CN111164825A - 单层pcb上的宽带波导发射设计 - Google Patents

单层pcb上的宽带波导发射设计 Download PDF

Info

Publication number
CN111164825A
CN111164825A CN201880046996.6A CN201880046996A CN111164825A CN 111164825 A CN111164825 A CN 111164825A CN 201880046996 A CN201880046996 A CN 201880046996A CN 111164825 A CN111164825 A CN 111164825A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
coupling
circuit board
port
magnetic field
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880046996.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111164825B (zh
Inventor
H.K.潘
A.布朗
E.麦克洛斯基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waymo LLC
Original Assignee
Waymo LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waymo LLC filed Critical Waymo LLC
Publication of CN111164825A publication Critical patent/CN111164825A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111164825B publication Critical patent/CN111164825B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/026—Coplanar striplines [CPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/08—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices
    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
    • H01P5/107—Hollow-waveguide/strip-line transitions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides
    • H01Q21/005—Slotted waveguides arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Waveguides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本申请公开了涉及电磁装置的实施例。在一个方面，本装置包括：电路板，被配置为传播电磁信号；波导，被配置为传播电磁信号；以及耦合端口，被配置为在电路板和波导之间耦合电磁信号。该装置还包括设置在电路板上的辐射结构。该辐射结构包括：电场耦合部件，其被配置为在电路板和耦合端口之间耦合电场；以及磁场耦合部件，其被配置为在电路板和耦合端口之间耦合磁场。

Description

单层PCB上的宽带波导发射设计
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月24日提交的美国专利申请No.15/603,978的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
背景技术
除非本文另外指出，否则本节中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且由于包含在本节中而不能被承认是现有技术。
无线电检测和测距(RADAR)***可以用于通过发射无线电信号并检测返回的反射信号来主动估计距环境特征的距离。可以根据发送和接收之间的时间延迟来确定到无线电反射特征的距离。雷达***可以发射频率随时间变化的信号，诸如具有随时间变化的频率斜坡的信号，然后将发射的信号和反射的信号之间的频率差与范围估计相关联。一些***还可以基于所接收的反射信号中的多普勒频移来估计反射目标的相对运动。定向天线可以用于信号的发送和/或接收，以将每个范围估计与方位相关联。更一般地，定向天线还可以用于将辐射能量聚焦在给定的感兴趣视场上。将测得的距离和定向信息结合起来，可以绘制周围的环境特征。因此，雷达传感器可以例如由自动驾驶车辆控制***使用，以避免由传感器信息指示的障碍物。
某些示例车辆雷达***可以被配置为以77吉赫兹(GHz)的电磁波频率工作，该频率对应于毫米(mm)的电磁波长(例如，对于77GHz为3.9mm)。这些雷达***可以使用可以将辐射的能量聚焦成紧密束的天线，以使雷达***能够高精度地测量环境，诸如自动驾驶车辆周围的环境。生产这样的天线可以是紧凑的(通常具有矩形形状因数；例如，1.3英寸高乘以2.5英寸宽)、高效率的(例如，在天线中因热而损失的77GHz能量很小，或者反射回发送器电子器件中)并且价格便宜的。
发明内容
