中心馈送端部开放式波导(oewg)天线阵列

文档序号:108502 发布日期:2021-10-15 浏览:49次 >En<

阅读说明:本技术 中心馈送端部开放式波导(oewg)天线阵列 (Center-fed open-ended waveguide (OEWG) antenna array ) 是由 E.林 J.伊扎迪安 于 2020-09-10 设计创作,主要内容包括:这里给出了示例雷达系统。一种雷达系统可以包括配置为辐射电磁能量并对称地布置成线性阵列的辐射元件。辐射元件包括辐射偶极体组和辐射单极体组。雷达系统还包括波导,该波导被配置为在多个辐射元件中的每个和波导馈送部之间引导电磁能量。波导馈送部在所述多个辐射元件的第一半和所述多个辐射元件的第二半之间的中心位置处联接到波导的第二侧。波导馈送部被配置为在波导和波导外部的部件之间传送电磁能量。雷达系统还可以包括功率分配网络,该功率分配网络由波导限定并配置为基于锥形轮廓来分配由波导馈送部传送的电磁能量。(An example radar system is presented herein. A radar system may include radiating elements configured to radiate electromagnetic energy and symmetrically arranged in a linear array. The radiating element includes a radiating dipole group and a radiating monopole group. The radar system also includes a waveguide configured to guide electromagnetic energy between each of the plurality of radiating elements and the waveguide feed. The waveguide feed is coupled to a second side of the waveguide at a central location between the first half of the plurality of radiating elements and the second half of the plurality of radiating elements. The waveguide feed is configured to transfer electromagnetic energy between the waveguide and a component external to the waveguide. The radar system may also include a power distribution network defined by the waveguide and configured to distribute the electromagnetic energy transmitted by the waveguide feed based on the tapered profile.)

中心馈送端部开放式波导(OEWG)天线阵列

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年9月11日提交的第16/567,176号美国专利申请的优先权,该美国专利申请通过引用全文合并于此。

背景技术

无线电检测和测距(RADAR)系统可以用于通过发射无线电信号和检测返回的反射信号来主动估计到环境特征的距离。到无线电反射特征的距离可以根据发射和接收之间的时间延迟来确定。雷达系统可以发射频率随时间变化的信号,诸如具有时变频率斜坡的信号。然后,雷达系统可以关联发射信号和反射信号之间的频率差,以便得出对发射信号进行反射的对象或表面的距离估计。

一些雷达系统还可以基于接收到的反射信号中的多普勒频移来估计反射对象的相对运动。此外,雷达系统可以包含用于信号的发射和/或接收的定向天线,以便将每个距离估计与方位(bearing)相关联。定向天线还可以用于将辐射能量集中在给定的感兴趣的视野上,从而能够使用雷达系统对周围的环境特征进行测绘。

发明内容

在一个方面,本申请描述了一种系统。该系统可以包括配置为辐射电磁能量并布置成线性阵列的多个辐射元件。该系统还包括波导馈送部和波导,该波导被配置为在(i)所述多个辐射元件中的每个和(ii)波导馈送部之间引导电磁能量。波导包括第一侧和与第一侧相反的第二侧,其中辐射元件联接到波导的第一侧。波导馈送部在所述多个辐射元件的第一半和所述多个辐射元件的第二半之间的中心位置处联接到波导的第二侧。波导馈送部被配置为在波导和波导外部的部件之间传送电磁能量。

在另一方面,本申请描述了一种方法。该方法可以涉及通过波导馈送部将电磁能量馈送到波导的中心。波导包括第一侧和与第一侧相反的第二侧。该方法还可以涉及经由波导在(i)多个辐射元件中的每个和(ii)波导馈送部之间传播电磁能量。所述多个辐射元件布置成线性阵列并联接到波导的第一侧。该方法还包括为每个辐射元件提供传播的电磁能量的一部分、以及经由每个辐射元件辐射传播的电磁能量的至少一部分。

在又一方面,本申请描述了一种雷达系统。该雷达系统包括配置为辐射电磁能量并布置成线性阵列的多个辐射元件。所述多个辐射元件包括辐射偶极体(radiatingdoublet)组和辐射单极体(radiating singlet)组。该雷达系统还包括波导馈送部和波导,该波导配置为在(i)所述多个辐射元件中的每个和(ii)波导馈送部之间引导电磁能量。波导包括第一侧和与第一侧相反的第二侧,其中所述多个辐射元件联接到波导的第一侧。波导馈送部在所述多个辐射元件的第一半和所述多个辐射元件的第二半之间的中心位置处联接到波导的第二侧。波导馈送部被配置为在波导和波导外部的部件之间传送电磁能量。

在再一方面,提供了一种系统,其包括用于辐射电磁能量的机构。该系统包括通过波导馈送部将电磁能量馈送到波导中心的机构。波导包括第一侧和与第一侧相反的第二侧。该系统还包括经由波导在(i)多个辐射元件中的每个和(ii)波导馈送部之间传播电磁能量的机构。所述多个辐射元件布置成联接到波导的第一侧的线性阵列。该系统包括为每个辐射元件提供传播的电磁能量的一部分的机构。该系统还包括经由每个辐射元件辐射传播的电磁能量的至少一部分的机构。

在另一方面,本申请描述了一种天线系统。该天线系统包括第一层,该第一层具有联接到馈送端口的馈送波导的第一部分。该天线系统还包括第二层,该第二层具有馈送波导的第二部分和波导的第一部分。馈送波导的第一部分联接到馈送波导的第二部分,使得馈送波导引起电磁能量在平行于第一层和第二层之间的接缝的方向上的传播。此外,馈送波导的第二部分在联接点处联接到波导的第一部分。该天线系统还包括第三层,该第三层具有波导的第二部分和布置成线性阵列的辐射元件组。每个辐射元件联接到波导的第二部分,其中联接点与线性阵列的中心对准。

在又一方面,本申请描述了另一种辐射雷达的方法。该方法涉及在天线系统处通过馈送波导将电磁能量馈送到波导的中心。天线系统的第一层包括联接到馈送端口的馈送波导的第一部分。该方法还涉及经由波导在(i)馈送波导和(ii)布置成线性阵列的辐射元件组中的每个之间传播电磁能量。天线系统的第二层包括馈送波导的第二部分和波导的第一部分。具体地,馈送波导的第一部分联接到馈送波导的第二部分,使得馈送波导引起电磁能量在平行于第一层和第二层之间的接缝的方向上的传播。此外,馈送波导的第二部分在联接点处联接到波导的第一部分。该方法还涉及为每个辐射元件提供传播的电磁能量的一部分。天线系统的第三层包括波导的第二部分和布置成线性阵列的辐射元件组。每个辐射元件联接到波导的第二部分并且联接点与线性阵列的中心对准。该方法还涉及经由每个辐射元件辐射传播的电磁能量的至少一部分。

上述发明内容仅是说明性的,并且不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施方式和特征之外,另外的方面、实施方式和特征将通过参照附图和以下详细描述变得明显。

