除非這里另有表示,這部分中描述的材料對本申請的權(quán)利要求而言不是現(xiàn)有技術(shù),并且不因包括在這部分中而承認(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。
無線電定位(RADAR,雷達(dá))系統(tǒng)可用于通過發(fā)射無線電信號且檢測返回的反射信號而主動估算到環(huán)境特征的距離。到無線電反射特征的距離可根據(jù)發(fā)射和接收之間的時間延遲決定。雷達(dá)系統(tǒng)可發(fā)射頻率隨著時間變化的信號,例如具有隨時間變化的頻率斜坡的信號,并且然后關(guān)聯(lián)發(fā)射信號和反射信號之間頻率差與范圍估計。某些系統(tǒng)也可根據(jù)接收的反射信號中的多普勒頻移估算反射物體的相對運動。
定向天線可用于信號的傳輸和/或接收以將每個范圍估計與承載體關(guān)聯(lián)。更普遍地,定向天線也可用于將輻射的能量聚焦在關(guān)注的給定視野上。結(jié)合測量的距離和定向信息允許繪制周圍環(huán)境。例如,雷達(dá)傳感器可因此由自主車輛控制系統(tǒng)使用以避開由傳感器信息指示的障礙物。
某些示例性汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)可配置為在77千兆赫(GHz)的電磁波頻率下運行,這對應(yīng)于毫米(mm)波電磁波長(例如,3.9mm,77GHz)。這些雷達(dá)系統(tǒng)可使用天線,天線可將輻射能量聚焦成緊束,以便能使雷達(dá)系統(tǒng)以高精度測量環(huán)境,例如在自主車輛周圍的環(huán)境。這樣的天線可緊湊的(典型地具有矩形的形成因素)、高效的(即具有很小的77GHz能量損耗在天線中發(fā)熱或返回到發(fā)射器電子裝置中)以及低成本和容易制造(即具有這些天線的雷達(dá)系統(tǒng)可以大批量制造)。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
在第一方面中,本申請公開了涉及雷達(dá)系統(tǒng)的實施例。雷達(dá)系統(tǒng)可包括設(shè)置在波導(dǎo)層中的六個輻射波導(dǎo)。每個輻射波導(dǎo)可具有輻射波導(dǎo)輸入。另外,每個輻射波導(dǎo)可具有與其他輻射波導(dǎo)相等的高度和寬度。輻射波導(dǎo)可排列在由輻射波導(dǎo)的寬度中心和輻射波導(dǎo)的長度限定的平面上。此外,每個輻射波導(dǎo)連接到設(shè)置在輻射層中的至少一個輻射元件。雷達(dá)系統(tǒng)還可包括設(shè)置在波導(dǎo)層中的波束形成網(wǎng)絡(luò)。波束形成網(wǎng)絡(luò)可包括波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入。另外,波束形成網(wǎng)絡(luò)可包括六個波束形成網(wǎng)絡(luò)輸出,其中每個波束形成網(wǎng)絡(luò)輸出連接到輻射波導(dǎo)輸入之一。此外,波束形成網(wǎng)絡(luò)可包括六個相位調(diào)整部分。相位調(diào)整部分的每一個可連接六個級聯(lián)輸出的相應(yīng)一個。再次,波束形成網(wǎng)絡(luò)可包括分配器的級聯(lián)組,其配置為將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能分到六個相位調(diào)整部分。級聯(lián)可包括級聯(lián)的第一級,其配置為將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能分到兩個第一級波束形成波導(dǎo)中。級聯(lián)還可包括級聯(lián)的第二級,其配置為將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)的每一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)的第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)中。用于每個相應(yīng)的第一級波束形成波導(dǎo)的兩個第二級波束形成波導(dǎo)之一可連接到相位調(diào)整部分之一。級聯(lián)還可包括級聯(lián)的第三級,其配置為將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)中的一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)中。第三級波束形成波導(dǎo)的每一個可連接到相位調(diào)整部分的相應(yīng)一個。
