TWI717612B - 智慧天線超材料方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種基於超材料之物件偵測系統。一智慧天線超材料介面(IAM)將特定超材料單位胞元聯合為子陣列以調整一發射信號之波束寬度。該IAM係協調(諸如)一車輛中之複數個感測器以最佳化效能之一感測器融合系統之部分。在一實施例中，一MTM天線結構經探針饋入以橫跨該等單位胞元產生一駐波。

Description

智慧天線超材料方法及設備
本發明係關於使用超材料單位胞元之動態控制之使用超材料結構之智慧天線。
在日常生活中，天線用於通信系統、感測裝置、雷達系統等等。最近，吾人關注自動駕駛或無人駕駛車輛。現今所設想之設計及產品不考量所有天氣條件、電力消耗約束及有效控制車輛所需之計時。需要提供一種在各種道路、天氣、溫度、能見度、交通狀況等等下工作且維持一致可靠服務之感測系統。
本發明描述一種天線系統，其具有由超材料(MTM)胞元組態且由一智慧天線MTM介面(IAM)控制之一天線。天線系統可用於包含蜂巢式通信網路、車輛間通信系統、物件偵測系統、自動駕駛車輛感測器系統、無人機控制及通信系統等等之應用中。MTM天線結構由IAM動態控制；可藉由改變天線結構之電或電磁組態來進行控制。在一些實施例中，變容器耦合至MTM天線結構以實現輻射圖之調整。在一些實施例中，MTM單位胞元可組態為具有特定特性之子陣列。為用於一自動駕駛車輛中，系統可使用作為一周圍條件之一大波束寬度來執行一粗聚焦，且接著在接收一回波時使波束寬度變窄以指示一物件位於天線結構之輻射圖之視域內。依此方式，較大波束寬度可掃掠天線結構之全視域(FoV)以減少掃描FoV之時間。在一些實施例中，IAM能夠偵測一偵測物件之FoV之區域且將該區域映射至MTM單位胞元及/或子陣列之一特定組態以聚焦波束，即，使波束寬度變窄。另外，在一些實施例中，分析偵測物件之特定尺寸及其他性質(諸如相對於天線結構之行進速度)且判定(若干)下一動作或動作過程。接著，在一些實施例中，將偵測物件提供為一視覺或圖形顯示，其可充當車輛中之乘客之一備用安全特徵。
圖1繪示根據本發明之各種實施例之一天線系統100。系統100包含一MTM天線結構110，其包含諸如MTM單位胞元140之多個MTM單位胞元。各MTM單位胞元140係用於控制及操縱物理現象(諸如一信號之電磁(EM)性質，其包含振幅、相位及波長)之一人工結構化元件。超材料結構表現為自其組成材料之固有性質以及此等材料之幾何配置(其具有相對於典型應用之空間變動之尺度小很多之大小及間隔)衍生。個別MTM組件被視為單位胞元，例如MTM單位胞元140。一超材料不是一有形新材料，而是依一特定方式表現之已知材料(諸如導體)之一幾何設計。
一MTM單位胞元(諸如胞元140)包含具有等效於串聯電容器及並聯感應器之一組合之一行為之多個微帶、間隙及通孔。各種組態、形狀、設計及尺寸用於實施特定設計及滿足特定約束。MTM天線結構110可組態為將諸如胞元140之單位胞元群組在一起之子陣列。一IAM 50用於控制MTM天線結構110之操作參數。在一些實施例中，此等參數包含施加於諸如單位胞元140之個別MTM單位胞元之電壓。IAM 50包含擷取、量測、儲存、分析及提供指令之模組及組件。IAM 50之能力範圍廣而靈活；隨著一應用需要越來越多資訊，IAM 50可構建額外能力。依此方式，IAM 50係實施於硬體中之一軟體可程式化模組，其具有管理IAM 50內之動作之一IAM控制器52。
在本文所描述之本實施例中，應用係針對一自動駕駛汽車，其中系統100係使用雷達來識別物件之一感測系統。雷達之使用提供在惡劣天氣條件下偵測物件之一可靠方式。例如，從歷史資料看，駕駛員在濃霧中會開得很慢，因為駕駛速度隨能見度降低而降低。在(例如)限速為115 km/h之歐洲高速公路上，當能見度較差時，駕駛員可能需要減速至40 km/h。使用本實施例，駕駛員(或無人駕駛汽車)可維持最大安全速度而無需考量天氣條件。即使其他駕駛員減速，但具有本實施例功能之汽車將能夠偵測到路上之該等緩慢移動汽車及障礙物且將其避開/繞過。