附图说明

图1A示出了根据示例实施方式的天线的第一配置。

图1B示出了根据示例实施方式的天线的第二配置。

图1C示出了根据示例实施方式的图1B所示的天线的第二配置的三维呈现。

图2A示出了根据示例实施方式的天线的第一层。

图2B示出了根据示例实施方式的天线的另一组装视图。

图3示出了根据示例实施方式的天线的波辐射部分。

图4示出了根据示例实施方式的天线的波导部分。

图5是根据示例实施方式的方法的流程图。

图6示出了根据示例实施方式的三层中心馈送天线配置。

图7示出了根据示例实施方式的图6所示的三层中心馈送天线配置的三维呈现。

图8是根据示例实施方式的方法的流程图。

图9是根据示例实施方式的另一方法的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中,参照附图,其形成以下详细描述的一部分。在附图中,相似的符号通常标识相似的部件,除非上下文另有规定。在详细描述、附图和权利要求中描述的示例性实施方式不意味着是限制性的。在不脱离这里所呈现的主题的范围的情况下,可以利用其他实施方式,并且可以进行其他改变。将容易理解,本公开的如这里一般描述并在附图中示出的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计,所有这些配置在这里被明确考虑到。

雷达系统可以在W频带中的电磁波频率(例如,77吉赫(GHz))下操作,从而产生毫米(mm)电磁波长度(例如,对于77GHz为3.9mm)。雷达系统可以使用一个或更多个天线将辐射能量集中到密集的波束中,以测量附近的环境。测量值可以以高精确度和高准确度被捕获到。例如,雷达系统可以捕获自主运载工具周围环境的测量值。这样的天线可以是紧凑的(通常具有矩形形状因子)、高效的(即,能量几乎不会在天线中以热量损失,也不会反射回发射机电子设备)并且是价格低廉的且易于制造。

在价格低廉、易于制造的雷达系统中会难以实现效率。一些价格低廉且易于制造的选项涉及将天线集成到电路板上(例如,使用“串联馈送贴片天线阵列”)。然而,这种天线配置可能由于电路板的基板吸收能量而损失能量。一种常用于减少能量损失的技术涉及使用全金属设计来构造天线。然而,常规的全金属天线设计(例如,开缝波导阵列)可能难以以能够实现77GHz操作所需的最小几何形状的方式来制造。

以下详细描述公开了用于雷达系统的示例“端部开放式波导”(open-endedwaveguide:OEWG)天线和用于制造此类天线的方法。雷达系统可以操作用于自主运载工具或其他类型的导航实体。在一些示例中,术语“OEWG”在此可以指水平波导通道加垂直通道的短区段。垂直通道可以分成两部分,其中垂直通道的两部分中的每一部分包括输出端口,该输出端口被配置为辐射进入天线的电磁波的至少一部分。这种配置可以是双端部开放式波导。在其他示例中,垂直通道本身可以作为单个元件形成输出。

示例OEWG天线可以使用两个或更多个金属层(例如,铝板)来产生,这两个或更多个金属层用计算机数控(CNC)来机械加工、被适当地对准并且被连接在一起。第一金属层可以包括输入波导通道的第一半。这样,第一波导通道的第一半还可以包括输入端口,该输入端口可以被配置为将电磁波(例如,77GHz毫米波)接收到第一波导通道中。

第一金属层还可以包括多个分波通道(wave-dividing channel)的第一半。分波通道可以包括从输入波导通道分支出来的通道网络,并配置为从输入波导通道接收电磁波、将电磁波分成电磁波的部分(即,功率分配器)、以及将电磁波的这些部分传播到波辐射通道。这样,双金属层配置可以被称为分割块(split block)构造。

第一金属层可以配置有波辐射通道的第一半,其配置为从分波通道接收电磁波的部分。波辐射通道的第一半包括至少一个波定向构件,其配置为将电磁波的子部分传播到另一金属层。

此外,组成天线的第二金属层可以包括输入波导通道的第二半、分波通道的第二半和波辐射通道的第二半。波辐射通道的第二半可以包括与一个或更多个波定向构件部分对准的一个或更多个输出端口。每个波定向构件可以被配置为将从一个或更多个波定向构件传播的电磁波的子部分从第二金属层辐射出来。这样,如上所述,给定的波定向构件与对应的一对输出端口的组合可以采用OEWG的形式(并且在这里可以被称为OEWG)。虽然在该特定示例中,天线包括多个分波通道和多个波辐射通道,但在其他示例中,天线可以至少仅包括单个通道,该单个通道配置为将输入端口接收的所有电磁波传播到一个或更多个波辐射通道。例如,所有或一部分电磁波可以由单个OEWG从第二金属层辐射出来。其他示例也是可以的。

天线还可以包括波导馈送部(waveguide feed),该波导馈送部联接在波导的与用于辐射元件中的每一个辐射元件的元件馈送部相反的一侧。例如,一个或多个元件馈送部可以位于波导的顶部,并且波导馈送部可以位于波导的底部。在波导以发射模式操作期间,波导馈送部可以向波导提供电磁能量,以供辐射元件发射。相反,在波导以接收模式操作期间,波导馈送部可以被配置为耦合从馈送波导外部的辐射元件接收的电磁能量。

波导馈送部可以位于沿着馈送波导的长度的一位置处。例如,在传统的波导系统中,电磁能量可以在与波导长度对应的方向上在波导长度的端部之一处被馈送。通过在端部对波导进行馈送,实现锥形轮廓(taper profile)(即针对每个辐射元件的期望的相位和功率幅度)的功率分配可能更困难。如这里所公开的,在一些示例中,可以替代地从波导底部在与对辐射元件进行馈送的波导的长度方向正交的方向上对波导进行馈送。此外,通过在沿着长度的一点从底部对波导进行馈送,可以更容易地为系统设计功率分配网络。

在一些实施方式中,波导馈送部沿着波导的长度维度联接到波导的一侧。具体地,波导可以位于辐射元件的第一半和辐射元件的第二半之间的中心位置。辐射元件的第一半和第二半可以在波导的与波导馈送部相反的一侧对称地布置成线性阵列。对称地可以是指辐射元件的第一半和辐射元件的第二半从线性阵列的中心开始彼此成镜像(即,具有统一的布置)。例如,线性阵列的每一半可以包括相同数量的辐射元件和相同类型的辐射元件。

当多种类型的辐射元件组成线性阵列(例如,辐射单极体和辐射偶极体)时,在线性阵列的第一半和线性阵列的第二半具有远离线性阵列的中心延伸的相同配置的情况下,可以存在线性阵列的对称性。例如,线性阵列可以包括在两端的辐射单极体和位于辐射单极体之间的四个辐射偶极体。这样,在第一半具有在一端的第一辐射单极体和两个辐射偶极体并且第二半同样具有在相反端的第二辐射单极体和两个辐射偶极体的情况下,存在对称性。在其他示例中,辐射元件的每一半可以不是对称的。

如上所述,一些实施方式可以涉及在中心位置联接到波导的波导馈送部,使得波导馈送部与辐射元件的线性阵列的中心对准。这样,当波导馈送部位于辐射元件中间的中心位置时,不论频率如何,波导馈送部可以以公共相位(common phase)将电磁波馈送到辐射元件。进而,天线可以形成为以更宽的操作带宽来操作,从而减少相位问题。此外,天线也可以以较少的能量损失来操作。

在一些示例中,波导馈送部在两组辐射偶极体以及两个辐射单极体之间定位到波导。辐射偶极体组和辐射单极体可以对称地布置成线性阵列。例如,波导馈送部可以位于辐射元件的第一半和辐射元件的第二半之间,该第一半由两个辐射偶极体和第一单极体构成,该第二半由两个辐射偶极体和第二单极体构成。辐射元件的每一半的单极体可以在线性阵列的中心且该中心在所述单极体之间,使得两个辐射偶极体在单极体的每一侧的外侧。在其他示例中,单极体可以位于线性阵列的端部。这样,不论频率如何,辐射偶极体和辐射单极体可以以公共相位操作。另外,在一些示例中,波导和辐射元件可以围绕波导馈送部的中心位置对称。