本申请公开了涉及电磁装置的实施例。一方面，本装置包括被配置为传播电磁信号的电路板。该装置还包括被配置为传播电磁信号的波导(waveguide)。该装置还包括被配置为在电路板和波导之间耦合电磁信号的耦合端口。电路板靠近耦合端口。另外，该装置包括设置在电路板上的辐射结构。辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件。电场耦合部件被配置为在电路板与耦合端口之间耦合电场，并且磁场耦合部件被配置为在电路板与耦合端口之间耦合磁场。
在另一方面，本申请描述了一种方法。该方法涉及通过电路板传导电磁能。电路板靠近波导的耦合端口。该方法还包括通过设置在电路板上的辐射结构辐射至少一部分电磁能作为辐射电磁能。辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件。该方法还包括经由耦合端口将至少一部分辐射电磁能耦合到波导中。经由耦合端口将辐射的电磁能的一部分耦合到波导中包括：通过电场耦合部件将电场从电路板耦合到耦合端口；以及通过磁场耦合部件将磁场从电路板耦合到耦合端口。
在另一方面，本申请描述了另一种方法。该方法可以包括通过波导传播电磁能。该方法还包括将至少一部分电磁能从波导接收到电磁波耦合端口中。另外，该方法包括将至少一部分所接收的电磁能从耦合端口耦合到电路板。将所接收的电磁能的一部分从耦合端口耦合到电路板包括：通过布置在电路板上的电场耦合部件将电场从耦合端口耦合到电路板；以及通过设置在电路板上的磁场耦合部件将磁场从耦合部分耦合到电路板。
在另一方面，提供了一种***，该***包括用于通过波导传播电磁能的装置。该***还包括用于从波导接收至少一部分电磁能作为所接收的电磁能的装置。另外，该***包括用于将从用于接收的装置接收的至少一部分电磁能耦合到电路板的装置。将从用于接收的装置接收的至少一部分电磁能耦合到电路板包括：用于耦合电场的装置和用于耦合磁场的装置。
在另一方面，提供了一种***，该***包括用于通过波导传播电磁能的装置。该***还包括用于从用于传播的装置接收至少一部分电磁能作为所接收的电磁能的装置。另外，该***包括用于将从用于接收的装置接收的至少一部分电磁能耦合到电路板的装置。将从用于接收的装置接收的至少一部分电磁能耦合到电路板包括用于耦合电场的装置和用于耦合磁场的装置。
前述发明内容仅是说明性的，而无意以任何方式进行限制。除了上述说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
图1A是将电磁能从电路板耦合到波导中的示例方法的流程图。
图1B是将电磁能从波导耦合到电路板的示例方法的流程图。
图2A示出了根据示例实施例的示例天线的第一层。
图2B示出了根据示例实施例的示例天线的第二层。
图2C示出了根据示例实施例的示例天线的组装图
图2D示出了根据示例实施例的示例天线的组装图。
图2E示出了根据示例实施例的在组装的示例天线内部形成的概念性波导通道。
图3A示出了根据示例实施例的示例天线的波分通道网络。
图3B示出了根据示例实施例的图3A的波分通道网络的替代视图。
图4A示出了示例性PCB到波导的过渡。
图4B示出了根据示例实施例的PCB安装的耦合结构的俯视图。
图4C示出了根据示例实施例的PCB安装的耦合结构的俯视图。
图4D示出了根据示例实施例的PCB安装的耦合结构的俯视图。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，否则相似的符号通常标识相似的部件。在详细描述中，附图和权利要求中描述的说明性实施例并不意味着是限制性的。在不脱离本文提出的主题的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。容易理解的是，可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计如本文一般地描述的以及在附图中示出的本公开的各方面，所有这些都在这里被明确地构想。
下面的详细描述公开了一种装置，该装置包括例如用于自动驾驶车辆的雷达***的天线，以及用于操作这种天线的方法。在一些示例中，天线可以是“双开口波导”(DOEWG)天线。术语“DOEWG”可以指的是水平波导通道的短段加上分成两个部分的垂直通道，其中垂直通道的两个部分中的每个部分都包括被配置为辐射至少一部分进入天线的电磁波的输出端口。尽管本公开总体上讨论了DOEWG架构，然而它也可以应用于耦合到印刷电路板(PCB)结构的其他天线和波导架构。
另外，本公开总体上描述了关于RADAR***，然而，本设计不限于RADAR***，并且可以扩展到其他无线电***。例如，该设计还可以用于无线通信***，诸如第五代(5G)毫米波(mm-wave)通信和毫米波回程设计。另外，当前公开的设计可用于许多不同的频带，包括但不限于77GHz车辆雷达、LMDS频带(28GHz-31GHz)、V频带60GHz、E频带(71-76GHz/81-86GHz)和5G毫米波(27GHz-28GHz和37GHz-39GHz)。
示例性DOEWG天线可以包括例如两个金属层(例如，铝板)，可以用计算机数字控制(CNC)对其进行加工，正确对齐并连接在一起。第一金属层可以包括输入波导通道的第一半，其中第一波导通道的第一半包括可以被配置为将电磁波接收到第一波导通道中的输入端口。第一金属层还可以包括多个波分通道的第一半。多个波分通道可以包括从输入波导通道分支出来的通道网络，并且可以被配置为接收来自输入波导通道的电磁波，将电磁波分为多个电磁波部分(即，功率分配器)，并将电磁波的相应部分传播到多个波辐射通道的各个波辐射通道。DOEWG还可以包括至少一个PCB背板，该PCB背板被配置为将电磁辐射注入到波导中并从波导中去除电磁辐射。
此外，第一金属层可以包括多个波辐射通道的第一半，其中各个波辐射通道可以被配置为从波分通道接收电磁波的各个部分，并且其中各个波辐射通道的第一半包括至少一个波导构件，该波导构件被配置为将电磁波的子部分传播到另一金属层。由于波导的一部分在波导块的两个部分中的每一个中，因此此处的构造可以称为***块构造。