在另一個方面中,本申請描述了輻射電磁能的方法。該方法包括由波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入接收電磁能。該方法還包括用分配器的級聯(lián)組分開接收的電磁能以形成耦合到六個相位調(diào)整部分中的六個分開的電磁能量流。分開包括將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能由級聯(lián)的第一級分到在兩個第一級波束形成波導(dǎo)中。分開還包括將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)的每一個的電磁能由級聯(lián)的第二級分到用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)中,其中用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一連接到相位調(diào)整部分之一。分開還包括將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一的電磁能由級聯(lián)的第三級分到用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)中,其中第三級波束形成波導(dǎo)的每一個連接到相位調(diào)整部分的相應(yīng)一個。該方法還包括由六個相位調(diào)整部分調(diào)整六個電磁能量流的每一個的相位以形成六個相位調(diào)整的電磁能量流。該方法另外包括連接六個相位調(diào)整的電磁能量流的每一個在位于波導(dǎo)層中的六個輻射波導(dǎo)的各輻射波導(dǎo)中,其中每個輻射波導(dǎo)連接到位于輻射層中的至少一個輻射元件。該方法還包括對于每個輻射波導(dǎo),由輻射元件輻射相位調(diào)整的電磁能量流的至少一部分。
在又一個方面中,本申請描述了位于波導(dǎo)層中的波束形成網(wǎng)絡(luò)。波束形成網(wǎng)絡(luò)包括波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入。另外,波束形成網(wǎng)絡(luò)包括六個波束形成網(wǎng)絡(luò)輸出,其中每個波束形成網(wǎng)絡(luò)輸出連接到一組波導(dǎo)的相應(yīng)波導(dǎo)輸入。波束形成網(wǎng)絡(luò)還包括連接到六個相位調(diào)整部分的分配器級聯(lián)組,其中每個級聯(lián)組為根據(jù)預(yù)定的錐度輪廓將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能分配到六個相位調(diào)整部分。級聯(lián)可包括級聯(lián)的第一級,配置為將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能大致均勻地分在兩個第一級波束形成波導(dǎo)中。級聯(lián)還可包括級聯(lián)的第二級,配置為將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)的每一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)中,其中用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一連接到相位調(diào)整部分之一。而且,級聯(lián)還可包括級聯(lián)的第三級,配置為將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一的電磁能分在用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)中,其中第三級波束形成波導(dǎo)的每一個連接到相位調(diào)整部分的相應(yīng)一個。另外,每個相位調(diào)整部分具有對每個波導(dǎo)提供相應(yīng)相差的相應(yīng)長度。
在另一方面中,本申請描述了輻射電磁能的設(shè)備。該設(shè)備包括接收電磁能的手段。該設(shè)備還包括將接收的電磁能分開的手段以形成六個分開的電磁能量流。分開的手段包括將來自接收手段的電磁能分到兩個第一級波束形成波導(dǎo)中。分開的手段還包括將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)的每一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)中,其中用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一連接到用于相位調(diào)整的手段中的一個。用于分開的手段還包括將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)之一的電磁能分到用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)中,其中第三級波束形成波導(dǎo)的每一個連接到用于相位調(diào)整的手段中的一個。該方法還包括用于六個輻射電磁能量流的每一個的相位調(diào)整手段以形成六個相位調(diào)整的電磁能量流。該方法另外包括將六個相位調(diào)整的電磁能量流的每一個耦合到位于波導(dǎo)層的六個輻射波導(dǎo)的各輻射波導(dǎo)中的手段,其中每個輻射波導(dǎo)連接到位于輻射層中的用于輻射的至少一個手段。該方法還包括對于每個輻射波導(dǎo),用于輻射相位調(diào)整的電磁能量流的至少一部分的手段。
前面的發(fā)明內(nèi)容僅為說明性的,而不意味著以任何方式的限制。除了上面描述的說明性方面、實施例和特征,進(jìn)一步的方面、實施例和特征參考附圖和下面的詳細(xì)描述將變得明顯易懂。