另外，在非常擁擠區域中，自動駕駛汽車需要在足以作出反應之時間內偵測物件且採取行動。本發明增加一雷達信號之掃掠時間以在反應時間內偵測任何回波。在農村地區及行駛期間很少有障礙物之其他區域中，IAM 50將波束之聚焦調整為一較大波束寬度以藉此實現少有回波之區域之一較快掃描。IAM 50可藉由評估一給定時段內所接收之回波數且因此作出波束大小調整來偵測此情形。一旦偵測到一物件，則IAM 50判定如何調整波束聚焦。此藉由改變MTM天線結構110之特定組態及條件來達成。例如，在一方案中，調整變容器上之電壓。在另一方案中，將單位胞元之一子集組態為一子陣列。此組態意謂此集合可被視為一單一單元，且類似地調整所有變容器。在另一方案中，將子陣列改變為包含不同數目個單位胞元。
所有此等偵測方案、分析及反應可儲存於IAM 50中且用於後續分析或簡化反應。例如，若在一天之一給定時間或在一特定高速公路上接收到增加回波，則將該資訊饋入至IAM控制器52中以有助於MTM天線結構110積極準備及組態。另外，可存在表現較佳以致達成一所要結果之一些子陣列組合且此儲存於IAM記憶體54中。
在操作中，MTM天線結構110提供(若干)雷達輻射圖以掃描系統100之FoV。在一些實施例中，一FoV複合資料單元112儲存描述FoV之資訊。此可為用於追蹤趨勢及預期行為及交通狀況之歷史資料或可為描述一時刻處或一時間窗內之FoV之瞬時或即時資料。儲存此資料之能力使IAM 50能夠作出戰略上以FoV內之一特定點或區域為目標之決定。例如，FoV可在5分鐘內為空白的(未接收到回波)，且接著一回波自FoV中之一特定區域到達；此類似於偵測到一汽車之前部。作為回應，IAM 50可決定使FoV中之該扇區或區域之一更聚焦視域之波束寬度變窄。下一掃描可指示物件之長度或其他尺寸，且若物件係一汽車，則IAM 50可考量物件移動之方向且將波束聚焦於該區域上。類似地，回波可來自諸如鳥之一亂真物件，其較小且快速移出汽車之路徑。FoV複合資料112存在各種其他用途，其包含能夠基於先前偵測來識別一特定類型之物件。
物件偵測模組114自IAM控制器52接收控制資訊且判定待作出之調整(若需要)。在一些實施例中，掃描從具有一大頻寬之一粗略掃描開始。在物件偵測上，波束寬度變窄。可變波束尺寸模組116對物件偵測模組114作出回應且可如期望般快速或緩慢變動波束寬度。在一些實施例中，波束寬度係二進位值，且在其他實施例中，其可採用連續值。物件偵測模組114指示波束方向模組118導引波束之位置，諸如自一子陣列。物件尺寸分析模組120自所接收之資訊(回波)判定偵測物件之參數及尺寸。
繼續系統100，發射/接收控制130由控制器132控制且控制至及來自MTM天線結構110之發射及接收路徑。可存在專用於接收之一部分單位胞元(諸如單位胞元140)且可存在專用於發射之另一部分，或MTM天線結構110可為一發射及接收天線。在一些實施例中，IAM 50可將特定單位胞元或子陣列分配為僅接收、僅發射或發射及接收。存在此等實施例之任何數目個組合及設計。
存在MTM天線結構110可為了應用、嵌入、控制等等而相對於IAM 50使用之諸多方法及系統。圖2中繪示MTM天線結構110之動態控制之一實施例。程序200開始於系統100判定一回波是否由MTM天線結構110接收(步驟202)。若已接收回波，則系統100提取FoV參數(204)；否則系統100繼續發射波束且收聽回波。FoV參數可包含自系統100至偵測物件之範圍、物件之速度、物件之大小等等，以及由物件反射之信號之到達方向。在本實施例中，IAM 50使發射波束之聚焦變窄(步驟206)且接著檢查調整是否足夠(步驟208)。調整可能需要一些額外回饋或可在一或多個步驟中完成。聚焦波束以擷取關於偵測物件之更多資訊。接著，IAM 50評估FoV以識別偵測物件之位置(210)。