在一些实施方式中,组成天线的两个或更多个金属层可以直接连接,而不使用粘合剂、电介质或其他材料,也不使用可用于连接两个金属层的诸如焊接、扩散接合等的方法。例如,两个金属层可以通过使这两个层物理接触而连接,而无需将层进行联接的任何进一步手段。

在一些示例中,本公开提供了集成功率分配器和方法,对OEWG的多个辐射元件进行馈送的每个波导可以通过该方法使其相关幅度得到调节。可以基于预定义的锥形轮廓来调节幅度,该锥形轮廓规定每个相应辐射元件的相对相位和功率。另外,本OEWG可以用简化的制造工艺来实现。例如,可以实施CNC机械加工工艺或金属涂覆注射成型工艺,以在诸如高度、深度、递增(step-up)或递减(step-down)相位调节部件的多重性等的参数中进行上述调节。此外,与其他类型的设计相比,本公开可以实现准确得多的方法,该方法合成期望的幅度和相位以针对天线装置导致所实现的增益、旁瓣电平和波束控制。

此外,虽然在该特定示例中以及在这里描述的其他示例中,天线装置可以由两个金属层组成,但是应理解,在另外的示例中,上述通道中的一个或更多个可以形成为单个金属层,或形成为组成天线的多于两个的金属层。此外,在这里的示例之内,出于说明天线的某些部件(诸如波定向构件)的功能的目的,描述了电磁波(或其部分/子部分)从OEWG天线的一层传播到另一层的概念。事实上,电磁波在其通过天线的传播的特定点期间可以不局限于通道的任何特定“半”。更确切地说,在这些特定点,当两个“半”被结合以形成给定通道时,电磁波可以通过该给定通道的两个“半”自由传播。

实际上,对于雷达信号的发射,本天线可以在波导块底部的端口处接收信号。信号可以在馈送波导的两个不同部分之间均匀地分配。馈送波导的这两个不同部分可以关于以所述端口为中心的平面彼此对称。在馈送波导的每个部分内,相应的分配后的信号可以沿着波导的相应部分传播。在联接到各个馈送波导部分的多个天线馈送部中的每个处,信号的一部分可以耦合到馈送部中以供天线发射。在天线的操作期间,信号的操作频率可以变化。随着频率变化,联接到相应馈送波导区段的相应每组天线可以具有相关联的波束偏斜,即发射波束的不期望的倾斜。然而,因为有在中心被共同馈送的两个波导,所以两个波束偏斜可以具有相同的幅度但在相反的方向上。因此,两个波束的叠加可以导致整个波束方向图(beam pattern)在期望的方向上,因为两个波束偏斜彼此抵消。类似地,当接收信号时,天线可以以类似的方式操作(即,两个波束偏斜可以彼此抵消)。

现在参照附图,图1A示出了天线的第一配置。如第一配置所示,天线100包括辐射元件组102、波导104和波导馈送部110。在其他配置中,天线100可以包括更多或更少的元件。

辐射元件组102被示出为具有对称地布置成线性阵列的辐射元件。每个辐射元件被配置为辐射电磁能量。例如,辐射元件组102可以从波导104接收电磁能量,并将电磁能量作为雷达信号辐射到环境中。辐射元件102还可以接收从环境中的表面反射并朝向天线100反射回来的反射信号。

波导104被配置为在辐射元件组102和波导馈送部110之间引导电磁能量。如图1A所示,波导104包括第一侧106和与第一侧106相反的第二侧108。具体地,第一侧106和第二侧108与波导104的高度维度107正交并与波导104的长度维度109平行。这样,辐射元件组102联接到波导104的第一侧106。

波导馈送部110被示出为沿着波导104的长度维度109联接到波导104的第二侧108。具体地,波导馈送部110联接在辐射元件组102的第一半和辐射元件组102的第二半之间的中心位置。这样,波导馈送部110可以正交对准波导104的长度。

在天线100的操作期间,波导馈送部110被配置为在波导104和波导外部的部件(例如,提供和接收电磁能量形式的雷达信号的雷达芯片组)之间传送电磁能量。在一些实施方式中,波导馈送部110可以用于将能量从外部部件单向引导到波导104。在其他实施方式中,波导馈送部110被配置为用作双向部件,其可以在波导104和外部部件之间对能量进行双向引导。例如,波导馈送部110可以耦合到波束形成网络。波束形成网络可以耦合到多个波导(例如,波导104),并且每个波导可以进一步连接到辐射元件组。因此,在一些示例中,多个辐射元件组102可以形成二维阵列,并且单个馈送部110可以为多个波导(如波导104)提供电磁能量,所述多个波导中的每个具有与其联接的辐射元件组102。

在一些示例中,波导馈送部110可以在接合部处联接到波导104。具体地,接合部可以被配置为基于波导馈送部110和波导104的几何形状来分配功率。另外,接合部可以包括功率分配部件105(或图1B的功率分配器156)。功率分配部件105可以用于在波导104的左半部和波导104的右半部之间均匀地分配来自波导馈送部110的功率。

天线100被示出为在辐射元件组102内具有辐射偶极体和辐射单极体。在另一些示例(未示出)中,所有天线元件可以以辐射偶极体来创建。从线性阵列的第一端开始,辐射偶极体112位于第一端,接着是辐射偶极体114、第一辐射单极体120、第二辐射单极体122、辐射偶极体116和位于第二端的辐射偶极体118。在图1A所示的第一配置中,辐射单极体120、122一起位于接近线性阵列的中心的位置,使得第一组辐射偶极体(即,辐射偶极体112、114)位于第一辐射单极体120外侧,并且第二组辐射偶极体(即,辐射偶极体116,118)位于第二辐射单极体122外侧。这样,当从线性阵列的中心观察时,辐射元件的第一半的布置与辐射元件的第二半的布置成镜像。辐射元件的两半的镜像布置建立了线性阵列内辐射元件的对称性。

通过具有呈对称布置的辐射元件,天线系统可以获得若干益处。首先,通过使天线对称,可以以更简单的方式设计天线。其次,如果馈送部位于对称点处,则天线的性能可以得到改善。当天线关于馈送部对称时,它可以具有期望的宽带特性。例如,当常规的端部馈送波导天线被馈送与精确设计频率不同的频率的信号时,天线可能遭受波束偏斜。波束偏斜是供传输的信号的相位与精确设计标准不匹配。波束偏斜导致传输波束偏离设计的传输方向。通过在中心对天线进行馈送,该阵列在功能上就像被馈送公共的信号但从相反的端部被馈送的两个端部馈送阵列那样起作用。本天线可以具有随着操作频率改变而变宽或变窄的波束,而不具有波束偏斜。

辐射单极体120、122在线性阵列内的中心定位可以使每个单极体能够以通过波导104从波导馈送部110接收的更多电磁能量进行发射。辐射单极体120、122相对于波导馈送部110的邻近定位可以使更多的电磁能量能够进入每个辐射单极体并通过每个辐射单极体发射。在锥形轮廓规定阵列的中心元件(这里为辐射单极体120、122)相对于阵列的其他辐射元件以更大的相对幅度发射电磁信号的天线中,单极体在中心的这种布置可以是理想的。

在一些实施方式中,天线100可以包括在波导108下方且相对于波导馈送部110的凹陷,该凹陷可以协助将能量朝向各个辐射元件引导。在示例之内,凹陷可以在结构、设计和布局方面有所不同。此外,在其他实施方式中,天线100可以根本不包括凹陷。