此外，第二金属层可以包括输入波导通道、多个波分通道和多个波辐射通道的第二半。各个波辐射通道的第二半可以包括至少一对输出端口，其与至少一个波导构件部分地对准，并且被配置为将从至少一个波导构件传播的电磁波的子部分辐射出第二金属层。更具体地，给定的波导构件与对应的一对输出端口的组合可以采取如上所述的(在这里可以称为)DOEWG的形式。
虽然在该特定示例中，天线包括多个波分通道和多个波辐射通道，然而在其他示例中，天线可以仅包括单个通道，该单个通道被配置为将由输入端口接收的所有电磁波传播到一个或多个波辐射通道。例如，所有电磁波可以通过单个DOEWG辐射出第二金属层。其他示例也是可能的。
此外，尽管在该特定示例中以及在此描述的其他示例中，天线装置可以包括至少两个金属层，然而应当理解，在其他示例中，所描述的一个或多个通道上面的天线可以被形成为单个金属层，也可以被形成为组成天线的两个以上的金属层。更进一步，在本文的示例内，出于说明天线的某些部件的功能的目的，描述了从DOEWG天线的一层传播到另一层的电磁波(或其部分/子部分)的概念，诸如波导构件。实际上，在电磁波通过天线传播的特定点期间，可能不会将电磁波限制在某个通道的任何“一半”内。而是，在这些特定点处，当两半结合形成给定通道时，电磁波可以通过给定通道的两半自由传播。
在本文所讨论的一些实施例中，可以在不使用粘合剂、电介质或其他材料的情况下，并且在没有可以用于结合两种金属的方法(诸如焊接、扩散结合等)的情况下，直接结合两个金属层。例如，可以通过使两层物理接触而将两层金属结合在一起，而无需任何进一步的耦合这些层的手段。
在一些示例中，本公开包括在PCB上的辐射结构，该辐射结构将电磁辐射发射到波导中或从波导接收电磁辐射。先前讨论的辐射波导可以被配置为在辐射波导输入处接收电磁信号，沿着辐射波导的长度向下传播电磁信号，并且将电磁信号的至少一部分耦合到被配置为辐射耦合的电磁信号的至少一个辐射结构。在PCB和波导具有接口的情况下，电磁波可以从沿PCB迹线传播过渡到在波导中传播(反之亦然)。PCB可以包括辐射结构，该辐射结构包括至少一个天线，该至少一个天线可以将电磁信号发送到波导中或者从波导接收电磁信号。
诸如天线的辐射结构可以具有相互的特性，因为它可以起到以类似方式发送或接收信号的作用。因此，在本描述中，可以关于发送(或接收)描述属性。然而，辐射结构可以关于发射和接收两者以类似的方式起作用。因此，辐射结构可以不限于仅发送或仅接收。
可能希望在PCB上具有有效地将电磁信号发射到波导中或从波导接收电磁信号的辐射结构。如果效率低，则只有一小部分电磁能会从PCB耦合到波导中或耦合出波导。其余的电磁能可能不会被辐射，可能会被反射或被包含在波导或PCB中。这种电磁能可能会在雷达***中产生不良影响。因此，可能期望使用高效的辐射结构。
在一个示例中，还可能期望对于辐射结构具有宽的工作带宽。宽带宽可以允许辐射结构在很宽的频率范围内操作。相反，常规的辐射结构可能具有窄的操作带宽。具体地，常规的辐射结构可以仅在窄的频率范围内有效地辐射到波导中。因此，常规的辐射结构在其窄的工作带宽之外可能无法有效地工作。然而，通过使用当前公开的辐射结构，可以增加操作的带宽。
所公开的天线装置可以包括被配置为用作波导馈源的耦合端口。波导馈源可以是金属结构中的耦合端口，该耦合端口使得电磁波能够进入天线装置。当电磁波进入天线装置时，它可以如前所述被分开并被辐射。
天线装置的每个耦合端口可以具有相关联的端口阻抗。端口阻抗可能影响端口可以耦合到天线装置中或从天线装置中耦合出来的电磁能的百分比。因此，可能期望优化端口阻抗和/或辐射结构的阻抗，以便能量可以有效地进入或离开天线装置。可能有几种方法可以优化端口阻抗。另外，辐射结构可以包括使辐射结构与波导的耦合端口阻抗匹配的几何形状或结构。例如，耦合端口可以是在波导块中的将电路板层耦合到波导层的孔。通过阻抗匹配，可以提高辐射结构的效率。
在又一些示例中，耦合端口可以用作双向端口。它既可以将馈源信号提供给波导，又可以从波导中去除未辐射的电磁能。
现在参考附图，图1A是将电磁能耦合到引导件中的示例性方法100的流程图。并且，图1B是用于耦合来自引导件的电磁能的示例性方法110的流程图。应当理解，这里未描述的其他操作方法也是可能的。
还应当理解，这种天线的给定应用可以为本文描述的天线的上述两个金属层的各种加工部分(例如，通道尺寸、金属层厚度等)和/或其他加工(或非加工)部分/部件确定合适的尺寸和大小。例如，如上所述，一些示例性雷达***可以被配置为以77GHz的电磁波频率操作，该频率对应于毫米电磁波长度。在该频率下，通过方法100和方法110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能的。
尽管以顺序的顺序示出了这些块，然而这些块也可以并行地和/或以与本文描述的顺序不同的顺序来执行。而且，各种块可以基于期望的实现方式被组合成更少的块、被划分成另外的块和/或被移除。
此外，可以通过结合图2A-2F、3A、3B和4A-4D描述的设备来实现图1A的方法100和图1B的方法110。图1B的方法110可以是与图1A的方法100相对的。图1A的方法100针对发送具有所公开的结构的信号，而方法110针对接收具有所公开的结构的信号。
实际上，方法100可以是在雷达信号的传输期间执行的方法。在块102处，方法100包括通过电路板传导电磁能(例如，77GHz毫米电磁波)。在各种示例中，取决于各种实施例，电磁能可以以几种不同模式中的至少一种传播。在一个示例中，电磁能可以沿着电路板上的差分线对传播。在另一个示例中，电磁能可以沿着电路板上的单条线传播。电磁能可以是用于通过天线和/或雷达单元传输的信号。在各种示例中，可以使用不同类型的信令来形成电磁能。实际上，方法100可以是在雷达信号的传输期间执行的方法。