例如，偵測物件可在車輛之右手側上，偵測物件可在路面上，等等。接著，IAM 50組態MTM天線結構110中之單位胞元之一或若干子陣列以對應於FoV中之偵測物件之位置(212)。在FoV之一所要部分上發射變窄波束(214)。在一些實施例中，程序200能夠識別偵測物件之一輪廓(216)；此可用於識別一汽車與一公共汽車、一人與一車輛等等。另外，程序200可涉及比較偵測物件相對於MTM天線結構110之行進參數以識別物件相對於MTM天線結構110及MTM天線結構110駐留於其中之車輛之一預期未來位置(步驟218)。偵測物件之速率及速度實現車輛之行駛路徑之智慧控制及調整。此促進IAM 50自輪廓資料及行進參數判定一物件類型(220)。IAM 50將部分或全部來自此資訊之資訊提供至車輛控制器(圖中未展示)，車輛控制器決定作何反應(222)。
在一些實施例中，程序200與一應用內之各種其他系統介接。例如，在一車輛應用中，將天線處所接收之資訊及該資料之至少一部分之分析提供至用於處理之其他模組，諸如，提供至一汽車中之一感知層或一導航螢幕。
圖3繪示具有配置成N×N個單位胞元之一陣列之複數個超材料(MTM)胞元之一MTM天線結構300 (或結構之一部分)，其中為了清楚及討論，本文之各單位胞元由一列、行指數(i,j)識別。陣列亦可為一非對稱N×M陣列。為了簡單，描述一對稱N×N案例。例如，自觀看者之觀點看，將左上角中之單位胞元識別為340(1,1)且將右下角中之單位胞元識別為340(N,N)。其他組態可基於諸如結構300之天線結構之應用、結構、物理性質及目標。天線結構300係包含其他模組(其等之部分未展示於此圖式中)之一天線系統之部分。類似地，單位胞元之特定形狀可採用導致超材料之特性及行為且不限於為正方形或矩形或任何其他規則形狀之任何各種形狀。
天線結構300中之各單位胞元340(i,j)可個別操作或操作為一子陣列之部分。如圖中所繪示，IAM 350已將特定單位胞元聯合或群組為子陣列302、304、306及308。IAM 350判定將導引輻射波束之位置、波束之形狀及波束之尺寸。波束可為一粗或大頻寬波束、一中型波束或一小窄頻寬波束，其取決於情形、偵測物件及偵測之時序以及其他考量。IAM 350可預組態子陣列之一或多者以預期下一動作，或可使用一預設組態(諸如從實現一較快掃描能力或掃掠時間之一寬頻寬開始)。就各掃掠而言，將FoV分成可具有一致尺寸、不同尺寸或可動態調整之若干部分。在一些實施例中，IAM選擇特定方向以具有一窄波束，諸如在車輛正前方；其他方向(諸如FoV之邊緣上)可由一寬波束掃描。設計者在設定IAM 350時作出此等及其他設計考量，其中一些IAM 350係撓性且可組態的。在所繪示之實例中，MTM天線結構300具有意欲導引波束且形成所要輻射圖之若干子陣列。
一旦偵測到一物件，則FoV至MTM映射360識別IAM 350之FoV之部分且將該位置映射至將聚焦於物件上且擷取關於物件之更多資訊之一特定MTM單位胞元或子陣列。在一些實施例中，IAM 350有權使用各種方案且可使用偵測資訊來預測路上之未來狀況。例如，若MTM天線結構300在具有一已知鹿行走路徑之一區域中偵測到有鹿橫穿道路，則IAM 350可預測鹿之行進方向以及預期可能隨行之其他鹿。
圖4繪示具有多個MTM單位胞元之一MTM天線結構400之操作。天線波束以自FoV 420之一側至另一側之一波束掃掠410為例。應注意，視覺視域及天線視域未必相同。在此情況中，將天線FoV繪示為x及y方向上之形狀470或2D視圖及具有x、y及z方向上之分量之形狀472或3D視圖。
圖5繪示具有經啟用以產生波束510之至少一子陣列502之一MTM天線結構500。當偵測到汽車560時，IAM (圖中未展示)識別FoV 520之相關聯部分506。此映射至將在該區域中產生一聚焦波束之MTM天線結構500之部分，且該部分係子陣列502。