天线100还可以包括图1A中未示出的部件。例如,天线100可以包括功率分配网络,该功率分配网络由波导104限定并配置为基于锥形轮廓来分配由波导馈送部110传送的电磁能量。每个辐射元件可以基于锥形轮廓来接收电磁能量的一部分。在一些示例中,功率分配网络可以不均匀地分配来自波导馈送部110的功率。在其他示例中,功率分配网络可以均匀地分配来自波导馈送部110的功率。

图1B示出了天线的第二配置。与第一配置中的天线100类似,第二配置所示的天线130包括辐射元件组132、波导134和波导馈送部140。在其他配置中,天线100可以包括更多或更少的元件。

在第二配置中,天线130的辐射元件组132包括位于辐射元件的线性阵列的端部处的第一辐射单极体150和第二辐射单极体152。具体地,第一辐射单极体150在线性阵列的第一端处位于第一组辐射偶极体(即,辐射偶极体142、144)外侧,并且第二辐射单极体152在线性阵列的第二端处位于第二组辐射偶极体(即,辐射偶极体146,148)外侧。在基于给定锥形轮廓的天线中,单极体在阵列端部的这种布置是理想的。在未示出的其他示例中,偶极体和单极体也可以以其他方式组合。

图1C示出了图1B所示的天线的第二配置的三维呈现。如第二配置所示,天线130包括辐射元件组、波导134和波导馈送部140。辐射元件包括位于线性阵列的相反端上的第一辐射单极体150和第二辐射单极体152。天线130还包括位于辐射单极体150、152之间的辐射偶极体142、144、146、148。如上所述,对于使天线130能够针对锥形轮廓进行特定操作,第二配置是理想的。

波导134可以以与贯穿本公开所讨论的波导类似的方式来配置。例如,波导134可以包括各种形状和结构,这些形状和结构被配置为将电磁功率引导到波导134的各个辐射元件(例如,辐射单极体150、152和辐射偶极体142、144、146、148)。具体地,通过波导134传播的电磁波的一部分可以被各种凹入的波定向构件和凸出的波定向构件分配和引导。

图1C所示的波定向构件的样式是波定向构件的一个示例。基于具体实现方式,波定向构件可以具有不同的大小、形状和位置。另外,波导可以被设计为使波导端部成为调谐短路(tuned short)。例如,可以调节波导端部的几何形状,使得波导端部充当调谐短路,从而防止电磁能量在波导134内的反射。

作为示例,如图1A所示,波导104的端部可以具有约波长的四分之一长的端部部分。类似地,图1B的波导134可以包括在波导的端部处的调谐短路154。在一些示例中,当电磁波从波导(波导104或波导134)的金属性端部反射时,它可以异相180度反射。与调谐短路的长度的两倍(即调谐短路的波长的1/4,由于向内和向外传播而加倍)结合的该180度相移导致反射能量与波导中的能量同相。

在波导134的各个辐射元件的每个接合部处,该接合部可以被认为是双向功率分配器。一定百分比的电磁功率可以耦合到相应辐射元件的颈部,并且剩余的电磁功率可以继续沿着波导134往下传播。通过调节每个相应辐射元件的各种参数(例如,颈部宽度、高度和台阶),可以控制电磁功率的相应百分比。因此,可以控制每个相应辐射元件的几何形状,以便获得期望的功率锥形(power taper)。因此,通过调节每个偏置馈送部(offset feed)和每个相应辐射元件的几何形状,可以实现相应波导及其相关辐射元件的期望的相位和功率锥形。

当系统在发射模式中使用时,电磁能量可以经由波导馈送部140注入到波导134中。波导馈送部140可以是在底部金属层中的端口(即通孔)。波导馈送部140可以用作使电磁能量能够传送到波导134中的连接波导。

这样,电磁信号可以从天线单元外部通过波导馈送部140耦合到波导134中。电磁信号可以来自位于天线单元外部的部件,诸如印刷电路板、另一波导、雷达芯片或其他信号源。在一些示例中,波导馈送部140可以耦合到另一波导分配网络。

当系统在接收模式中使用时,各个辐射元件可以被配置为从外部世界接收电磁能量。在这些示例中,波导馈送部140可以用于从波导134移除电磁能量。当电磁能量从波导134移除时,其可以耦合到部件(例如,一个或更多个雷达芯片)中以供进一步处理。

在许多传统示例中,波导馈送部位于波导的端部。在图1C所示的示例中,波导馈送部140位于中心位置,该中心位置与辐射元件的对称线性阵列的中心对准。通过居中定位波导馈送部140,耦合到波导134中的电磁能量可以被更容易地分配。此外,通过将波导馈送部140定位在中心位置,可以以更紧凑的方式设计天线单元。

当电磁能量从波导馈送部140进入波导134时,电磁能量可以被分割,以便获得期望的辐射方向图。例如,使线性阵列中的一系列辐射元件的每一个辐射元件从波导134接收预定百分比的电磁能量可以是理想的。波导可以包括功率分配元件(未示出),该功率分配元件配置为对沿着波导的每一侧往下行进的电磁能量进行分割。

在一些示例中,功率分配元件可以导致功率在辐射元件之间均匀地或不均匀地分配。辐射元件可以被配置为在接收到电磁能量的一部分之后辐射电磁能量。在一些示例中,每个辐射元件可以接收与每个其他辐射元件大致相同百分比的电磁能量。在其他示例中,每个辐射元件可以基于锥形轮廓接收一定百分比的电磁能量,该锥形轮廓规定由每个偶极体或天线元件辐射的能量的百分比。

在一些示例锥形轮廓中,天线130的相对于波导馈送部140更靠近波导138的中心定位的辐射元件可以接收更高百分比的电磁能量。在一些实施方式中,天线130可以包括在波导138下方且相对于波导馈送部140的凹陷,该凹陷可以协助将能量朝向各个辐射元件引导。在示例之内,凹陷可以在结构、设计和布局方面有所不同。此外,在其他实施方式中,天线130可以根本不包括凹陷。如果电磁能量注入到波导138的端部中,则可能更难将波导138设计为在各个辐射元件之间正确地分配功率。通过将波导馈送部140定位在中心位置,可以实现在各个辐射元件之间更自然的功率分配。

在一些示例中,辐射元件可以具有相关联的锥形轮廓,该锥形轮廓规定中心的辐射元件应接收比其他元件更高百分比的电磁能量。因为波导馈送部140更靠近中心元件定位,所以以最靠近波导馈送部140的元件接收更高的功率来分配功率可以更自然。此外,如果波导138具有位于波导138的中心的波导馈送部140,则波导138可以以对称方式来设计,以实现期望的功率分配。

在一些示例中,天线130可以以两种模式之一操作。在第一模式中,天线130可以从一源头接收电磁能量以供发射(即作为发射天线操作)。在第二模式中,天线130可以从天线130外部接收电磁能量以供处理(即作为接收天线操作)。

图2A示出了天线200的第一层202,其形成天线元件的二维阵列。如所示出的,第一层202包括波导通道203的组的第一半。波导通道203可以包括多个伸长段204,每个伸长段204对应于一个或更多个波导。这样,一个或更多个辐射单极体206和辐射偶极体207可以在每个伸长段204的第一端处。在示例之内,每个辐射单极体206和辐射偶极体207可以具有相似的大小或不同的大小。

功率可以用于将对应量的电磁波(即能量)馈送到具有一个或更多个通孔的天线200中,该一个或更多个通孔可以是这些波被馈送到装置中的位置。根据上述描述,包括输入端口的波导通道203的单个通道/段可以在这里被称为输入波导通道。