在块104处，方法100包括通过布置在电路板上的辐射结构来辐射至少一部分电磁能作为辐射电磁能，其中，辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件。电路板可以具有辐射电磁能的至少一个部件。在一些示例中，该辐射部件可以在功能上类似于安装在电路板上的贴片天线。各种其他类型的部件也可以用于从电路板辐射电磁能。在本发明的范围内，也可以使用各种天线、贴片、缝隙或其他辐射部件。辐射部件还可以用作可以从耦合端口接收电磁能的部件(即，该部件可以以双向方式起作用)。
辐射部件被配置为将在电路板上传播的至少一部分电磁能转换为辐射电磁能(即，不包含在电路板的金属迹线上或电路板之内的电磁能)。在一些示例中，电磁信号可以沿电路板的一条或多条迹线向下传播。当电磁信号传播到辐射部件时，辐射部件可以将全部或一部分电磁信号作为电磁信号辐射离开辐射部件。
在传统的电路板到波导的过渡中，辐射部件可以包括正方形和/或矩形的贴片，其被配置为将电磁能从电路板辐射到波导的耦合端口中。然而，贴片天线的使用带宽可能有限。此外，贴片天线的阻抗也可能与耦合端口的阻抗不太匹配。
当前公开的装置包括辐射结构，该辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件。尽管可以将电场和磁场耦合部件描述为分开的部件，但在某些示例中，它们可以是单个辐射单元的不同部分。另外，电场和磁场耦合部件可以被描述为耦合各自的电场或磁场，然而，每个部件都可以耦合电场和磁场两者。
术语电场辐射部件和磁场辐射部件描述了场辐射的近场特性和方法。例如，电场辐射部件可以主要在部件的近场中激发电场。在远场中，该电场可以感应传播的电磁波(即电场和磁场两者)。类似地，磁场辐射部件可以主要在部件的近场中激发磁场。与电场辐射部件一样，在远场中，磁场可以感应传播的电磁波(即电场和磁场两者)。
在一些示例中，电场耦合部件可以采取贴片的形式。贴片可以采取正方形、矩形和/或修改的正方形或矩形的形状。贴片可以被耦合到在电路板上传播电磁信号的迹线。电场耦合部件可以将来自电路板的电场耦合到波导单元的耦合端口中。例如，电场耦合部件可以感应引起远场电磁传播的近场电场。偶极天线是电场耦合部件的一个示例。磁场耦合部件可以将来自电路板的磁场耦合到耦合端口中。例如，磁场耦合部件可以感应引起远场电磁传播的近场磁场。环形天线是磁场耦合部件的一个示例。
磁场耦合部件可以增加电场耦合部件的带宽和效率。在一些示例中，磁场耦合部件可以物理地连接到电场耦合部件和/或馈送电磁信号的迹线。在其他示例中，磁场耦合部件可以与电场耦合部件和/或馈送电磁信号的迹线物理分开。在其中磁场耦合部件与电场耦合部件和迹线分开的示例中，磁场耦合部件可以耦合到由电场耦合部件辐射的电磁信号的一部分并对其进行辐射。
如前所述，磁场耦合部件可以采取环形天线的形式。环形可以是电路板上的金属迹线。如先前所论述，环形可以耦合到电场耦合部件或与电场耦合部件分开。环形可以导致近场磁场，从而将电磁辐射发射到耦合端口中。
在块106处，方法100包括通过耦合端口将至少一部分辐射电磁能耦合到波导中。耦合端口可以是在波导和电路板之间的通路。该通路允许来自电路板的电磁能进入波导。在一些示例中，耦合端口可以具有基于端口的期望阻抗的尺寸。端口的阻抗可能部分地影响来自耦合到波导中的电路板的电磁能的百分比。由于端口阻抗可以影响端口可以耦合到天线装置中或从天线装置中耦合出来的电磁能的百分比，因此可能需要(i)优化端口阻抗，以便能量可以有效地进入或离开天线装置，或者(ii)设计电路板的辐射部件，以优化能量传送。可以通过调整端口尺寸来控制端口阻抗的优化。
在一些示例中，电路板可以耦合到形成本***的天线(例如，雷达)单元的块。例如，并且如关于以下附图所讨论的，该***可以以块的形式构造。可以在块的平面上创建波导和相关联的波束成形网络。在各种示例中，电路板可以被安装在底部块的底部上，并且耦合端口可以穿过底部块的底部。在另一个示例中，电路板可以被安装到块的一侧。在该示例中，耦合端口可以通过顶块和底块之一或两者的侧面。
转到图1B，在块112处，方法110包括通过波导传播电磁能。可能已通过波导的至少一个天线从***外部接收波导中的电磁能。实际上，方法110可以是在接收雷达信号期间执行的方法。耦合到波导的天线可以接收电磁能并且沿着波导传播电磁能。
在块114处，方法110包括通过耦合端口从波导接收至少一部分辐射电磁能作为所接收的电磁能。如前所述，耦合端口可以是波导和电路板之间的通路。作为方法110的一部分，该通路允许来自波导的电磁能离开波导并耦合到电路板的部件。
方法110的耦合端口可以以与方法100的耦合端口类似的方式起作用，然而以相反的方向操作(例如，方法100导致电磁能从电路板进入引导件，而方法110导致电磁能离开引导件到电路板)。类似于方法100，方法110的耦合端口可以具有基于端口的期望阻抗的尺寸。端口的阻抗可能部分地影响来自耦合到波导中的电路板的电磁能的百分比。由于端口阻抗可以影响端口可以耦合到天线装置中或从天线装置中耦合出来的电磁能的百分比，因此可能需要(i)优化端口阻抗，以便能量可以有效地进入或离开天线装置，或者(ii)设计电路板的辐射部件，以优化能量传送。可以通过调整端口尺寸来控制端口阻抗的优化。
在块116处，方法110包括通过电路板的耦合部件将至少一部分所接收的电磁能从耦合端口耦合到电路板，其中，经由耦合端口将辐射的电磁能的一部分耦合到波导中包括通过电场耦合部件将来自电路板的电场耦合到耦合端口，以及通过磁场耦合部件将来自电路板的磁场耦合到耦合端口。电路板可以具有接收电磁能的辐射部件。关于块116描述的辐射部件可以类似于关于块104描述的辐射部件。然而，块116的辐射部件可以起到将电磁信号从耦合端口耦合到电路板的作用。辐射部件还可以用作可以将电磁能辐射到耦合端口中的部件(即，该部件可以以双向方式起作用)。如前所述，辐射部件包括电场和磁场辐射部件。