如圖6中所繪示，MTM天線結構500與FoV 520之間的映射由包含此相關性之各種元素之FoV至MTM映射單元560提供。此可為一查找表或其他映射格式且可經動態調整以與車輛之移動保持同步；另外，此資訊可儲存於一相關資料庫或其他裝置中以促進IAM 550隨時間學習及改良。依此方式，IAM 550可使用人工智慧(AI)、專家系統、神經網路或其他技術來提高用於物件偵測之系統之效能。
當一車輛行進時，存在不同FoV快照或切片，諸如自一近場至一遠場切片。在圖7中，自汽車720之觀點看，存在一近場FoV 702、一遠場FoV 708及FoV之若干中場切片(諸如切片704及706)。當汽車720行進時，各切片對應於一時間點。IAM 550判定針對依據諸多參數(其包含(例如)汽車之速度及偵測物件相對於汽車之速度)而變化之各FoV廣播何種類型之波束。IAM 550可判定：就特定條件而言，波束有意到達一特定FoV，諸如，當汽車緩慢移動時，FoV 702可為足夠的，但若汽車快速移動，則期望到達FoV 708。天氣條件亦會產生影響，使得若汽車要花更長時間來反應、停車或否則改變當前行駛條件，則IAM 550可期望到達最長FoV 708以允許汽車有時間反應。此可用於下雪或結冰條件，其顯著影響汽車可多快減速及/或停車。
如本文所討論，可根據應用來設計及實施MTM天線結構之放置。圖8繪示若干考量，諸如將一MTM天線結構806放置於卡車800之保險槓中。在此情況中，結構806定位於保險槓之側面(其不是平坦的，而是彎曲的)上。一額外MTM天線結構802定位於卡車側面804上以改良卡車周圍之行駛狀況之偵測。
在一些實施例中，沿路放置之廣告牌808具有偵測沿道路行進之物件之一MTM天線結構810。廣告牌808可具有照明、切換效應、訊息傳遞或其他供電效應。自功率效率考量，廣告牌能夠改變為不使用此等效應之一靜態訊息。在一些實施例中，廣告牌將能夠偵測在擁擠高速公路上行駛之車輛之類型且接著推送該等駕駛員感興趣之廣告。例如，若存在供電動車輛行駛之一較快道路，則廣告牌可偵測該車道沒有車輛或少有車輛開過且其他車道較為擁擠之時間。在此情況中，廣告牌808會想給電動車輛推送廣告。可藉由與特定車輛通信或向所有車輛廣播訊息來增強諸如文具廣告牌之基礎設施瞭解其附近發生之事情的能力。廣告牌930係經由無線信號偵測一特定汽車駕駛員但無法無此等通信能力之汽車通信之一通信廣告牌。使用一MTM天線結構，此等廣告牌能夠更多瞭解其周圍環境。
圖9繪示一車輛之一前保險槓910，其中諸如MTM天線結構912及914之MTM天線結構定位於保險槓內且沿保險槓之側面彎曲。在此等及其他應用中，一MTM天線結構可經組態以適應放置之形狀，且可定位於保險槓、後視鏡、車頂等等上以最佳瞭解周圍環境及當前路況。
可存在與MTM天線結構合作之其他感測器，其中各感測器具有一特殊偵測區域。在圖12所展示之一實施例中，一系統1200包含與一攝影機感測器1204、基礎設施感測器1206、一雷射感測器1212、操作感測器1214、使用者偏好感測器1216、環境感測器1218及一無線通信模組1208合作之一MTM天線感測器1202。一感測器融合控制器1210控制來自感測器1202、1204、1206、1212、1214、1216及1218之資訊之協調性。IAM 1250與此等各種模組介接。攝影機或視覺感測器1204經調適以擷取感測器1204之FoV中之物件、環境及其他元素。雷射感測器1212用於識別物件，但其效能隨距離、天氣及光抑制條件而變差。當其他類型之感測器無法提供穩健、一致資訊時，新增MTM天線感測器1202來提供穩健、一致資訊。