附圖說明
圖1示出了波導(dǎo)上的輻射槽的示例。
圖2示出了具有十個輻射Z狀槽的示例性波導(dǎo)。
圖3示出了具有六個輻射波導(dǎo)的示例性雷達(dá)系統(tǒng)。
圖4示出了具有六個輻射波導(dǎo)和波導(dǎo)饋給系統(tǒng)的示例性雷達(dá)系統(tǒng)。
圖5示出了根據(jù)示例性實施例的示例性系統(tǒng)的波分通道的網(wǎng)絡(luò)。
圖6示出了根據(jù)示例性實施例的圖5的波分通道網(wǎng)絡(luò)的選擇性示意圖。
圖7是具有示例性波導(dǎo)天線的輻射電池能量的示例性方法。
圖8示出了示例性波導(dǎo)設(shè)備的一部分的分解圖。
具體實施方式
在下面的詳細(xì)描述中,介紹形成其一部分的附圖。在附圖中,類似的附圖標(biāo)記典型地表示類似的部件,除非上下文另有表示。詳細(xì)描述、附圖和權(quán)利要求中描述的示例性實施例不意味著限制。其它的實施例也可采用,并且其它的變化也可進(jìn)行,而不脫離這里給出的主題事項的范圍。容易理解,本公開的各方面,如這里通常描述的,并且示出在附圖中,可以以廣泛種類的不同配置中設(shè)置、替代、結(jié)合、分開和設(shè)計,所有這些都明確地在此予以預(yù)期。
下面的詳細(xì)描述涉及用于饋給短壁開槽波導(dǎo)陣列的波束形成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備和方法,例如,用于發(fā)毫米電磁波信號的汽車的、高頻(例如,77GHz)雷達(dá)天線。實際上,波導(dǎo)和波導(dǎo)天線可以以各種方式制造。例如,對于印刷波導(dǎo)傳輸線(PWTL)天線,導(dǎo)電粘合劑薄膜可用于將各層PWTL天線粘合在一起。然而,這樣天線的性能可能不是最佳的,因為天線的輻射效率和增益很大程度上取決于導(dǎo)電粘合劑層的導(dǎo)電性及其對準(zhǔn)和層疊次數(shù)。另外,這樣的波導(dǎo)的性能可能低于最佳的,因為PWTL結(jié)構(gòu)可能將傳輸損耗引入波導(dǎo)中。
為此,焊接(或者金屬對金屬的熔接)可提供金屬層之間更好的粘合,例如鋁片金屬層(用銅鍍)粘合到銅箔/片。在其它示例中,金屬片可粘合到其他金屬片而不是箔。另外,在某些示例中,在粘合金屬層前,各種結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生在各金屬層中。在粘合后,各種結(jié)構(gòu)可形成波導(dǎo)單元,例如用于自主車輛的波導(dǎo)單元。
在一個示例中,底層可具有端口特征。端口特征可使電磁能(例如電磁波)進(jìn)入波導(dǎo)單元。端口特征可允許電磁能從信號產(chǎn)生單元耦合到波導(dǎo)單元中,用于傳輸在波導(dǎo)單元周圍的環(huán)境中(或者在連接波導(dǎo)單元的車輛周圍)。另外,端口可使波導(dǎo)單元內(nèi)的電磁能耦合到波導(dǎo)單元之外。例如,當(dāng)波導(dǎo)單元接收電磁能時,它可將電磁能耦合到端口之外到達(dá)處理的電子裝置。因此,端口可用作波導(dǎo)單元和操作波導(dǎo)單元的信號產(chǎn)生和/或處理電子裝置之間的網(wǎng)關(guān)。
中間層可連接到底層和頂層二者。中間層可稱為波導(dǎo)層。中間層可在其中具有至少一個波導(dǎo)。波導(dǎo)的寬度可相對于中間層的厚度測量(例如,中間層中波導(dǎo)的最大寬度可等于中間層的厚度)。此外,波導(dǎo)的高度可在平行于其中各層彼此粘合的平面的方向上測量。另外,在某些示例中,波導(dǎo)的寬度大于波導(dǎo)的高度。波導(dǎo)層中的波導(dǎo)可實現(xiàn)幾個功能,例如電磁能的導(dǎo)引、接合和分離。
在一個示例中,中間層可從底層中的端口接收電磁能。中間層中的波導(dǎo)可將電磁能分開,并且將電磁能導(dǎo)引到位于頂層中的至少一個輻射結(jié)構(gòu)。在另一個示例中,中間層可從頂層中的至少一個輻射結(jié)構(gòu)接收電磁能。中間層中的波導(dǎo)可接合電磁能且將電磁能導(dǎo)引到底層中定位的端口。
頂層可包括至少一個輻射結(jié)構(gòu)。輻射結(jié)構(gòu)可蝕刻、切割或另外設(shè)置在粘合到中間層的金屬片上。輻射結(jié)構(gòu)可配置為實現(xiàn)兩個功能的至少一個。第一,輻射結(jié)構(gòu)可配置為將在波導(dǎo)內(nèi)傳播的電磁能輻射到自由空間(即輻射結(jié)構(gòu)將波導(dǎo)中引導(dǎo)的能量轉(zhuǎn)換為在自由空間中傳播的輻射的能量)。第二,輻射結(jié)構(gòu)可配置為接收在自由空間中傳播的電磁能,并且將接收的能量導(dǎo)引到波導(dǎo)中(即輻射結(jié)構(gòu)將來自自由空間的能量轉(zhuǎn)換成在波導(dǎo)中傳播的引導(dǎo)能量)。
在某些實施例中,輻射結(jié)構(gòu)可采取輻射槽的形式。輻射槽可具有長度尺寸。長度尺寸可對應(yīng)于槽運行的共振頻率。槽的共振頻率可等于或基本上接近于波導(dǎo)中電磁能的頻率。例如,槽的長度可在波導(dǎo)中電磁能的大致一半波長上共振。在某些示例中,槽的共振長度可大于波導(dǎo)的高度。如果槽比波導(dǎo)長,則能量可能不正確地耦合到槽,因為槽的有效長度是波導(dǎo)內(nèi)的能量可耦合的槽長度(即槽對波導(dǎo)打開的部分)。因此,電磁能可不從槽輻射。然而,在某些示例中,槽可以以槽的總長度等于共振長度的方式成型,但是槽仍配合在波導(dǎo)的高度內(nèi)。這些形狀可為Z、S、7或類似的形狀(例如,形狀的總長度是總的槽有效長度,形狀的彎曲允許在更小的空間中更長的槽)。因此,槽可功能類似于比波導(dǎo)的高度長的槽,而仍在所希望的輻射頻率上共振。