图2A-F的部件的布置被示为可以在其中使用本公开的示例***和布置。波导和天线的其他形状、对准、位置、样式和其他布置可以与本文公开的PCB过渡耦合端口一起使用。
图2A至2F给出了用于波导的一种示例布局。图2A至图2F所示的示例旨在示出一种可以与所公开的宽带波导发射设计一起使用的特定布置。
图2A示出了示例性的第一金属层200，其包括多个波导通道202的第一半。这些波导通道202可以包括多个细长段204。在每个细长段204的第一端206可以是多个共线的波导构件208，其尺寸与其他波导构件相似或不同。与上面的描述一致，细长段204的第一端206在本文中可以被称为波辐射通道的第一半。
在与第一端206相对的通道202的第二端210处，一个细长段204可以包括一个通孔212(即耦合端口)。可以使用给定量的功率将相应量的电磁波(即能量)馈送到装置中，并且通孔212可以是将这些波馈送到装置中的位置。根据以上描述，包括输入端口的波导通道202的单个通道/段在本文中可以被称为输入波导通道。此外，通道202的第二端210可以耦合到衰减部件(这里未示出)。
在进入装置时，电磁波通常可以在+x方向上(如所示出的)朝着功率分配器214的阵列(例如，“波束形成网络”)传播。阵列214可以起到将电磁波分开并且将波的各个部分传播到每个细长段204的各个第一端206的作用。更具体地，在离开阵列214朝向波导构件208之后，波可以继续沿+x方向传播。根据以上描述，波导通道的阵列214部分在本文中可以被称为波分通道。
随着电磁波的部分到达波导通道202的每个细长段204的第一端206的波导构件208，波导构件208可以传播通过电磁能的各个子部分至波导通道的第二半(例如，沿+z方向，如图所示)。例如，电磁能可以首先到达凹入的波导构件，或者进一步加工到第一金属层200(例如，凹穴)中。该凹入构件可以被配置为比第一端206下方的每个后续构件传播更小的电磁能，第一端206可以是突出构件而不是凹入构件。
此外，每个后续构件可以被配置为比在其之前的构件传播更大的一部分电磁波，该电磁波沿着第一端206处的特定细长段204向下传播。这样，在第一端206的远端处的构件可以被配置为传播最高比例的电磁波。每个波导构件208可以采取具有各种尺寸的各种形状。在其他示例中，可以使一个以上的构件(或没有构件)凹入。其他示例也是可能的。另外，变化数量的细长段是可能的。
第二金属层可以包含一个或多个波导通道的第二半，其中一个或多个波导通道的第二半的各个部分包括基本上与一个或多个波导通道的第一半的细长段对齐的细长段，以及在细长段的一端的至少一对通孔，其与至少一个波导构件部分地对准并且被配置为辐射从第二金属层中的至少一个波导构件传播的电磁波。
在示例内，当两个细长段在阈值距离之内或当这些段的中心在阈值距离之内时，可以认为第二半的细长段与第一半的细长段基本对准。例如，如果两个段的中心在彼此的大约±0.051mm之内，则该段可以被认为是基本上对准的。
在另一个示例中，当两半组合在一起时(即，当两个金属层接合在一起时)，如果段的第一半的边缘与对应的段的第二半的边缘彼此之间的距离在±0.051mm之内，则可以认为段的边缘基本对齐。
在其他示例中，当接合两个金属层时，一个层可以相对于另一层倾斜，使得它们的侧面彼此不齐平。在这样的其他示例中，当该角度偏移小于大约0.5度时，两个金属层，并且因此两个半段，可以被认为是基本上对准的。
在一些实施例中，至少一对通孔可以垂直于一个或多个波导通道的第二半的细长段。此外，至少一对通孔中的各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由相应的波导构件传播的电磁波的至少一部分，并且将电磁波的至少一部分传播到第二部分。更进一步地，第二部分可以包括被配置为双峰的两个输出端口，并且可以被配置为从一对通孔的第一部分接收电磁波的至少一部分，并且将电磁波的至少该部分传播出两个输出端口。
图2B示出了上述第二金属层220。第二金属层220可以包括图2A所示的第一金属层200的多个波导通道202的第二半(即，输入波导通道、波分通道和波辐射通道的第二半)。如图所示，波导通道202的第二半可以采取通道的第一半的一般形式，以便于通道的两半的正确对准。第二半的细长段222可以包括功率分配器的阵列224的第二半。如上所述，电磁波可以经过阵列224，在那里它们被分成多个部分，然后这些部分传播(即，在+x方向，如图所示)到细长段222的第二半的相应端226。
此外，给定的细长段的端226可以包括多对通孔228，通孔228可以至少部分地与第一金属层200的波导构件208对齐。更具体地，每对通孔可以至少部分地与相应的波导构件(也称为反射元件)对准，使得如上所述当电磁波的给定子部分从第一金属层200传播到第二金属层220时，然后将这些子部分在–z方向从通孔对(例如，一对输出端口)辐射出去，如图所示。再次，给定的波导构件和对应的输出端口对的组合可以形成DOEWG，如上所述。
此外，所有DOEWG的组合在本文中可以称为DOEWG阵列。在天线理论中，当天线具有较大的辐射孔径(例如，天线的辐射表面积为多少，该表面积包括DOEWG阵列)时，天线可能具有较高的增益(dB)和较窄的波束宽度。这样，在一些实施例中，较高增益的天线可以包括更多的通道(例如，细长段)，每个通道具有更多的DOEWG。尽管图2A和2B中示出的示例性天线可以适合于自主车辆目的(例如，六个细长段，每个段具有五个DOEWG)，然而其他实施例也可以是可能的，并且可以将此类其他实施例设计/加工用于各种应用，包括但不限于车辆雷达。