天線應用(諸如用於車輛中之雷達天線)之一些其他考量包含天線設計、能力及接收器及發射器組態。具有一天線陣列之一典型電子系統由兩個或兩個以上天線元件、波束成形網路及一接收器或發射器組成。波束成形網路可由一巴特勒(Butler)矩陣或與相移元件組合之其他天線陣列組成。諸多不同天線組態可用作為天線陣列中之一天線元件：簡單偶極、單極、印刷貼片設計、八木天線等等。天線安裝於汽車上/汽車內之一主要目標係達成一緊湊及美觀設計。其他目標與用於雷達波束之通信信號之類型有關。所使用之一調變類型係調頻連續波(FMCW)，其在雷達應用中係有效的，因為雷達無需脈衝而是連續發射。FMCW係發射為一連續週期性函數之一連續載波調變波形，諸如正弦波、鋸齒波、三角形等等。掃掠時間或掃掠週期Ts 係波形之一週期之發射時間。一掃掠週期期間所發射之信號指稱一線性調頻信號。發射及接收信號存在指稱拍頻bf 之一頻率差。天線之範圍R係自天線至一偵測物件之距離，且係掃掠週期、拍頻、光速c及掃掠頻寬Bs 之一函數。一移動目標誘發使雷達能夠偵測目標相對於天線之相對速度之一都卜勒(Doppler)頻移。發射信號與接收信號之間的相位差提供位置資訊，同時頻移識別一速度。
就移動物件而言，信號相位失真會影響天線陣列之效能。抵消此失真之一方式係在Tx及Rx側處使用多個子陣列以濾除此等雜質。另一方式係在傳輸過程中調整天線校準以減少移動物件之相位失真。
傳統相移用於控制一天線之波束。相控陣列天線具有多個元件，其等經饋入以在各元件處具有一可變相位或時間延遲且使得波束自多個角度掃描。多個元件提供具有較低旁瓣之輻射圖且實現謹慎波束整形。波束可經重新定位以用於更定向具針對性及高效操作。
本發明提供一MTM天線結構，其在無需主動元件改變相位之情況下或依傳統方式提供相移。各種實施例之MTM天線結構使用超材料形狀及組態之特性以在不使用機械或電相移器之情況下提供相移。
圖10中繪示一MTM天線結構1000之一實例，其中一信號源提供為耦合至一接地面1002之一探針1004。探針1004給天線1000供應源信號以產生一調變EM波形。一第二層1006定位於接地面1002上。第二層1006由一介電材料製成且具有組態於其上之一天線結構1008。此天線1008經設計以接收源信號且產生一相對平坦波前來順應MTM層1010。天線1008可為一偶極天線或能夠跨整個第二層1006產生一相對均勻及平坦波前之任何其他天線。
圖11中繪示另一實施例，其係一雙層探針饋入式MTM天線結構1100。如同圖10之實例，一探針1104將信號供應至一接地面層1102。在此實施例中，一MTM天線結構1106放置於接地面上，無中間層。源信號跨接地面1102分佈，使得一相對平坦波形呈現給MTM天線結構1106。接著，MTM天線結構1106輻射發射信號(如本文所描述)，其中各單位胞元可個別發射或作為一子陣列發射。
當前技術呈現諸如用於汽車之各種感測器，其可包含各種攝影機、雷射、雷達、溫度及其他感測器。如圖12中所展示，一感測器融合控制器1210協調及控制系統1200內之各種感測器之操作。一MTM天線感測器1202提供關於汽車之路徑中所偵測之物件之資訊且可將前瞻資訊提供至未被觸發或未在偵測之其他感測器。此資訊可促進汽車內之其他模組及控制器準備行動。此藉由感測器融合控制器1210來有效預組態汽車。
如圖中所繪示，系統1200包含一攝影機感測器1204，其將偵測可見物件及條件且用於使使用者能夠較佳控制車輛之後視攝影機中。攝影機感測器1204可用於各種功能，其包含使用者或駕駛員不可見之一些功能。基礎設施感測器1206可在行駛時提供來自基礎設施(諸如來自智慧道路組態、廣告牌資訊、交通警報及指示器(其包含交通信號燈、停車指示牌、交通警示等等))之資訊。此係一成長領域，且自此資訊衍生之用途及能力係巨大的。環境感測器1218偵測諸如溫度、濕度、霧、能見度、降水等等之各種外部條件。雷射感測器1212偵測車外事物且提供此資訊來調整車輛之控制。此資訊亦可提供諸如高速公路擁擠、道路狀況及會影響車輛之感測器、動作或操作之其他條件之資訊。感測器融合控制器1210最佳化此等各種功能以提供車輛及環境之一大致全面視圖。
繼續圖12，提供用於與其他車輛通信(指稱V2V通信)之一通信模組1208。此資訊可包含使用者、駕駛員或騎行者不可見之資訊且可促進車輛協調以避免交通事故。操作感測器1214提供關於車輛之功能操作之資訊。此可為胎壓、燃油量、刹車磨損等等。使用者偏好感測器1216可經組態以偵測一使用者偏好之部分狀況。此可為溫度調整、智慧窗遮陽等等。