在波導(dǎo)單元制造的一個示例中,設(shè)置在每個層上的結(jié)構(gòu)可在各層粘合在一起前放置、切割、蝕刻或銑削。因此,在每一個進(jìn)行機(jī)械加工時,元件的位置可非常精確地設(shè)置在每個層上。當(dāng)?shù)讓诱澈系街虚g層時,端口可直接設(shè)置在波導(dǎo)部分之下。因此,整個端口可對中間層中的波導(dǎo)打開。另外,頂層的輻射元件可以以整個輻射元件可直接位于波導(dǎo)部分之上的方式定位。因此,整個輻射元件可對中間層中的波導(dǎo)打開。
圖1-4示出了其中可實施用于短壁波導(dǎo)輻射的折疊輻射槽的示例性設(shè)備的示例性波導(dǎo)和雷達(dá)系統(tǒng)。
現(xiàn)在參見圖,圖1示出了波導(dǎo)單元100中波導(dǎo)102上輻射槽(104、106a、106b)的示例。應(yīng)理解,波導(dǎo)單元100給出波導(dǎo)102上輻射槽(104、106a、106b)的一個可能的配置。
還應(yīng)理解,這樣天線的給定應(yīng)用可決定輻射槽(104、106a、106b)和波導(dǎo)102二者的尺寸和大小。例如,如上所述,某些示例性雷達(dá)系統(tǒng)可配置為在77GHz的電磁波頻率下操作,其對應(yīng)于3.9毫米的電磁波長。在該頻率下,通過方法100制造的設(shè)備的信道、端口等可為適合于77GHz頻率的給定尺寸。其它的示例性天線和天線應(yīng)用也是可能的。
波導(dǎo)單元100的波導(dǎo)102具有高度H和寬度W。如圖1所示,波導(dǎo)的高度在Y方向上延伸,并且寬度在Z方向上延伸。波導(dǎo)的高度和寬度二者可根據(jù)用于波導(dǎo)102操作的頻率選擇。例如,當(dāng)以77GHz操作波導(dǎo)102時,波導(dǎo)102可構(gòu)造為具有高度H和寬度W以允許77GHz波的傳播。電磁波可在X方向上傳播通過波導(dǎo)。在某些示例中,波導(dǎo)可具有標(biāo)準(zhǔn)大小,例如WR-12或WR-10。WR-12波導(dǎo)可支持60GHz(5mm波長)和90GHz(3.33mm波長)之間的電磁波傳播。另外,WR-12波導(dǎo)可具有約3.1mm乘1.55mm的內(nèi)部尺寸。WR-10波導(dǎo)可支持75GHz(4mm波長)和110GHz(2.727mm波長)之間的電磁波的傳播。另外,WR-12波導(dǎo)可具有約2.54mm乘1.27mm的內(nèi)部尺寸。WR-12和WR-10波導(dǎo)的尺寸僅給出示例。其它的尺寸也是可能的。
波導(dǎo)102可進(jìn)一步配置為輻射傳播通過波導(dǎo)的電磁能。輻射槽(104、106a、106b),如圖1所示,可設(shè)置在波導(dǎo)102的表面上。另外,如圖1所示,輻射槽(104、106a、106b)可主要設(shè)置在具有高度H尺寸的波導(dǎo)102的側(cè)面上。此外,輻射槽(104、106a、106b)可配置為在Z方向上輻射電磁能。
線性槽104可為傳統(tǒng)的波導(dǎo)輻射槽。線性槽104可在與槽的長度方向相同的方向上具有偏振。線性槽104在Y方向上測量的長度尺寸可大致為傳播通過波導(dǎo)的電磁能波長的一半。在77Ghz,線性槽104的長度尺寸可大致為1.95mm以使線性槽共振。如圖1所示,線性槽104的長度尺寸可大于波導(dǎo)102的高度H。因此,線性槽104可能太長而不恰好配合在波導(dǎo)具有高度H尺寸的側(cè)面上。線性槽104可在波導(dǎo)102的頂部和底部上連續(xù)。另外,線性槽104的旋轉(zhuǎn)可相對于波導(dǎo)的方位調(diào)整。通過旋轉(zhuǎn)線性槽104,線性槽104的阻抗以及輻射的偏振和強(qiáng)度可調(diào)整。
另外,線性槽104的寬度尺寸可在X方向上測量。通常,波導(dǎo)的寬度可變化為調(diào)整線性槽104的帶寬。在很多實施例中,線性槽104的寬度可為傳播通過波導(dǎo)的電磁能波長的大約10%。在77Ghz,線性槽104的寬度可為約0.39mm。然而,線性槽104的寬度在各種實施例中可制作為更寬或更窄。
然而,在某些情況下,波導(dǎo)102在波導(dǎo)具有高度H尺寸的側(cè)面之外的任何一側(cè)上具有槽可能是不實際或不可能的。例如,某些制造工藝可在各層中產(chǎn)生波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。各層僅引起波導(dǎo)的一側(cè)暴露到自由空間。在產(chǎn)生各層時,各波導(dǎo)的頂部和底部可不暴露到自由空間。因此,延伸到波導(dǎo)的頂部和底部的輻射槽可不完全暴露到自由空間,并且因此可能在某些波導(dǎo)配置中沒有正確工作。因此,在某些實施例中,折疊槽106a和106b可用于從波導(dǎo)內(nèi)部輻射電磁能。