在进入天线200之后,电磁波总体上可以在+x和-x两个方向上行进,因为馈送部将电磁能量耦合到波导相对于x方向的中心。阵列可以用于分割电磁波并使波的相应部分传播到每个伸长段204的相应第一端。更具体地,在朝向辐射单极体206和辐射偶极体207离开阵列之后,波可以继续在+x和-x方向上传播。根据上述描述,波导通道的阵列区段可以在这里被称为分波通道。

当电磁波的部分到达在波导通道203的每个伸长段204的第一端处的波定向构件时,波定向构件可以使电磁能量的相应子部分传播通过并到达波导通道的第二半(即,在+z方向上,如所示出的)。例如,电磁能量可以首先到达凹入的或被进一步机械加工进入到第一金属层202中的波定向构件(即,凹槽)。该凹入的构件可以被配置为相比于进一步沿着第一端往下的后续构件的每个传播更小分数(fraction)的电磁能量,所述后续构件可以是突出的构件而不是凹入的构件。

此外,每个后续构件可以被配置为相比于在先构件传播更大分数的在第一端处沿着特定伸长段204往下行进的电磁波。这样,在第一端的远端处的构件可以被配置为传播最高分数的电磁波。每个波定向构件206可以采取具有各种尺寸的各种形状。在其他示例中,多于一个构件(或者没有构件)可以被凹入。另外的示例也是可以的。此外,可以改变伸长段的数量。

第二金属层可以包含一个或更多个波导通道的第二半,其中所述一个或更多个波导通道的第二半的相应部分包括:伸长段,基本上与所述一个或更多个波导通道的第一半的伸长段对准;以及在伸长段的端部处的至少一对通孔,部分地与至少一个波定向构件对准并配置为将从所述至少一个波定向构件传播的电磁波从第二金属层辐射出去。

在示例之内,当第一半的伸长段和第二半的伸长段在阈值距离内时或者当这些段的中心在阈值距离内时,可以认为第二半的伸长段基本上与第一半的伸长段对准。例如,如果两个段的中心彼此在约±0.051mm内,则所述段可以被认为基本上对准。

在另一示例中,当两半被组合(即,当两个金属层连接在一起)时,如果一段的第一半的边缘和该段的第二半的对应边缘彼此在约±0.051mm内,则段的边缘可以被认为基本上对准。

在另外的示例中,当连接两个金属层时,一层可以相对于另一层成角度,使得它们的侧面不彼此齐平。在这样的其他示例中,当该角度偏移小于约0.5度时,可以认为两个金属层基本上对准,并因此可以认为段的两半基本上对准。

在一些实施方式中,所述至少一对通孔可以垂直于所述一个或更多个波导通道的第二半的伸长段。此外,所述至少一对通孔中的相应对可以包括第一部分和第二部分。这样,给定的一对通孔可以在第一部分处相遇,以形成单个通道。该单个通道可以被配置为接收电磁波的由对应的波定向构件传播的至少一部分,并将电磁波的至少一部分传播到第二部分。此外,第二部分可以包括配置成偶极体的两个输出端口,并且可以被配置为从该对通孔的第一部分接收电磁波的所述至少一部分,并从两个输出端口将电磁波的所述至少一部分传播出去。

图2B示出了天线200的组装视图。天线200可以包括第一金属层202、第二金属层210和第三金属层212。第二金属层210可以包括配置为容纳对准销、螺钉等的多个孔216(通孔和/或盲孔)。第一金属层202和第三金属层212还可以包括与第二金属层210的孔216对准的多个孔(未示出)。

如图2B所示,天线200可以包括布置成线性阵列的辐射元件214A、214B、214C、214D的组。在示例之内,辐射元件214A-214D的数量和布置可以有所不同。此外,每个辐射元件的尺寸可以有所不同。此外,在这样的示例实施方式中,除了示例天线200的其他尺寸之外或代替示例天线200的其他尺寸,这些尺寸可以被机械加工为具有不小于约0.51mm的误差,尽管在其他实施方式中,可能需要更多或更少的误差。OEWG阵列的其他尺寸也是可以的。

在一些实施方式中,第一金属层202、第二金属层210和第三金属层212可以由铝板(例如,约6.35mm的坯料)机械加工而成。在这样的实施方式中,第一金属层202的厚度可以为至少3mm(例如,约5.84mm至6.86mm)。此外,第二金属层210和第三金属层212可以由6.35mm的坯料机械加工为约3.886mm的厚度。层的其他厚度也是可以的。另外,在一些示例中,这些金属层202、210、212可以通过金属镀覆注射成型工艺制成。在该工艺中,层可以通过注射成型用塑料制成并涂有金属(完全金属覆盖或选择性地金属覆盖)。

在一些实施方式中,金属层202、210、212的连接可以导致两层的配合表面之间的气隙或其他的不连续。在这样的实施方式中,该间隙或连续应接近(或者可能尽可能靠近)天线装置的长度中心,并且可以具有约0.05mm或更小的大小。

图3示出了根据示例实施方式的示例天线的波辐射偶极体。更具体地,图3示出了示例DOEWG 300的截面。如上所述,DOEWG 300可以包括水平馈送部(即通道)、垂直馈送部(即偶极体颈部)和波定向构件304。垂直馈送部可以被配置为将来自水平馈送部的能量耦合到两个输出端口302,每个输出端口302被配置为从DOEWG 300将电磁波的至少一部分辐射出去。水平馈送部可以是波导区段,诸如图1A、图1B和图1C所示的示例。

在一些实施方式中,一个或更多个DOEWG可以在位置306处包括止挡。具体地,止挡306可以取决于DOEWG而在左侧或右侧。在最后一个DOEWG之前的DOEWG可以简单地在位置306处打开,并且电磁波可以通过该位置306传播到后续DOEWG。例如,多个DOEWG可以串联连接,其中水平馈送部跨多个DOEWG是公共的。图3还示出了各种参数,其可以被调节以对耦合到辐射元件中的电磁信号的幅度和/或相位进行调谐。

为了调谐DOEWG,诸如DOEWG 300,垂直馈送部宽度vfeed_a和台阶304的各种尺寸(例如,dw、dx和dz1)可以被调谐,以获得从DOEWG300出来的辐射能量的不同分数。台阶304也可以被称为反射部件,因为其将沿着水平馈送部往下传播的电磁波的一部分反射到垂直馈送部中。此外,在一些示例中,反射部件的高度dz1可以是负的,即可以延伸低于水平馈送部的底部。类似的调谐机制也可以用于调谐偏置馈送部。例如,偏置馈送部可以包括垂直馈送部宽度vfeed_a和台阶的各种尺寸(例如,dw、dx和dz1)中的任何一个,如针对辐射元件所讨论的。

在一些示例中,DOEWG 300的每个输出端口302可以具有相关联的相位和幅度。为了实现每个输出端口302的期望的相位和幅度,可以调节各种几何部件。如前面所讨论的,台阶(反射部件)304可以引导电磁波的一部分通过垂直馈送部。为了调节与相应DOEWG 300的每个输出端口302相关联的幅度,可以调节与每个输出端口302相关联的高度。此外,与每个输出端口302相关联的高度可以是输出端口302的该馈送区段的高度或深度,并且不仅可以是高度或深度调节,而且通常可以是这些变化或台阶的多重性或上升或下降的高度或深度。