諸多類型之感測器可由感測器融合控制器1210控制。此等感測器可彼此協調以共用資訊且考量一控制動作對另一系統之影響。在一實例中，在一擁擠行駛狀況中，一雜訊偵測模組(圖中未展示)可識別存在會干擾您的車輛之多個雷達信號。此資訊可由IAM 1250用於調整MTM天線感測器1202之波束大小以避免此等其他信號且最小化干擾。
一環境感測器1218可偵測到天氣在變化且能見度在降低。在此情形中，感測器融合控制器1210可決定組態感測器以提高車輛行駛於此等新條件中之能力。動作可包含關閉攝影機或雷射感測器或減小此等基於能見度之感測器之取樣率。此將依賴有效放置於適應當前情形之(若干)感測器上。作為回應，IAM 1250亦針對此等條件組態MTM天線感測器1202。例如，MTM天線感測器1202可減小波束寬度以提供一更聚焦波束且因此提供一更精細感測能力。
在一些實施例中，感測器融合控制器1210可基於歷史條件及控制來將一直接控制發送至IAM 1250。感測器融合控制器1210亦可使用系統1200內之一些感測器來充當其他感測器之回饋或校準。依此方式，一操作感測器1214可將回饋提供至IAM 1250及/或感測器融合控制器1210以產生模板、圖型及控制方案。此等係基於成功動作或可基於較差結果，其中感測器融合控制器1210自過去動作學習。
圖13至圖14繪示實施於感測器融合控制器1210中之程序及基於感測器讀數之動作。在圖13中，一程序1300查看是否自一系統(諸如圖12之系統1200)內之任何感測器接收一信號(1302)。若未接收到信號，則處理繼續收聽感測器信號。當接收到一信號(1302)時，感測器融合控制器1210判定包含自感測器接收之資訊類型之感測器參數(步驟1304)。可儲存此資訊以分析由車輛採取之動作以實現智慧、靈活及動態控制。接著，程序1300繼續比較所接收之信號與由感測器融合控制器1210儲存之資料(步驟1306)，其中此資料可儲存於記憶體(圖中未展示)中或儲存於諸如雲端資料庫及系統之一網路儲存庫(圖中未展示)中。此時，若在1308中指示一控制動作，則處理繼續判定此控制動作及/或自感測器接收之資訊是否將提供此或另一動作之早先偵測。此早先偵測檢查(步驟1310)允許整個感測器生態系統利用來自系統1200中之任何感測器之資訊。若感測器資訊可用於早先偵測(步驟1310)，則將資訊發送至一或多個步驟(步驟1312)或作為當前方案中之一資料點儲存於記憶體中。接著，系統採取所指示之動作(步驟1314)且返回至1302中之信號收聽。若在1310中資訊無法用於早先偵測，則處理繼續在1314中採取所指示之動作。若在1308中未指示控制動作，則處理返回至感測器信號收聽。
圖14繪示根據一些實施例之另一程序1400，其中感測器融合控制器1210在1402中組態感測器及操作控制。此可為一動態步驟或可為一持續組態。當在步驟1404中由MTM天線感測器1202偵測到一物件時，程序1400使用該資訊來相對於天線位置計算或判定與物件有關之細節。比較到達角(AoA)與發射角或將AoA映射至MTM天線感測器中之一子陣列(1406)。此資訊用於判定2D或3D空間中之偵測物件之位置(1408)。自天線至物件之範圍或距離係雷達晶片延遲之一函數(1410)。來自MTM天線感測器1202及其他感測器之資訊用於判定物件之一輪廓及/或覆蓋區(1412)。來自(若干)感測器之資訊可視情況提供物件之一物件特徵(1414)，其取決於材料等等。此可為物件之反射率之一指示。物件特徵係物件之一更詳細理解，其可給出尺寸、重量等等。感測器融合控制器1210將存取感測器資訊以判定一控制動作(1416)且指示採取行動(1418)。
自MTM天線感測器1202判定各種資訊；此資訊可為調變波形及技術、頻率、線性調頻信號延遲、接收信號之頻率變化等等之一函數。所使用之特定輻射圖可精心設計以根據應用來完成特定目標。感測器融合控制器1210實現此控制以最佳化系統且減少所需處理。例如，MTM天線感測器1202可用於減少感測器之數目及/或各感測器之作業時間。依此方式，一些感測器可在某些條件期間被停用及在該條件改變時被啟用。