例如，在这样的其他实施例中，天线可以包括单个DOEWG的最小值。通过这种布置，输出端口可以在所有方向上辐射能量(例如，低增益、宽光束宽度)。通常，可以由用于第一和第二金属层的金属的类型来确定段/DOEWG的上限。例如，具有高电阻的金属可能会衰减电磁波，因为该电磁波沿着波导通道传播。这样，当设计更大的高阻天线(例如，更多的通道、更多的段、更多的DOEWG等)时，经由输入端口注入天线的能量可能会衰减到从天线辐射出去不太多的能量的程度。因此，为了设计更大的天线，可以将电阻更小(导电性更高)的金属用于第一和第二金属层。例如，在本文描述的实施例中，第一金属层和第二金属层中的至少一个可以是铝。此外，在其他实施例中，第一和第二金属层中的至少一个可以是铜、银或另一种导电材料。此外，铝金属层可以镀有铜、银或其他低电阻/高电导率的材料以提高天线性能。其他示例也是可能的。
天线可以包括至少一个紧固件，该至少一个紧固件被配置为将第一金属层连接到第二金属层，以便将一个或多个波导通道的第一半与一个或多个波导通道的第二半对齐以形成一个或多个波导通道(例如，将分离块的多个波分通道的第一半与分离块的多个波分通道的第二半对准，并且将多个波辐射通道的第一半与多个波辐射通道的第一半对齐)。为了在一些实施例中促进这一点，第一金属层、第一多个通孔(图2A中未示出)可以被配置为容纳至少一个紧固件。另外，在第二金属层中，第二多个通孔(图2B中未示出)可以与第一多个通孔基本对准并且被配置为容纳用于将第二金属层接合至第一金属层的至少一个紧固件。在这样的实施例中，可以将至少一个紧固件设置在对准的第一和第二多个通孔中，并以使得两个金属层接合在一起的方式固定。
在一些示例中，至少一个紧固件可以是多个紧固件。机械紧固件(以及用于促进紧固的技术)，诸如螺钉和定位销，可用于将两个金属层接合在一起。此外，在一些示例中，两个金属层可以彼此直接接合，而其间没有粘合剂层。更进一步，可以使用不同于粘附、扩散结合、焊接、铜焊等的方法将两个金属层接合在一起。然而，有可能在其他示例中，除了用于接合已知的金属层的任何方法之外，或者可以替代用于接合金属层的任何方法的方法可以被使用。
在一些实施例中，除了第一和/或第二金属层的多个通孔之外或替代第一和/或第二金属的多个通孔，可以在第一金属层和/或第二金属层中形成一个或多个盲孔。在这样的实施例中，一个或多个盲孔可用于紧固(例如，容纳螺钉或对准销)或可用于其他目的。
图2C示出了示例天线240的组装图。示例天线240可以包括第一金属层200和第二金属层220。第二金属层220可以包括多个孔242(通孔和/或盲孔)，其被配置为容纳定位销、螺钉等。第一金属层200也可以包括与第二金属层220的孔242对准的多个孔(未示出)。
此外，图2C示出了具有给定宽度246和给定长度248的DOEWG阵列244，其可以基于天线240的DOEWG和通道的数量而变化。例如，在示例实施例中，DOEWG阵列可以具有约11.43mm的宽度和约28.24mm的长度。此外，在这样的示例实施例中，除了或替代示例天线240的其他尺寸之外，这些尺寸可以以允许最大约0.51mm误差的公差进行加工，尽管在其他实施例中，或多或少可能需要有错误。DOEWG阵列的其他尺寸也是可能的。此外，在一些示例中，其他成形状的输出可以用于辐射结构。尽管在图2C中显示为椭圆形，然而辐射结构可以采取任何形状，并且该形状对于本公开不是关键的。在一些示例中，辐射结构可以是正方形、圆形、线性、Z形等。
在一些实施例中，第一金属层200和第二金属层220可以由铝板(例如，大约6.35mm的坯料)加工而成。在这样的实施例中，第一金属层200的厚度可以是至少3mm(例如，大约5.84mm至6.86mm)。此外，第二金属层220可以由6.35mm的坯料加工成约3.886mm的厚度。其他厚度也是可能的。
在一些实施例中，两个金属层200、220的接合可导致两层的配合表面之间的气隙或其他不连续性。在这样的实施例中，该间隙或连续性可以接近(或者可能尽可能接近)天线装置的长度的中心，并且可以具有大约0.05mm或更小的尺寸。
图2D示出了示例性天线240的另一组装图。如图所示，第一金属层200可以包括多个孔250(通孔和/或盲孔)，孔250被配置为容纳对准销、螺钉等。多个孔250中的一个或多个可以与第二金属层220的孔242对准。此外，图2D示出了输入耦合端口212，其中天线240可以将电磁波接收到一个或多个波导通道202中。另外，图2D特征在于多个耦合端口252。耦合端口252可以从第一金属层200内的波导耦合到PCB(图2D中未示出)上的部件，该PCB耦合来自相应耦合端口的电磁能。耦合端口212、252可以采取图4A的耦合端口404的形式。
图2E示出了在组装的示例天线内部形成的概念性波导通道260。更具体地，波导通道260采取图2A和2B的波导通道202的形式。例如，通道260包括到输入波导通道264的输入端口262。通道260还包括波分通道266和多个辐射双峰268(例如，DOEWG阵列)。如上所述，当电磁波在输入耦合端口262处进入通道260时，它们可以沿+x方向行进通过输入波导通道264，并且被波分通道266分成多个部分(例如，通过功率分配器)。然后，电磁波的那些部分可以在+x方向上传播到相应的辐射双峰268，其中例如这些部分的子部分通过成对的输出端口(诸如对270)辐射出每个DOEWG。
在特定的波辐射通道中，电磁波的一部分可以首先通过具有凹入的波导构件272(例如，反向步骤或“阱(well)”)的第一DOEWG传播，如上所述。该凹入的波导部件272可以被配置为辐射特定波辐射通道的DOEWG的所有部件中的能量的最小部分。在一些示例中，可以形成后续波引导构件274(例如，突出而不是凹入)，使得每个后续DOEWG可以辐射比其之前的DOEWG更高分数的其余能量。换句话说，每个波导构件272、274通常可以形成为在水平(+x方向)通道(例如，波辐射通道或如上所述的“细长段”的“第一端”)中的“阶梯形”，并被天线用于调整辐射的能量相对于天线进一步向下发送的能量。