波導(dǎo)可包括各種尺寸的槽,例如折疊槽106a和106b,以便輻射電磁能。例如,折疊槽106a和106b可在半波長大小的槽不能配合在波導(dǎo)側(cè)面的情形中用在波導(dǎo)上。折疊槽106a和106b的每一個可具有相關(guān)的長度和尺寸。折疊槽106a和106b通過折疊槽中的曲線或彎曲測量的總長度可大致等于波中電磁能波長的一半。因此,在相同的操作頻率上,折疊槽106a和106b與線性槽104可具有大致相同的總長度。如圖1所示,折疊槽106a和106b為Z狀槽,因為每一個成型為類似于字母Z。在各種實施例中,其它的形狀也可使用。例如,S狀槽和7狀槽二者也可使用(其中槽成型為類似于后面命名的字母或數(shù)字)。
折疊槽106a和106b的每一個也可具有旋轉(zhuǎn)。類似于如上所述,折疊槽106a和106b的旋轉(zhuǎn)可相對于波導(dǎo)的方位調(diào)整。通過旋轉(zhuǎn)折疊槽106a和106b,折疊槽106a和106b的阻抗以及輻射的偏振可得到調(diào)整。輻射強(qiáng)度也可由這樣的旋轉(zhuǎn)變化,這可用于振幅錐度排列為降低旁瓣電平(SLL)。SLL將相對于陣列結(jié)構(gòu)進(jìn)一步討論。
圖2示出了波導(dǎo)單元200中具有10個輻射Z狀槽(204a-204j)的示例性波導(dǎo)202。由于電磁能從波導(dǎo)202向下傳播,電磁能的一部分可耦合進(jìn)波導(dǎo)202上輻射Z狀槽(204a-204j)的一個或多個中。因此,波導(dǎo)202上輻射Z狀槽(204a-204j)的每一個可配置為輻射電磁信號(在Z方向上)。在某些情況下,輻射Z狀槽(204a-204j)的每一個可具有相關(guān)的阻抗。各輻射Z狀槽(204a-204j)的每一個的阻抗可為各槽的尺寸和各槽的旋轉(zhuǎn)二者的函數(shù)。各槽的每一個的阻抗可決定各輻射Z狀槽的每一個的耦合系數(shù)。耦合系數(shù)決定了由各Z狀槽輻射的電磁能從波導(dǎo)202向下傳播的百分比。
在某些實施例中,輻射Z狀槽(204a-204j)可根據(jù)錐形輪廓配置有旋轉(zhuǎn)。錐形輪廓可規(guī)定每個輻射Z狀槽(204a-204j)的給定的耦合系數(shù)。另外,錐形輪廓可選擇為輻射具有所希望束寬度的波束。例如,在圖2所示的一個實施例中,為了獲得錐形輪廓,輻射Z狀槽(204a-204j)的每一個可具有相關(guān)的旋轉(zhuǎn)。每個輻射Z狀槽(204a-204j)的旋轉(zhuǎn)可引起每個槽的阻抗不同,并且因此引起每個輻射Z狀槽(204a-204j)的耦合系數(shù)對應(yīng)于錐形輪廓。波導(dǎo)202的輻射Z狀槽204a-204j的錐形輪廓以及其它波導(dǎo)的其它輻射Z狀槽的錐形輪廓可控制包括這樣波導(dǎo)組的天線陣列的波束寬度。錐形輪廓還可用于控制輻射的SLL。當(dāng)陣列輻射電磁能時,能量通常輻射在主波束和旁瓣中。典型地,旁瓣是來自陣列的不希望的副作用。因此,錐形輪廓可選擇為從陣列最小化或減小SLL(即在旁瓣中輻射的能量)。
圖3示出了具有六個輻射波導(dǎo)304a-304f的示例性雷達(dá)系統(tǒng)300。六個輻射波導(dǎo)304a-304f的每一個可具有輻射Z狀槽306a-306f。六個輻射波導(dǎo)304a-304f的每一個可類似于有關(guān)圖2描述的波導(dǎo)202。在某些實施例中,每一個含有輻射槽的波導(dǎo)組可看作天線陣列。天線陣列的六個輻射波導(dǎo)304a-304f的配置可基于所希望的輻射圖案和雷達(dá)系統(tǒng)300的制造工藝二者。雷達(dá)系統(tǒng)300的輻射圖案的兩個分量包括波束寬度以及波束角度。例如,與圖2討論的類似,輻射波導(dǎo)304a-304f的每一個的輻射Z狀槽306a-306f的錐形輪廓可控制天線陣列的波束寬度。雷達(dá)系統(tǒng)300的波束寬度可對應(yīng)于天線平面(例如,X-Y平面)的角度,雷達(dá)系統(tǒng)的輻射能量的主要部分定向在天線平面之上。
圖4示出了具有六個輻射波導(dǎo)404a-404f和波導(dǎo)饋給系統(tǒng)402的示例性雷達(dá)系統(tǒng)400。六個輻射波導(dǎo)404a-404f可類似于圖3的六個輻射波導(dǎo)304a-304f。在某些實施例中,波導(dǎo)饋給系統(tǒng)402可配置為在輸入端口410接收電磁信號,并且在六個輻射波導(dǎo)404a-404f之間分開電磁信號。因此,輻射波導(dǎo)404a-404f的每一個的每個輻射Z狀槽406a-406f輻射的信號可在X方向上傳播通過波導(dǎo)饋給系統(tǒng)。在各種實施例中,波導(dǎo)饋給系統(tǒng)402可具有與圖4所示不同的形狀或配置。根據(jù)波導(dǎo)饋給系統(tǒng)402的形狀和配置,可調(diào)整輻射信號的各種參數(shù)。例如,輻射波束的方向和波束寬度二者可根據(jù)波導(dǎo)饋給系統(tǒng)402的形狀和配置調(diào)整。