在一方案中，可使用MTM天線感測器1202來取代其他物件偵測感測器，其中將輻射波形發射為一FMCW信號，且修改頻率以擷取近場、中程及遠場資料。圖15繪示一波形1500，其中波形1、波形2及波形3之振幅隨時間不同。
50‧‧‧智慧天線超材料介面(IAM)52‧‧‧IAM控制器54‧‧‧IAM記憶體100‧‧‧天線系統110‧‧‧超材料(MTM)天線結構112‧‧‧視域(FoV)複合資料單元114‧‧‧物件偵測模組116‧‧‧可變波束尺寸模組118‧‧‧波束方向模組120‧‧‧物件尺寸分析模組130‧‧‧發射/接收控制132‧‧‧控制器140‧‧‧MTM單位胞元200‧‧‧程序202‧‧‧步驟204‧‧‧步驟206‧‧‧步驟208‧‧‧步驟210‧‧‧步驟212‧‧‧步驟214‧‧‧步驟216‧‧‧步驟218‧‧‧步驟220‧‧‧步驟222‧‧‧步驟300‧‧‧MTM天線結構302‧‧‧子陣列304‧‧‧子陣列306‧‧‧子陣列308‧‧‧子陣列340(1,1)至340(N,N)‧‧‧單位胞元350‧‧‧IAM360‧‧‧FoV至MTM映射400‧‧‧MTM天線結構410‧‧‧波束掃掠420‧‧‧FoV470‧‧‧形狀472‧‧‧形狀500‧‧‧MTM天線結構502‧‧‧子陣列506‧‧‧相關聯部分510‧‧‧波束520‧‧‧FoV550‧‧‧IAM560‧‧‧汽車/FoV至MTM映射單元702‧‧‧近場FoV704‧‧‧切片706‧‧‧切片708‧‧‧遠場FoV720‧‧‧汽車800‧‧‧卡車802‧‧‧MTM天線結構804‧‧‧卡車側面806‧‧‧MTM天線結構808‧‧‧廣告牌810‧‧‧MTM天線結構910‧‧‧前保險槓912‧‧‧MTM天線結構914‧‧‧MTM天線結構930‧‧‧廣告牌1000‧‧‧MTM天線結構1002‧‧‧接地面1004‧‧‧探針1006‧‧‧第二層1008‧‧‧天線結構1010‧‧‧MTM層1100‧‧‧雙層探針饋入MTM天線結構1102‧‧‧接地面1104‧‧‧探針1106‧‧‧MTM天線結構1200‧‧‧系統1202‧‧‧MTM天線感測器1204‧‧‧攝影機感測器1206‧‧‧基礎設施感測器1208‧‧‧無線通信模組1210‧‧‧感測器融合控制器1212‧‧‧雷射感測器1214‧‧‧操作感測器1216‧‧‧使用者偏好感測器1218‧‧‧環境感測器1250‧‧‧IAM1300‧‧‧程序1302‧‧‧步驟1304‧‧‧步驟1306‧‧‧步驟1308‧‧‧步驟1310‧‧‧步驟1312‧‧‧步驟1314‧‧‧步驟1400‧‧‧程序1402‧‧‧步驟1404‧‧‧步驟1406‧‧‧步驟1408‧‧‧步驟1410‧‧‧步驟1412‧‧‧步驟1414‧‧‧步驟1416‧‧‧步驟1418‧‧‧步驟1500‧‧‧波形
參考圖式來描述本發明之實施例。此等圖未按比例繪製且經繪製以將申請人主張之內容清楚識別為本發明。
圖1繪示根據本發明之實施例之一超材料天線系統。
圖2繪示根據本發明之實施例之用於控制圖1之超材料天線系統之一程序。
圖3繪示根據本發明之實施例之一超材料天線系統。
圖4繪示根據本發明之實施例之一超材料天線系統之輻射圖。
圖5繪示根據本發明之實施例之一車輛應用中之一超材料天線系統之操作。
圖6繪示根據本發明之實施例之用於一超材料天線系統中之視域至超材料映射之一組態。
圖7繪示根據本發明之實施例之對應於一超材料天線系統之操作之各種視域。
圖8及圖9繪示根據本發明之實施例之超材料天線系統組件之放置。
圖10及圖11繪示根據本發明之實施例之探針饋入超材料天線結構。
圖12繪示根據本發明之實施例之一感測器融合系統。
圖13及圖14繪示根據本發明之實施例之用於藉由一智慧天線超材料介面之一感測器融合系統併入控制之程序。
圖15繪示根據本發明之實施例之多波段物件偵測之一輻射圖。
