레이더 시스템은 다양한 실시예에 따라 안테나 시스템 또는 안테나 구조물로 지칭될 수 있다. 다양한 실시예에서, 레이더 시스템, 안테나 시스템 또는 안테나는 차량 번호판 프레임 또는 번호판 프레임에 통합되거나 포함될 수 있다.
개시된 예의 앞선 설명은 당업자가 본 개시를 구성하거나 사용할 수 있게 하도록 제공된다는 것이 또한 이해된다. 이들 예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 쉽게 명백해질 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리는 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서 다른 예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 나타낸 예에 제한되도록 의도되지 않고 본 명세서에 개시된 원리 및 신규 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 항목 중 임의의 것을 분리하는 "및" 또는 "또는"이라는 용어를 통해 일련의 항목 앞에 놓인 "~중 적어도 하나"라는 문구는 목록의 각 요소(즉, 각각의 항목)보다는 그 목록 전체를 한정한다. "~중 적어도 하나"라는 문구는 적어도 하나의 항목의 선택을 요구하지 않고, 오히려, 그 문구는 항목들 중 어느 하나 중 적어도 하나, 및/또는 항목들의 임의의 조합 중 적어도 하나, 및/또는 항목들 각각 중 적어도 하나를 포함하는 의미를 허용한다. 예를 들어, "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"라는 문구는 각각 A만, B만, 또는 C만; A, B 및 C의 임의의 조합; 및/또는 A, B 및 C 각각의 적어도 하나를 지칭한다.
또한, "내포한다", "갖다" 등의 용어가 상세한 설명 또는 청구범위에서 사용되는 한, 이러한 용어는 "포함하다"라는 용어와 유사한 방식으로 포함 범위를 갖는 것으로 의도되는데, 그 이유는 "포함하다"는 청구항에서 사용되는 경우 전환어(transitional word)로 해석되기 때문이다.
단수로 요소를 언급하는 것은 특별히 언급되지 않는 한 "하나뿐인 것"을 의미하는 것이 아니라 "하나 이상"을 의미하도록 의도된다. "일부"라는 용어는 하나 이상을 나타낸다. 밑줄 및/또는 기울임꼴 표제 및 부제목은 편의상 사용되었으며, 본 기술을 제한하지 않고 본 기술의 설명의 해석과 관련하여 참조되지 않는다. 당업자에게 알려져 있거나 나중에 알려지게 되는 본 개시 전반에 걸쳐 설명된 다양한 구성의 요소에 대한 모든 구조적 및 기능적 균등물은 참조로서 본 명세서에 명시적으로 통합되고 본 기술에 포함되는 것으로 의도된다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 내용은 어떠한 것도, 그러한 개시가 위의 설명에서 명시적으로 언급되었는지 여부에 관계없이, 대중에게 허용되는 것으로 의도되는 것은 아니다.
본 명세서는 많은 세부사항을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 범위에 대한 제한으로 해석되어서는 안 되며, 오히려 청구 대상의 특정 구현에 대한 설명으로 해석되어야 한다. 별개의 구현의 맥락에서 본 명세서에 설명된 소정 특징은 단일 구현으로 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명된 다양한 특징은 또한 복수의 구현에서 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 특징이 소정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명될 수 있고 심지어 초기에는 그렇게 청구될 수도 있지만, 청구된 조합에서의 하나 이상의 특징은 일부 경우에 조합에서 제거될 수 있고, 청구된 조합은 하위 조합 또는 다양한 하위 조합에 관한 것일 수 있다.
본 명세서의 청구 대상은 특정 양상에 관하여 설명되었지만, 다른 양상이 구현될 수 있고 다음 청구범위의 범주 내에 있다. 예를 들어, 동작들이 특정 순서로 도면에 도시되어 있지만, 이는 바람직한 결과를 달성하기 위해 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 하거나, 또는 도시된 모든 동작들이 수행되어야 함을 요구하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 청구범위에 언급된 동작들은 다른 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 일례로서, 첨부 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하지는 않는다. 또한, 위에서 설명한 양상에서 다양한 시스템 구성요소들의 분리가 모든 양상에서 이러한 분리를 요구하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 설명된 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 하드웨어 제품에 함께 통합되거나 복수의 하드웨어 제품 내에 패키징될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 변형은 후속하는 청구범위 내에 있다.

Claims (20)

  1. 안테나 시스템으로서,
    제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 상기 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이와,
    상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 상기 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 상기 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 상기 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이와,
    상기 수신 어레이 및 상기 송신 어레이에 결합되고, 상기 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하고 상기 수신 어레이를 통해 수신된 수신 리턴 신호를 처리하도록 구성된 송수신기와,
    상기 송수신기에 결합되고 제1 방향의 스캔 각도로 상기 송신 어레이를 조정하고 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 상기 수신 어레이를 조정하도록 구성된 안테나 제어기를 포함하는
    안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수신 어레이는,
    상기 제2 축을 따라 배열되고 상기 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 상기 제2 스캔 레이트로 상기 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 수신 안테나와,
    상기 제1 축을 따라 배열되고 상기 제1 편파에 직교하는 제2 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 상기 제1 스캔 레이트로 상기 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 수신 안테나를 포함하고,
    상기 송신 어레이는,
    상기 제1 축을 따라 배열되고 상기 제1 편파의 상기 RF 빔을 사용하여 상기 제1 스캔 레이트로 상기 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제1 송신 안테나와,
    상기 제2 축을 따라 배열되고 상기 제2 편파의 상기 RF 빔을 사용하여 상기 제2 스캔 레이트로 상기 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 복수의 제2 송신 안테나를 포함하는
    안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 축은 방위각 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 큰
    안테나 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 축은 고도 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 작은
    안테나 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크 및 상기 송수신기와 상기 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 급전 네트워크는 상기 제1 급전 네트워크와 무관한
    안테나 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크 및 상기 송수신기와 상기 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 조합 네트워크는 상기 제1 조합 네트워크와 무관한
    안테나 시스템.