在一些实施例中，给定的DOEWG可能不能辐射超过能量的阈值水平，并且可能不能辐射小于能量的阈值水平。这些阈值可以基于DOEWG部件(例如，波导构件、水平通道、垂直通道、两个输出端口之间的桥(bridge)等)的尺寸而变化，或者可以基于与天线相关联的其他因素而变化。
在一些实施例中，可以对第一金属层和第二金属层进行加工，使得波导通道260的各个侧面具有倒圆的边缘，诸如边缘276、278和280。
在图2E中进一步示出了耦合端口282和基于PCB的耦合部件284。基于PCB的耦合部件284可以耦合到耦合端口282。耦合端口282可以耦合到波分通道226的细长段222。在图4A至图4D中进一步讨论了基于PCB的耦合部件284和耦合端口282的设计。
图3A示出了根据示例实施例的示例天线的波分通道的网络300。图3B示出了根据示例实施例的波分通道的网络300的替代视图。
在一些实施例中，波分通道的网络300(例如，如上所述的波束形成网络)可以采用功率分配器树的形式，如图3A所示。能量可以通过输入波导通道进入天线，并在每个功率分配器(诸如功率分配器302)处被分(即分割)成较小的能量部分，并且可以经由后续的功率分配器被分多次，使得相应的能量的量被馈送到每个波辐射通道中(能量A-F，如图所示)。在给定的功率分配器处划分的能量的量可以由功率分配比来控制(即，在划分之后有多少能量进入一个通道304，而在划分之后有多少能量进入另一通道306)。可以基于对应的功率分配器的尺寸来调整给定的功率分配比。
在示例中，用于在两个通道304、306之间分配能量的技术可以是使用诸如在图3A的底部所示的通道的结构(例如，“四端口分支线耦合器”)。如图3A和3B所示，这种技术和结构设计可包括位于通道端的馈源310和耦合端口308，其中每个耦合端口308被配置为将通过通道返回的能量耦合到馈源310中的一个。馈源310可以被配置为吸收返回的能量。相对于图4B进一步讨论了馈源310和耦合端口308的设计。
图4A至图4D示出了所公开的装置的各种示例实施例。在单层PCB上公开的宽带波导发射设计可以利用将来自PCB迹线的信号耦合到辐射部件的馈源。在一些示例中，迹线物理地连接到辐射部件。在其他示例中，迹线可以在不进行物理接触的同时在辐射部件中感应场。
在一些示例中，辐射部件可以被设计为以与将在其中发射波的波导的类型相对应的模式发射波。例如，对于矩形波导，可能期望激发TE10模式，而对于圆形波导，可能期望激发TE11模式。另外，为了实现高度集成的电子模块，可能需要设计一种辐射结构，该辐射结构利用最少的面积以及最少数量的PCB金属层。
在本公开中提出的设计将单金属层设计用于PCB，同时还实现了大于10％的带宽。传统的贴片天线馈源将具有大约5％的带宽。在一个示例中，该设计的新颖性是由PCB上的辐射结构对电场和磁场的互补激发。试图获得相似带宽的先前设计技术通常需要两块具有四分之一波长的后短路波导，或者需要多层PCB设计，诸如接近贴片发射或孔径贴片发射。这种设计通过使用双重激发辐射结构在单层PCB上实现了高带宽。
图4A示出了示例性的波导402终端，其包括耦合端口404、馈源410和辐射部件408。馈源410可以安装在PCB 406上(例如，馈源410可以是PCB上的金属迹线)。可以将PCB安装到如图2D所示的***块式波导天线的底表面。此外，图4A示出了耦合端口404的一种示例性使用。耦合端口404也可以在除了当前公开的天线装置之外的实例中使用。例如，可以在电磁信号耦合到波导中和/或从波导中耦合出的任何情况下使用耦合端口404。此外，本文公开的耦合端口404也可以用于将来自PCB的信号有效地耦合至辐射结构，例如天线，而无需使用波导波束形成网络。
尽管在图4A中示出了辐射部件408耦合到单端馈源410，然而在其他示例中，辐射部件408可以是不同的形状，诸如单贴片(如关于图4B-4D所述)。另外，辐射部件408可以是双向部件，其既能够将电磁信号馈送到耦合端口以通过天线单元进行传输，又能够将电磁信号从波导耦合到馈源。另外，辐射部件408在图4A中被示为贴片。然而，图4B-4D公开了用于辐射部件408的几种不同形状，其包括电场和磁场辐射部分两者。示出了辐射部件408，用于讨论从辐射部件408到波导402的信号耦合。
图4A的波导402可以是波导细长段的一部分，诸如图2A的细长段204。更具体地说，图4A的波导402可以是不包括馈源的细长段之一。耦合端口404可以垂直地对准并且不在波导402的平面内。耦合端口404可以被配置为通过辐射结构408的方式将电磁能耦合到位于PCB 406上的馈源410。馈源410可以耦合到无线电硬件电子。无线电硬件电子可以是雷达收发器，其被配置为从馈送410发送和接收无线电信号。
在一些示例中，诸如图4A所示，每个耦合端口404的形状可以使波导的阻抗与辐射结构408的阻抗匹配(或近似匹配)。通过阻抗匹配，从波导402耦合到耦合端口404的反射的电磁能的量可以被最大化。例如，耦合端口404可以具有不同尺寸的部分以实现正确的阻抗匹配。此外，在天线单元具有多个耦合端口的情况下，基于对每个耦合端口的期望阻抗匹配，每个耦合端口可以具有其自己的尺寸。在又一些其他示例中，辐射结构408可以被设计为具有与耦合端口404的阻抗匹配的阻抗。在一些示例中，辐射结构408的电场和磁场耦合部件可以具有不同的形状和/或放置，以调整辐射结构408的阻抗。
另外，示出了耦合端口404和辐射结构408耦合到波导的底部。在其他示例中，耦合端口404、PCB 406和辐射结构408的对准可以具有不同的对准。例如，可以耦合到波导的侧面或末端。
为了创建耦合端口404，可以从耦合端口404的顶侧和耦合端口404的底侧两者对耦合端口404进行加工。通过设计具有可以被从两侧进行加工的尺寸的耦合端口404，可以创建耦合端口404，该耦合端口404执行阻抗匹配功能，同时还相对地容易制造。也可以设计更复杂版本的耦合端口，然而具有可以从耦合端口的顶侧和底侧两者进行加工的端口可以降低加工复杂性。