如圖4所示,波導(dǎo)系統(tǒng)400可將進(jìn)入波導(dǎo)輸入410的功率分成六個輻射波導(dǎo)404a-404f。為了將來自一個輸入的功率分成6個輸出,波導(dǎo)系統(tǒng)可采用三級級聯(lián)系統(tǒng)。級聯(lián)的第一級(在平面408a和408b之間)可配置為將來自波導(dǎo)輸入410的電磁能分到兩個第一級波束形成波導(dǎo)412a和412b中。波導(dǎo)系統(tǒng)400可具有級聯(lián)的第二級(在平面408b和408c之間),可配置為將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)412a和412b的每一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)414a-414d中,其中用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)414b和414c之一連接到相位調(diào)整部分之一(如圖6所示)。波導(dǎo)系統(tǒng)400也可具有級聯(lián)的第三級(在平面408c和408d之間),配置為將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)414a和414d之一的電磁能分到用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)416a-416d中,其中第三級波束形成波導(dǎo)的每一個連接到相位調(diào)整部分之一(如圖6所示)。在某些實施例中,如圖6所示的相位調(diào)整部分可設(shè)置在平面408d。
圖5示出了根據(jù)示例性實施例的示例性波導(dǎo)的波分通道500的網(wǎng)絡(luò),并且圖6示出了根據(jù)示例性實施例的波分通道600的網(wǎng)絡(luò)的替代圖。
在某些實施例中,波分通道500的網(wǎng)絡(luò)(例如,如上所述的波束形成網(wǎng)絡(luò))可采取如圖5所示的功率分配器的樹的形式。圖5的頂半部分的每個功率分配器(PD1-PD5)可以以與圖5的底半部分中所示的示例PD1類似的方式構(gòu)成。能量可通過輸入波導(dǎo)通道進(jìn)入天線,并且在每個功率分配器分成(分離)較小的能量部分,功率分配器例如為功率分配器502,并且可通過后續(xù)的功率分配器多次分開,從而將相應(yīng)量的能量饋給在波輻射通道的每一個中(如圖所示的能量A-F)。在給定的功率分配器分開的能量的量可由功率分配比控制(即在分流后多少能量進(jìn)入一個通道504中相對多少能量進(jìn)入另一個通道506中)。給定的功率分配比可根據(jù)對應(yīng)的功率分配器的尺寸調(diào)整。通過改變功率分配器的幾何形狀,可控制功率分配比。例如,功率分配器(如圖所示的PD1)的長度、寬度、分開距離和其它參數(shù)可調(diào)整為實現(xiàn)所希望的功率分配比。
此外,每個功率分配器和相關(guān)的功率分配比可設(shè)計/計算,以便在波輻射通道實現(xiàn)所希望的功率錐度。在此情況下,天線可設(shè)計有泰勒窗口(例如,輻射波紋在邊緣下降(radiation ripples drop off at edges))或其它窗口,以使天線的遠(yuǎn)場輻射圖案的旁瓣可很低。作為示例,功率分配器的功率分配比可設(shè)置為使能量部分A、B、C、D、E和F分別為能量的約3.2%、15.1%、31.7%、31.7%、15.1%、3.2%。其它的示例性功率分流也是可能的。
在示例內(nèi),在兩個通道504、506之間分開能量的技術(shù)可為使用通道結(jié)構(gòu)(即“四個端口的分線耦合器”),例如如圖5的底部所示。在一個示例中,這樣的技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計可包括在通道端部的終結(jié)器508,如圖5所示(也如圖6中的608所示),其中射頻吸收材料的小楔子可定位成吸收通過通道向后返回到終結(jié)器508的能量。在另一個示例中,波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的特征可為具有匹配負(fù)荷的混合耦合器。匹配負(fù)荷可在波導(dǎo)中吸收某些電磁能。
在進(jìn)一步示例中,波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可特征為功率分割段,其包括不吸收電磁能的反應(yīng)元件。相反,波導(dǎo)可包括能使電磁能以微小功率損耗分開的反應(yīng)元件。例如,與圖4所示類似的波導(dǎo)可用反應(yīng)元件構(gòu)成。通過反應(yīng)部件的不同變化,可分開功率而不必具有大量的電磁能吸收。因此,因為反應(yīng)部件可用在某些示例中而不是能量吸收元件,所以波導(dǎo)結(jié)構(gòu)可更加節(jié)能。
圖6示出了根據(jù)示例性實施例的圖5的波分通道網(wǎng)絡(luò)的替代圖。圖6的波導(dǎo)600示出了有關(guān)圖5描述的各種元件的示例性代表。例如,波導(dǎo)600配置為接收信號輸入,并且根據(jù)功率分配器的功率分配比輸出六個相位調(diào)整的電磁能量流。六個相位調(diào)整的電磁能量流可為圖6的A、B、C、D、E和F。另外,圖6示出了六個不同的功率分配器,其一個標(biāo)示為602。圖6的功率分配器以與圖5的PD1-PD5類似的方式設(shè)置。此外,圖6的特征為終結(jié)器608在通道的端部。圖6的終結(jié)器608可類似于圖5的終結(jié)器508。另外,與終結(jié)器608類似的終結(jié)器可設(shè)置在六個波導(dǎo)通道的每一個的一端。在某些進(jìn)一步的示例中,與終結(jié)器608類似的終結(jié)器也可具有其它的位置。終結(jié)器(或負(fù)荷)可設(shè)置在連接到各波導(dǎo)的端口之外。在其它示例中,端口可進(jìn)一步向下設(shè)置,電磁能量流可為A、B、C、D、E和F。與終結(jié)器608類似的終結(jié)器(或負(fù)荷)的其它可能的位置也可與本波導(dǎo)一起使用。