  7. 안테나 구조물을 작동시키는 방법으로서,
    송신 어레이를 통해, 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 상기 안테나 구조물의 제1 축을 따라 시야를 스캔하는 단계와,
    수신 어레이를 통해, 상기 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 상기 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 상기 제1 축에 직교하는 상기 안테나 구조물의 제2 축을 따라 시야를 스캔하는 단계와,
    상기 수신 어레이 및 상기 송신 어레이에 결합된 송수신기를 통해, 상기 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하는 단계와,
    상기 송수신기를 통해, 상기 수신 어레이를 통해 수신된 리턴 신호를 처리하는 단계와,
    상기 송수신기에 결합된 안테나 제어기를 통해, 제1 방향의 스캔 각도로 상기 송신 어레이를 조정하는 단계와,
    상기 안테나 제어기를 통해, 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 상기 수신 어레이를 조정하는 단계를 포함하는
    방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수신 어레이는 상기 제1 편파와 연관된 복수의 제1 수신 안테나 및 상기 제1 편파에 직교하는 제2 편파와 연관된 복수의 제2 수신 안테나를 포함하고,
    상기 송신 어레이는 상기 제1 편파와 연관된 복수의 제1 송신 안테나 및 상기 제2 편파와 연관된 복수의 제2 송신 안테나를 포함하는
    방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 수신 안테나는 상기 복수의 제1 송신 안테나에 직교하게 배열되고, 상기 복수의 제2 수신 안테나는 상기 복수의 제2 송신 안테나에 직교하게 배열되는
    방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 축은 방위각 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 큰
    방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 축은 고도 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 작은
    방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 안테나 구조물은,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크와,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 급전 네트워크는 상기 제1 급전 네트워크와 무관한
    방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 안테나 구조물은,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크와,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 조합 네트워크는 상기 제1 조합 네트워크와 무관한
    방법.
  14. 안테나 구조물로서,
    제1 축을 따라 배열되고 제1 편파의 무선 주파수(RF) 빔을 사용하여 제1 스캔 레이트로 상기 제1 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 송신 어레이 - 상기 송신 어레이는 상기 제1 편파와 연관된 복수의 제1 송신 안테나 및 상기 제1 편파에 직교하는 제2 편파와 연관된 복수의 제2 송신 안테나를 포함함 - 와,
    상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 배열되고 상기 제1 편파의 리턴 RF 빔을 수신하여 상기 제1 스캔 레이트와 상이한 제2 스캔 레이트로 상기 제2 축을 따라 시야를 스캔하도록 구성된 수신 어레이 - 상기 수신 어레이는 상기 제1 편파와 연관된 복수의 제1 수신 안테나 및 상기 제2 편파와 연관된 복수의 제2 수신 안테나를 포함함 - 를 포함하는
    안테나 구조물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 제1 수신 안테나는 상기 복수의 제1 송신 안테나에 직교하게 배열되고, 상기 복수의 제2 수신 안테나는 상기 복수의 제2 송신 안테나에 직교하게 배열되는
    안테나 구조물.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 축은 방위각 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 고도 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 큰
    안테나 구조물.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제1 축은 고도 차원에 대응하고, 상기 제2 축은 방위각 차원에 대응하며, 상기 제2 스캔 레이트는 상기 제1 스캔 레이트보다 작은
    안테나 구조물.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 수신 어레이 및 상기 송신 어레이에 결합되고, 상기 송신 어레이를 통해 송신하기 위한 송신 신호를 생성하고 상기 수신 어레이를 통해 수신된 수신 리턴 신호를 처리하도록 구성된 송수신기와,
    상기 송수신기에 결합되고 제1 방향의 스캔 각도로 상기 송신 어레이를 조정하고 상기 제1 방향에 직교하는 제2 방향의 스캔 각도로 상기 수신 어레이를 조정하도록 구성된 안테나 제어기를 더 포함하는
    안테나 구조물.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 송신 안테나 사이에 결합된 제1 급전 네트워크와,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제2 송신 안테나 사이에 결합된 제2 급전 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 급전 네트워크는 상기 제1 급전 네트워크와 무관한
    안테나 구조물.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제1 수신 안테나 사이에 결합된 제1 조합 네트워크와,
    상기 송수신기와 상기 복수의 제2 수신 안테나 사이에 결합된 제2 조합 네트워크를 더 포함하되, 상기 제2 조합 네트워크는 상기 제1 조합 네트워크와 무관한
    안테나 구조물.
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