50‧‧‧智慧天線超材料介面(IAM)
52‧‧‧IAM控制器
54‧‧‧IAM記憶體
100‧‧‧天線系統
110‧‧‧超材料(MTM)天線結構
112‧‧‧視域(FoV)複合資料單元
114‧‧‧物件偵測模組
116‧‧‧可變波束尺寸模組
118‧‧‧波束方向模組
120‧‧‧物件尺寸分析模組
130‧‧‧發射/接收控制
132‧‧‧控制器
140‧‧‧MTM單位胞元

Claims (18)

  1. 一種天線結構，其包括：一接地面層；一介電層，其定位在該接地面層上方且具有一輻射結構；及一超材料層，其定位在該介電層上方，其中該超材料層包括可組態成為多個子陣列之一超材料單位胞元陣列，其中一子陣列經改變以回應於一所偵測物件而包括一不同數量之超材料單位胞元。
  2. 如請求項1之天線結構，其中該輻射結構係用以產生跨該介電層之一波前以符合該超材料層。
  3. 如請求項1之天線結構，其中該控制器針對多個發射波束來組態該等子陣列。
  4. 如請求項1之天線結構，其進一步包括耦合至該接地面層之一天線探針饋入結構。
  5. 如請求項4之天線結構，其中該天線探針饋入結構供應一輸入信號以產生該波前。
  6. 如請求項1之天線結構，其中該超材料單位胞元陣列中之各超材料單位胞元個別輻射該輸入信號。
  7. 如請求項1之天線結構，其中該至少一超材料單位胞元包括一超材料形狀及組態以提供一相移(phase shift)。
  8. 如請求項1之天線結構，其中該至少一超材料單位胞元包括至少一可控制操作參數以基於該天線結構之視域來調整一波束聚焦。
  9. 如請求項1之天線結構，其中該天線結構經耦合至用於控制一車輛之複數個感測器。
  10. 如請求項9之天線結構，其中該複數個感測器包括一攝影機感測器、一雷射感測器、一操作感測器、一基礎設施感測器、一使用者偏好感測器及一環境感測器中之至少一者。
  11. 一種用於一車輛中之天線結構，該天線結構包括：一信號源；一接地面層；一介電層，其定位在該信號源及該接地面層上方；及一超材料層，其定位在該介電層上方以輻射接收自該信號源之一信號，該超材料層包括可組態成為複數個子陣列之複數個超材料單位胞元，其中來自該複數個子陣列之一子陣列基於在該車輛之一路徑上之一所偵測物件而改變以包括一不同數量之超材料單位胞元。
  12. 如請求項11之天線結構，其中該天線結構經耦合至一智慧天線超材料介面(IAM)結構，以控制該天線結構之多個操作參數，該等操作參數包括施加至該複數個超材料單位胞元之至少一組電壓。
  13. 如請求項12之天線結構，其中該IAM結構包括一物件偵測模組，其用以偵測該車輛之該路徑中之該物件，該IAM結構用以組態該複數個子陣列之至少一者以基於該所偵測物件之位置來調整一波束。
  14. 如請求項11之天線結構，其中該複數個子陣列包括可基於該物件正在移動之一方向而組態之複數個子陣列。
  15. 如請求項11之天線結構，其中該複數個子陣列經預組態以預期一下一行動。
  16. 一種用於一車輛中之天線系統，該天線系統包括：一天線結構，其包括：一信號源；一接地面層；一介電層，其定位在該信號源及該接地面層上方；及一超材料單位胞元陣列，其定位在該介電層上方，該超材料單位胞元陣列可組態成為複數個子陣列；及一控制器，其耦合至該天線結構以基於一所接收回波(echo)來控制輻射自該複數個子陣列之一信號之一波束寬度， 其中來自該複數個子陣列之一子陣列基於在該車輛之一路徑上之一所偵測物件而改變以包括一不同數量之超材料單位胞元。
  17. 如請求項16之天線系統，其中該控制器用以預組態該複數個子陣列中之至少一子陣列，以基於該天線結構之一掃掠時間而輻射具有一經預組態波束寬度之一信號。
  18. 如請求項16之天線系統，其中該控制器用以基於改變天氣及能見度條件來改變該所輻射信號之該波束寬度。
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