如图3所示,可以调节高度dz2和高度dz3以控制关于两个输出端口302的幅度。对高度dz2和高度dz3的调节可以改变偶极体颈部(例如,图3A的垂直馈送部)的物理尺寸。偶极体颈部可以具有基于高度dz2和高度dz3的尺寸。因此,当针对各种偶极体改变高度dz2和高度dz3时,偶极体颈部的尺寸(即偶极体颈部的至少一侧的高度)可以改变。在一个示例中,因为高度dz2大于高度dz3,所以与高度dz2相关联(即与高度dz2相邻定位)的输出端口302可以以比由与高度dz3相关联的输出端口302辐射的信号的幅度大的幅度进行辐射。

此外,为了调节与每个输出端口302相关联的相位,可以为每个输出端口302引入台阶。台阶可以位于输出端口302的平坦侧,并以台阶方式调节dz2和dz3的高度。高度中的台阶可以导致由与台阶相关联的输出端口302辐射的信号的相位发生改变。因此,通过控制与每个输出端口302相关联的高度和台阶两者,可以控制由输出端口302发射的信号的幅度和相位两者。在各种示例中,台阶可以采取各种形式,诸如向上的台阶和向下的台阶的组合。另外,可以增加或减少台阶部的数量来控制相位。

对几何形状的上述调节也可以用于调节偏置馈送部的与波导连接的部位的几何形状。例如,可以调节高度、宽度和台阶,或者可以将高度、宽度和台阶添加到偏置馈送部中,以便调节系统的辐射特性。阻抗匹配、相位控制和/或幅度控制可以通过调节偏置馈送部的几何形状来实现。

在一些示例中,天线可以由金属镀覆的聚合物结构来构造。聚合物可以通过注射成型工艺形成并涂有金属,以提供期望的电磁特性。图4示出了基于聚合物的波导460的示例等轴测截面图,该波导460具有可形成这里描述的天线的金属性部分453A、453B。示例波导460形成有顶部部分452和底部部分454。顶部部分452和底部部分454在接缝456处联接。接缝456对应于两层联接在一起的位置。波导包括空气填充的腔458。在腔458内,电磁能量在波导460的操作期间传播。波导460还可以包括馈送部459。馈送部459可以用于向波导460中的腔458提供电磁能量。替代地或附加地,馈送部459可以用于允许电磁能量离开波导450。馈送部459可以是电磁能量被馈送到当前天线中或从当前天线移除的位置。在其他示例中,馈送部459可以是波导从天线的一不同波导区段接收能量的位置,诸如关于图1A和图1C描述的分割端口或组合端口。图4的示例波导460在腔458的高度的中间点处以接缝456为特征。在各种实施方式中,顶部部分452和底部部分454可以沿着波导的轴线在各个不同的位置联接在一起。

如图4所示,顶部部分452和底部部分454可以具有各自的金属性部分453A、453B。底部部分454的金属性部分453A和顶部部分452的金属性部分453B可以均通过镀覆工艺形成。如前所述,顶部部分452和底部部分454两者可以由聚合物制成。相应的金属性部分453A、453B可以被镀覆到RF表面上,诸如端口459和腔458的内部部分。因此,当顶部部分452与底部部分454接触时,存在相应金属部分的电联接。在图4所示的示例中,仅RF表面(即,电磁能量接触的表面)被镀覆。在其他示例中,除RF表面之外的另外的表面也可以被镀覆。此外,2016年7月26日提交的第15/219,423号美国专利申请中公开的“Plated,InjectionMolded,Automotive Radar Waveguide Antenna(镀覆的注射成型的机动车雷达波导天线)”的附加公开内容通过引用全文合并于此。

图5是辐射电磁能量的示例方法500的流程图。应理解,未在此描述的其他操作方法也是可以的。

还应理解,此类天线的给定应用可以为上述两个金属层的各种机械加工部分和/或为这里描述的天线的其他机械加工(或非机械加工)部分/部件确定适当的尺寸和大小(例如,通道大小,金属层厚度等)。例如,如上所述,一些示例雷达系统可以被配置为以77GHz的W频带电磁波频率(其对应于毫米电磁波长度)操作。在该频率下,通过方法400制造的装置的通道、端口等可以具有适合于77GHz频率的给定尺寸。其他示例天线和天线应用也是可以的。

尽管顺序地示出了块,但是这些块也可以并行地和/或按与这里描述的顺序不同的顺序来执行。此外,基于期望的实现方式,各个块可以被组合成更少的块、被分割成附加的块和/或被去除。

在块502处,方法500包括通过波导馈送部将电磁能量馈送到波导的中心。波导馈送部可以在辐射元件组的第一半和辐射元件组的第二半之间的中心位置联接到波导的第二侧。例如,波导馈送部可以沿着波导的长度维度联接到波导的第二侧。波导馈送部代表能够将电磁能量传送(即馈送)到另一个波导或多个波导的中心(或另一部分)的波导。

在一些示例中,辐射元件的第一半可以包括第一组辐射偶极体和第一辐射单极体。辐射元件的第二半可以包括第二组辐射偶极体和第二辐射单极体。例如,第一组辐射偶极体和第二组辐射偶极体可以均包括两个辐射偶极体。

在一些天线配置中,第一和第二辐射单极体一起定位在辐射元件的线性阵列的中心,诸如在图1A所示的配置中。在这样的配置中,辐射偶极体组在线性阵列内位于辐射单极体外侧。在其他天线配置中,第一和第二辐射单极体位于辐射元件的线性阵列的端部,诸如在图1B和图1C所示的配置中。在这样的配置中,辐射偶极体组在线性阵列内位于辐射单极体内侧。

在块504处,方法500包括经由波导在(i)多个辐射元件中的每个和(ii)波导馈送部之间传播电磁能量(例如,77GHz毫米电磁波)。辐射元件被配置为辐射电磁能量,并对称地布置成线性阵列。

在一些示例中,波导的几何形状可以包括高度维度和长度维度,使得波导的第一侧和第二侧与高度维度正交并与长度维度平行。这样,辐射元件可以联接到波导的第一侧。例如,波导可以具有直的形状,并且辐射元件可以沿着波导的长度对准。

在块506处,方法500包括为每个相应的辐射元件提供传播的电磁能量的一部分。例如,来自波导馈送部的电磁能量可以基于锥形轮廓来分配。具体地,多个辐射元件中的每个辐射元件可以基于锥形轮廓接收电磁能量的一部分。

在一些示例中,电磁能量被均匀地分配。在其他示例中,基于锥形轮廓分配来自波导馈送部的电磁能量对来自波导馈送部的功率进行不均匀地分配。在另外的示例中,分配来自波导馈送部的电磁能量还涉及波束形成网络将电磁能量分配到多个波导。

在块508处,方法500包括经由每个辐射元件来辐射耦合的电磁能量的至少一部分。每个辐射元件基于每个相应辐射元件的由锥形轮廓限定的相关幅度和相位来辐射耦合的电磁能量的一部分。

图6示出了根据示例实施方式的三层中心馈送天线配置。如三层中心馈送天线配置所示,天线600包括辐射元件组602、波导604和馈送波导606。在其他配置中,天线600可以具有其他元件,诸如更多或更少的辐射元件。

天线600代表利用相对于波导604和辐射元件组602居中定位(即,相对于辐射元件602的线性阵列居中对准)的馈送波导606的天线配置。这样,馈送波导606可以连接到馈送端口,该馈送端口向位于天线外部的元件(诸如雷达芯片或另一外部部件)供应电磁能量或从该元件供应电磁能量。电磁能量通过馈送波导606传播到波导604中并以对称分布到达辐射元件组602中的每个。这种类型的分布可以实现辐射元件组602的平衡性能。