如前面所討論,輻射波束的方向和波束寬度二者可根據(jù)波導(dǎo)饋給系統(tǒng)的形狀和配置調(diào)整。如有關(guān)5所討論,功率錐度可決定由連接到波導(dǎo)系統(tǒng)的輻射元件輻射的波束參數(shù)。波束的傳輸角度可通過在圖6的六個相位調(diào)整的電磁能量流A、B、C、D、E和F之間改變相位而控制。圖6的特征還在于由平面604和平面606限定的相位調(diào)整部分。如圖6所示,平面604和606為了討論的便利而示出為示例。
在一個示例中,對于六個各自的波導(dǎo)的每一個,平面606和606之間的距離決定了各波導(dǎo)的相位偏移(phase offset)。在一個示例中,平面604可對應(yīng)于圖4的平面408d。因此,如果平面604和606平行,則每個波導(dǎo)可具有相同的相位偏移。在某些示例中,當(dāng)每個波導(dǎo)具有相同的相位偏移時,連接到波導(dǎo)系統(tǒng)的輻射元件可在寬邊方向上傳輸輻射波束。在其它示例中,平面604和606可不平行。因此,通過變化平面604和606之間的角度,可調(diào)整輻射元件的波束傳輸角。
此外,相位調(diào)整也可用集總(lumped)或準(zhǔn)集總、倒相部分實現(xiàn)。集總或準(zhǔn)集總、倒相部分可通過采用測量的波導(dǎo)長度給出180度的倒相。集總或準(zhǔn)集總、倒相部分還可以以連貫方式進(jìn)行相位調(diào)整以允許波導(dǎo)裝置的更簡單的制造,并且還能使波導(dǎo)用具體的形狀因數(shù)設(shè)計。
圖7是用于饋給短壁開槽波導(dǎo)陣列的波束形成網(wǎng)絡(luò)的示例性方法。盡管以前后順序示出了方塊700-708,但是這些方塊也可平行執(zhí)行,和/或以與這里描述的不同的順序執(zhí)行。在這,各種方塊可結(jié)合成更少的方塊,分成另外的方塊,和/或根據(jù)所希望的實施方案去除。
在某些實施例中,波導(dǎo)天線的某些形狀和尺寸可更好地方便制造,盡管有關(guān)已知或未知的其他的形狀、尺寸和方法可以等同甚至更加便利地實施。制造波導(dǎo)天線的各部分的各種形狀和尺寸,如,形成在天線中的波導(dǎo)通道的部分,包括與這里描述的那些不同的形狀和尺寸,也是可能的。
而且,圖7的方法的各方面可參考圖1-4和圖8進(jìn)行描述,其中圖8示出了示例性波導(dǎo)設(shè)備800的一部分的分解圖。
在方塊700,方法包括通過波導(dǎo)層中的波導(dǎo)傳播電磁能。另外,方塊700還可包括由波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入接收電磁能。在一個示例中,由波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入接收電磁能可通過底層中的端口實現(xiàn),并且將電磁能從端口耦合到波導(dǎo)中。
圖8中示出了示例性波導(dǎo)層802,其與形成在波導(dǎo)層中的波導(dǎo)804的一部分一起示出。圖8以截面圖的方式示出了示例性波導(dǎo)設(shè)備800(即圖8的示意圖是似乎與示例性波導(dǎo)設(shè)備800被迎面看)。在示例內(nèi),形成在波導(dǎo)層中的一個或多個波導(dǎo)通道可以是導(dǎo)引波導(dǎo)通道,其配置為在波進(jìn)入波導(dǎo)天線后將電磁波(即,毫米電磁波)導(dǎo)引到各輻射槽,各輻射槽例如為上面描述的Z狀槽。形成在波導(dǎo)層中的這些和/或其它波導(dǎo)通道可具有各種形狀和尺寸,例如有關(guān)圖1的波導(dǎo)102描述的尺寸。作為示例,根據(jù)上面描述的內(nèi)部尺寸,波導(dǎo)通道的一個或多個部分可為約2.54mm乘約1.27mm,其中波導(dǎo)層602的厚度為約2.54mm。
此外,底層814可包括輸入端口822,配置為接收進(jìn)入波導(dǎo)設(shè)備800的電磁波,其然后可通過一個或多個波導(dǎo)通道804傳播且輻射到輻射元件820之外。盡管輸入端口822示出為在輻射元件820正下方,但是應(yīng)理解,在某些實施例中,輸入端口822還可設(shè)置為相對于輻射元件820設(shè)置在底層814中其他位置,而不設(shè)置為在輻射元件正下方。另外,在某些實施例中,輸入端口822可實際用作輸出端口以允許電磁能離開波導(dǎo)804。
反過來參見圖7,在方塊702,方法包括將接收的電磁能用分配器的級聯(lián)組分開以形成六個電磁能量流。分開可用級聯(lián)分配器的三級組實現(xiàn)。第一級可配置為將來自波束形成網(wǎng)絡(luò)輸入的電磁能分到兩個第一級波束形成波導(dǎo)(例如圖4的第一級波導(dǎo)412a和412b)中。級聯(lián)的第二級可配置為將來自兩個第一級波束形成波導(dǎo)的每一個的電磁能分到用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)(圖4的波導(dǎo)414a-414d)中,其中用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)(圖4的波導(dǎo)414b和414c)之一連接到相位調(diào)整部分之一。級聯(lián)的第三級配置為將來自用于每個相應(yīng)第一級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)(圖4的波導(dǎo)414a和414d)之一的電磁能分到用于每個相應(yīng)第二級波束形成波導(dǎo)的兩個相應(yīng)第三級波束形成波導(dǎo)(圖4的416a-416d)中,其中第三級波束形成波導(dǎo)的每一個連接到相位調(diào)整部分的相應(yīng)一個。
在方塊704,方法包括由六個相位調(diào)整部分調(diào)整六個電磁能量流的每一個的相位以形成六個相位調(diào)整的電磁能量流。如圖6所示,每個電池能量流的相位可根據(jù)相應(yīng)波導(dǎo)的相位調(diào)整部分的長度調(diào)整。通過加長波導(dǎo),電磁波將進(jìn)一步傳播在波導(dǎo)中,提供相位偏移。相反,通過縮短波導(dǎo),電磁波在波導(dǎo)中傳播更短的距離,提供相位偏移。因此,每個波導(dǎo)可具有在相位調(diào)整部分中的相關(guān)加長或縮短,以便提供相位偏移。在波導(dǎo)組之間的相位偏移可調(diào)整由與波導(dǎo)相關(guān)的天線傳輸?shù)牟ㄊ膫鬏斀恰?/p>
在方塊706,方法包括將六個相位調(diào)整的電磁能量流的每一個耦合到設(shè)置在波導(dǎo)層中的六個輻射波導(dǎo)的各輻射波導(dǎo)中,其中每個輻射波導(dǎo)連接到設(shè)置在輻射層中的至少一個輻射元件。如圖4所示,輻射波導(dǎo)404a-404f的每一個可包括至少一個輻射元件406a-406f。來自波導(dǎo)(A-F of圖6)的相位調(diào)整部分的輸出可連接在輻射波導(dǎo)404a-404f中。因此,每個輻射波導(dǎo)可接收電磁能,該電磁能已經(jīng)(i)對相位調(diào)整和(ii)具有施加的功率錐度因數(shù)。
在方塊708,方法包括對于每個輻射波導(dǎo),由輻射元件輻射相位調(diào)整的電磁能量流的至少一部分。作為示例,如圖8所示,頂層812可包括至少一個輻射結(jié)構(gòu)820。輻射結(jié)構(gòu)820可蝕刻、切割或以其他方式設(shè)置在粘合到中間層802的金屬片上。輻射結(jié)構(gòu)820可配置為將從波導(dǎo)804內(nèi)側(cè)耦合的電磁能輻射到自由空間中(即輻射結(jié)構(gòu)將波導(dǎo)804中引導(dǎo)的能量轉(zhuǎn)換成自由空間中非引導(dǎo)的能量傳播)。
在某些實施例中,一個或多個波導(dǎo)通道的至少一部分可形成在輻射層和底部金屬層的至少一個中。例如,一個或多個波導(dǎo)通道的第一部分可形成在輻射金屬層中,而一個或多個波導(dǎo)通道的第二部分和第三部分可分別形成在波導(dǎo)層和底部金屬層中,其中第二和第三部分可相同或可不相同。在這樣的實施例中,在輻射時,波導(dǎo)層和底層連接在一起,各層可連接在一起以使第二和/或第三層的一個或多個波導(dǎo)通道的部分基本上與第一金屬層的一個或多個波導(dǎo)的第一部分對齊,因此在可配置為傳播電磁波(例如,毫米電磁波)的波導(dǎo)式天線中形成一個或多個波導(dǎo)通道。在該示例中,波導(dǎo)的寬度可大于波導(dǎo)層的寬度,因為波導(dǎo)的一部分也可設(shè)置在輻射層和/或底層中。
在其它實施例中,一個或多個波導(dǎo)通道可直接形成在波導(dǎo)金屬層中。在這樣的其它實施例中,輻射層和底部金屬層可包括其它元件,其它元件可配置為便利電磁波的輻射。例如,如圖6所示,輻射金屬層可包括輻射元件820,例如包括槽的輻射元件,槽配置為將諸如毫米電磁波的電磁波輻射到波導(dǎo)設(shè)備800之外。槽可具有相對于一個或多個波導(dǎo)通道的尺寸的旋轉(zhuǎn)方向。例如,槽可為Z狀槽或其它類型的槽。
應(yīng)理解,各種工藝,包括但不限于上面描述的那些,可能涉及輻射、波導(dǎo)、底部和/或另外的層。還應(yīng)理解,這里描述的設(shè)置方案僅為示例的目的。這樣,本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到其它的設(shè)置方案和其它的元件(例如,機(jī)器、設(shè)備、接口、操作、順序和分組操作等)可替代使用,并且某些元件可根據(jù)所希望的結(jié)果而全部省略。此外,所描述的很多元件為功能實體,可實施為離散的或分布的部件或與其它部件結(jié)合、以任何適當(dāng)?shù)慕M合和定位。
盡管這已經(jīng)公開的各方面和實施例,但是其它的方面和實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。這里公開的各方面和實施例是說明的目的,而不意味著限制,其范圍由所附的權(quán)利要求表明。