辐射元件组602被示出为具有辐射元件608、610、612、614、616和618。这些辐射元件608-618被示出为沿着波导604的顶表面布置成线性阵列。具体地,每个辐射元件608-618(或辐射元件608-618的子集)可以将从波导604接收的电磁能量作为雷达信号辐射到天线600的环境中。此外,辐射元件608-618中的一个或更多个可以接收从环境中的一个或更多个表面反射并朝向天线600反射回来的雷达信号。辐射元件608-618被示出为辐射偶极体,但是可以在示例之内具有与这里描述的其他天线配置类似的其他配置(例如,单极体、三极体(triplet))。

如图6所示,天线600可以包括多个层,诸如第一层640、第二层642和第三层644。这些层可以由各种材料(诸如一种或更多种类型的金属)制成。例如,可以使用CNC工艺产生层。当层中的两个层联接在一起时,这两个层联接在一起的平面形成接缝。例如,第一层640和第二层642被示出为联接在一起形成接缝636,并且第二层642和第三层644联接在一起形成接缝638。接缝636-638可以代表天线600的不同层之间的接合部。尽管针对天线600示出了三个层,但是其他实施方式可以包括更多或更少的层。例如,另一示例天线可以配置有四个层。在一些示例中,第一层640、第二层642和第三层644中的每个由机械加工的金属制成。这样,波导604可以是空气填充的。

第一层640包括馈送波导606的第一部分620。第一部分620可以作为第一层640的部分被机械加工。如所示出的,馈送波导606的第一部分620联接到馈送波导606的第二部分622,从而产生接缝636。如所示出的,馈送波导606形成联接到第一波导部分620的结构,该结构引起电磁能量在包括第一部分620的水平波导内在平行于辐射元件组602的方向上的传播。

在图6所示的示例中,第一部分620联接到馈送波导606的第二部分622,使得第一部分620和第二部分622的对准包括偏移621。偏移621可以影响电磁能量在馈送波导606中的传播,诸如阻抗匹配或相位调节。这样,取决于对在馈送波导606内传送到波导604和从波导604传送的电磁能量的期望影响,偏移621的大小可以变化。

当第二层642和第三层644联接在一起时,波导604被形成。具体地,第二层642包括波导604的第一部分603,第三层644包括波导604的第二部分605。因此,当第二层642和第三层644联接在一起时,波导604通过第一部分603和第二部分605的联接而形成。这种联接产生沿着波导604的中心延伸的接缝638。波导604可以是空气填充的波导,并且可以进一步分割和组合电磁能量。具体地,第二层642和第三层644的组合可以形成波束形成网络。

第三层644还包括辐射元件组602。辐射元件组602被示出为线性阵列。在其他示例中,辐射元件组602可以被不同地布置,诸如另一个二维(2D)或三维(3D)阵列。

波导604被配置为在辐射元件组602和馈送波导606之间引导电磁能量。如图6所示,波导包括第一侧609和与第一侧609相反的第二侧607。具体地,第一侧609和第二侧607与波导604的高度维度648正交并与波导604的长度维度646平行。这样,辐射元件组602被示出为联接到波导604的第一侧609。

馈送波导606被示出为联接到波导604的第二侧607。具体地,馈送波导606的第二部分622在联接点623处联接到波导604的第二部分605。如图6所示,联接点623与辐射元件602的线性阵列的中心613对准。通过馈送波导606相对于线性阵列的中心613的中心对准,馈送波导606和波导604可以将电磁能量对称地传送到每个辐射元件608-618。因此,与利用联接到波导端部的馈送波导的端部馈送天线不同,馈送波导606的居中位置可以帮助将电磁能量均匀地传播和分配到辐射元件608-618。

在天线600的操作期间,馈送波导606在波导604和波导604外部的部件(例如,提供和接收电磁能量形式的雷达信号的雷达芯片组)之间传送电磁能量。在一些实施方式中,馈送波导606可以用于将能量从馈送端口单向引导至波导604。在其他实施方式中,馈送波导606被配置为用作双向部件,其可以在波导604和外部部件(例如,馈送端口、雷达芯片)之间双向引导能量。例如,馈送波导606可以耦合到波束形成网络。波束形成网络可以耦合到多个波导(例如,波导604)并且每个波导可以进一步连接到一个或更多个辐射元件。因此,在一些示例中,多个辐射元件组602可以形成2D阵列,并且馈送波导606可以为多个波导(如波导604)提供电磁能量,所述多个波导中的每个具有与其联接的辐射元件组。

在一些示例中,馈送波导606可以在接合部处联接到波导604。具体地,接合部可以被配置为基于馈送波导606和波导604的几何形状来分配功率。

在一些实施方式中,天线600可以包括在波导604下方(例如,波导604的第二侧607)并与馈送波导606相关的一个或更多个凹陷(例如,凹陷624、626、628、630、632和634),该一个或更多个凹陷可以协助将能量朝向各个辐射元件引导。在示例之内,凹陷624-634可以在结构、设计和布局方面有所不同。此外,在其他实施方式中,天线600可以根本不包括凹陷。

天线600还可以包括图6中未示出的部件。例如,天线600可以包括功率分配网络,该功率分配网络位于由接缝之一限定的平面中并配置为基于锥形轮廓分配由馈送波导606传送的电磁能量。每个辐射元件608-618可以基于锥形轮廓接收电磁能量的一部分。在一些示例中,功率分配网络可以不均匀地分配来自馈送波导606的功率。在其他示例中,功率分配网络可以均匀地分配来自馈送波导606的功率。

图7示出了根据示例实施方式的图6所示的三层中心馈送天线配置的三维呈现。如中心馈送配置所示,天线600包括辐射元件组、波导604和馈送波导606。如上所述,对于使天线600能够针对锥形轮廓进行特定操作,这样配置可以是理想的。

波导604可以以与贯穿本公开所讨论的波导类似的方式来配置。例如,波导604可以包括配置为将电磁功率引导到各个辐射元件的各种形状和结构。具体地,通过波导604传播的电磁波的一部分可以被各种凹入的波定向构件和凸出的波定向构件分配和引导。

图7所示的波定向构件的样式是波定向构件624-634的一个示例。基于具体的实现方式,波定向构件可以具有不同的大小、形状和位置。另外,波导可以被设计为使波导端部成为调谐短路。例如,可以调节波导端部的几何形状,使得波导端部充当调谐短路,从而防止电磁能量在波导604内的反射。

在波导604的各个辐射元件的每个接合部处,该接合部可以被认为是双向功率分配器。一定百分比的电磁功率可以耦合到相应辐射元件的颈部,并且剩余的电磁功率可以继续沿着波导604往下传播。通过调节每个相应辐射元件的各种参数(例如,颈部宽度、高度和台阶),可以控制电磁功率的相应百分比。因此,可以控制每个相应辐射元件的几何形状,以便实现期望的功率锥形。因此,通过调节每个偏置馈送部和每个相应辐射元件的几何形状,可以实现相应波导及其相关辐射元件的期望的相位和功率锥形。

当系统在发射模式中使用时,电磁能量可以经由馈送波导606注入到波导604中。馈送波导606可以联接到底部金属层中的端口(即通孔)。馈送波导606可以用作使电磁能量能够传送到波导604中的连接波导。这样,电磁信号可以从天线600的外部通过馈送波导606耦合到波导604中。电磁信号可以来自位于天线单元外部的部件,诸如印刷电路板、另一波导、雷达芯片或其他信号源。在一些示例中,馈送波导606可以耦合到波导的另一分配网络。

当系统在接收模式中使用时,各个辐射元件可以被配置为从外部世界接收电磁能量。在这些示例中,馈送波导606可以用于从波导604移除电磁能量。当电磁能量从波导604移除时,它可以耦合到一个或更多个外部部件(例如,一个或更多个雷达芯片)中以供进一步处理。

在图7所示的示例中,馈送波导606位于与辐射元件的对称线性阵列的中心对准的中心位置(例如,中心联接点)。通过居中地定位馈送波导606,耦合到波导604中的电磁能量可以被更容易地分配。此外,通过将馈送波导606定位在中心位置,可以相对于端部馈送天线单元以更紧凑的方式来设计天线单元。

当电磁能量从馈送波导606进入波导604时,电磁能量可以被分割,以便获得期望的辐射方向图。例如,使线性阵列中的一系列辐射元件中的每个辐射元件从波导604接收预定百分比的电磁能量可以是理想的。波导可以包括功率分配元件(未示出),该功率分配元件配置为对沿着波导的每一侧往下行进的电磁能量进行分割。

在一些示例中,功率分配元件可以使功率被均匀地或不均匀地分配。辐射元件组602中的一个或更多个可以被配置为在接收到电磁能量的一部分之后辐射电磁能量。在一些示例中,每个辐射元件可以接收与每个其他辐射元件大致相同百分比的电磁能量。在其他示例中,每个辐射元件可以基于锥形轮廓接收一定百分比的电磁能量。

在一些示例锥形轮廓中,天线600的相对于馈送波导606更靠近波导604的中心定位的辐射元件608-618可以接收更高百分比的电磁能量。如果电磁能量注入到波导的端部中,则可能更难以将波导设计为在各个辐射元件之间正确地分配功率。通过将馈送波导606定位在中心位置,可以实现各个辐射元件之间更自然的功率分配。

在一些示例中,辐射元件可以具有相关联的锥形轮廓,该锥形轮廓规定在中心的辐射元件应比其他元件接收更高百分比的电磁能量。因为馈送波导606更靠近中心元件(例如,辐射元件612、614)定位,所以以最靠近馈送波导606的元件接收更高的功率来分配功率可以更自然。此外,如果波导604具有位于波导604的中心的馈送波导606,则波导604可以以对称方式来设计,以实现期望的功率分配。

图8是辐射电磁能量的示例方法800的流程图。应理解,这里未描述的其他操作方法也是可以的。

尽管块被顺序地示出,但是这些块也可以并行地和/或按与这里描述的顺序不同的顺序来执行。此外,基于期望的实现方式,各个块可以被组合成更少的块、被分割成附加的块和/或被去除。

在块802处,方法800包括在天线系统处通过馈送波导将电磁能量馈送到波导的中心。在一些示例中,天线系统的第一层包括联接到馈送端口的馈送波导的第一部分。

在块804处,方法800包括经由波导在(i)馈送波导和(ii)布置成线性阵列的辐射元件组中的每个辐射元件之间传播电磁能量(例如,77GHz毫米电磁波)。在一些示例中,天线系统的第二层包括馈送波导的第二部分和波导的第一部分。馈送波导的第一部分联接到馈送波导的第二部分,使得馈送波导引起电磁能量在平行于第一层和第二层之间的接缝的方向上的传播。此外,馈送波导的第二部分在联接点处联接到波导的第一部分。例如,天线系统可以类似于图6和图7所示的天线配置600。

在一些示例中,辐射元件组被布置成线性阵列,并且可以包括从线性阵列的中心在第一方向上延伸的第一辐射元件子集和从线性阵列的中心在第二方向上延伸的第二辐射元件子集。例如,第一辐射元件子集中的辐射元件的第一数量等于第二辐射元件子集中的辐射元件的第二数量。线性阵列还可以包括辐射元件的其他布置和数量。

在块806处,方法800包括为每个辐射元件提供传播的电磁能量的一部分。例如,来自波导馈送部的电磁能量可以基于锥形轮廓来分配。具体地,多个辐射元件中的每个辐射元件可以基于锥形轮廓来接收电磁能量的一部分。

在一些示例中,电磁能量被均匀地分配。在其他示例中,基于锥形轮廓分配来自波导馈送部的电磁能量对来自波导馈送部的功率进行不均匀地分配。在另外的示例中,分配来自波导馈送部的电磁能量还涉及波束形成网络将电磁能量分配到多个波导。

在一些示例中,天线系统的第三层包括波导的第二部分和布置成线性阵列的辐射元件组。每个辐射元件联接到波导的第二部分,并且联接点与线性阵列的中心对准。

在块808处,方法800包括经由每个辐射元件辐射耦合的电磁能量的部分。基于每个相应辐射元件的由锥形轮廓限定的相关幅度和相位,每个辐射元件辐射耦合的电磁能量的一部分。

图9是接收电磁能量的示例方法900的流程图。应理解,这里未描述的其他操作方法也是可以的。

尽管块被顺序地示出,但是这些块也可以并行地和/或按与这里描述的顺序不同的顺序来执行。此外,基于期望的实现方式,各个块可以被组合成更少的块、被分割成附加的块和/或被去除。

在块902处,方法900可以涉及在位于天线的第三层中的线性阵列的辐射元件处接收电磁能量。例如,天线可以包括多个层并且第三层可以包括与图6和图7所示的天线配置类似的辐射元件组。一个或更多个辐射元件可以接收与从天线环境中的表面反射的雷达信号的反射对应的电磁能量。

在块904处,方法900可以涉及将接收到的电磁能量耦合到波导中。在一些示例中,天线可以被配置为使得波导的第一部分在天线的第二层中并且波导的第二部分在天线的第三层中。

在块906处,方法900可以涉及将接收到的电磁能量的至少一部分耦合到馈送波导中。天线配置可以包括:馈送波导的第一部分,在天线的第一层中;以及馈送波导的第二部分,在天线的第二层中在联接点处联接到波导的第一部分。具体地,馈送波导的第一部分可以联接到馈送波导的第二部分,使得馈送波导引起电磁能量在平行于天线的第一层和第二层之间的接缝的方向上的传播。第二层的联接点可以与线性阵列的中心对准。

在块908处,方法900可以涉及将从馈送波导接收的电磁能量耦合到外部部件。例如,电磁能量的一部分可以通过馈送波导传播到外部部件(诸如雷达芯片)中。

还应理解,此类天线的给定应用可以为上述两个金属层的各种机械加工的部分和/或为这里描述的天线的其他机械加工(或非机械加工)的部分/部件确定适当的尺寸和大小(例如,通道大小、金属层厚度等)。例如,如上所述,一些示例雷达系统可以被配置为以77GHz的W频带电磁波频率(其对应于毫米电磁波长度)操作。在该频率下,通过方法400制造的装置的通道、端口等可以具有适合于77GHz频率的给定尺寸。其他示例天线和天线应用也是可以的。

应理解,波导通道、波导通道的部分、波导通道的侧面、波定向构件等的其他形状和尺寸也是可以的。在一些实施方式中,波导通道的矩形形状可以非常便于制造,尽管可以实施其他已知或尚未知晓的方法来以等同或甚至更大的便利制造波导通道。

应理解,这里描述的布置仅出于示例的目的。这里,本领域技术人员将认识到,可以代替地使用其他布置和其他元件(例如,机器、装置、接口、功能、命令和功能分组等),并且根据期望的结果可以完全省略一些元件。此外,所描述的许多元件是功能实体,其可以在任何合适的组合和位置中被实现为离散或分布式的部件或者结合其他部件来实现。

虽然这里已经公开了各种方面和实施方式,但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员将是明显的。这里公开的各种方面和实施方式是出于说明的目的并不旨在进行限制,并且范围由所附权利要求指示。

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