如先前所论述的，辐射结构408被配置为通过耦合端口404将来自波导的至少一部分电磁能耦合到馈源408。以这种方式，当辐射结构408将所接收的电磁能中的至少一部分进行耦合时，辐射结构408可以基本上用作接收天线。辐射结构408从波导接收所接收的至少一部分电磁能，并通过耦合端口将其耦合。
在其他示例中，耦合端口404可以起到将电磁能注入波导中的作用。在该示例中，辐射结构408被配置为将来自PCB 406上的馈源迹线410的至少一部分电磁能通过耦合端口404耦合到波导402。以这种方式，当辐射结构408耦合至少一部分电磁能时，辐射结构408可以基本上用作发送天线。辐射结构408发送来自馈送迹线的至少一部分电磁能，并通过耦合端口将其耦合。
在各种不同的示例中，辐射结构408可以采取不同的形式。例如，辐射结构408可以是金属贴片形结构，如图4A所示。辐射结构408可以类似于天线起作用，也就是说，辐射结构408可能能够发送或接收电磁能(即，波)。在功能上，在一个示例中，辐射结构408可以是被配置为将来自波导的导波转换为波导外部的导波(例如，将波耦合至馈源)的部件。在另一个示例中，辐射结构408可以是被配置为将来自波导外部的导波转换成波导中的导波的部件。
在各种示例中，可以以各种方式并且以各种材料和形状来制造辐射结构408。有许多结构可以起到使波从波导中的波转换成不在波导中的波的作用，并且可以代替辐射部件408(诸如图4B的耦合部件412)。
如图4B所示，辐射结构408可以是电路板406上的金属迹线(或贴片)。然而，在其他示例中，耦合部件可以是附接到PCB的分立部件。例如，耦合部件可以由涂覆、镀覆或以其他方式覆盖有金属的陶瓷形成。辐射部件408还可以由冲压金属、弯曲金属或其他金属结构形成。在一些其他示例中，辐射部件408本身可以是第二电路板上的金属带或部件，该第二条可以表面安装到PCB 406。
在一些示例中，辐射结构408可以是双向耦合器，其用于(i)将来自波导外部的信号耦合到波导中，以及(ii)将来自波导内部的信号耦合到波导之外。
在一些其他示例中，辐射结构408可以被配置为将来自波导外部的差模信号耦合到波导中。在一些其他示例中，辐射结构408可以被配置为将来自波导内部的信号耦合到波导之外作为差模信号。
在一些另外的示例中，辐射结构408可以被配置为将来自波导外部的单模信号耦合到波导中。在一些其他示例中，辐射结构408可以被配置为将来自波导内部的信号耦合到波导之外作为单模信号。
在各个实施例中，辐射结构408可以被设计成具有优化辐射结构408在其输入和输出之间耦合的电磁能的百分比的阻抗。
图4B示出了辐射结构的俯视图，该辐射结构包括电路板406上的电场耦合部件414和两个磁场耦合部件412。如先前所讨论的，馈源410可以将信号馈送到电场辐射部件414。由电场辐射部件414辐射的信号可以耦合到两个磁场辐射部件412。磁场辐射部件412反过来又可以辐射信号。如图4B所示，电场辐射部件414是修改的矩形贴片。贴片的特征在于在馈源410的每一侧上具有两个切口。贴片中的切口起到增加贴片的带宽以及提供一些阻抗匹配两者的作用。两个磁场耦合部件412可以是安装在电路板406的表面上的环形。总的来说，两个磁场耦合部件412为辐射部件提供了进一步增加的带宽以及一些阻抗匹配。
在图4B中进一步示出了标记为GND的接地点。接地点GND是可用于将电接地引入PCB 406的点。接地点GND可以与波导块形成电接触，诸如图2D所示的波导块的底部。
馈源410布置在位于波导块结构外部或外部表面上的电路板406上。当波导天线块起到接收雷达信号的作用时，馈源410可以从辐射结构408接收所接收的至少一部分电磁能。当波导天线块起到发射雷达信号的作用时，馈源410可以传播电磁能到辐射部件，用于耦合到波导中。
图4C示出了辐射部件的俯视图，该辐射部件包括电路板406上的电场耦合部件422和磁场耦合部件424。电场耦合部件422和磁场耦合部件424可以起到类似于前面讨论的作用。图4C还包括类似于关于图4B讨论的接地点GND。馈源410可以将信号馈送到辐射部件。馈源410可以直接馈送电场耦合部件422和磁场耦合部件424两者。
如图4C所示，电场辐射部件422是修改的矩形贴片。该贴片的特征在于在贴片的每一侧都具有三个切口。贴片上的切口起到既可以增加贴片的带宽，又可以提供一些阻抗匹配的作用。磁场辐射部件424可以是耦合到馈源410电场辐射部件422的环形。总的来说，磁场辐射部件424为辐射部件提供了进一步增加的带宽以及一些阻抗匹配。
图4D示出了辐射部件的俯视图，该辐射部件包括电路板406上的电场耦合部件442和磁场耦合部件444。电场辐射部件442和磁场辐射部件444可以与先前讨论的功能类似。图4D还包括与关于图4B所讨论的那些接地点相似的接地点GND。馈源446可以将信号馈送到辐射部件。在图4D中，馈源446被示为差分馈源，即它具有两条将差分信号馈送到辐射部件的线。如图4A-4C所示，基于期望的配置，可以用单端馈送代替差分馈送446。类似地，图4A-4C所示的示例也可以使用差分馈送。馈源446可以直接馈送电场辐射部件442和磁场辐射部件444两者。
当差分馈源446将信号馈送到电场辐射部件442时，电场辐射部件442可以辐射信号的至少一部分。由电场辐射部件442辐射的信号可以耦合到磁场辐射部件444。磁场辐射部件444反过来又可以辐射信号。
如图4D所示，电场辐射部件442是修改的矩形贴片。该贴片的特征在于在贴片的每一侧都具有三个切口。贴片上的切口起到既可以增加贴片的带宽，又可以提供一些阻抗匹配的作用。磁场辐射部件444可以是耦合到由电场辐射部件442辐射的信号并再辐射信号的环形。总的来说，磁场辐射部件444为辐射部件提供了进一步增加的带宽以及一些阻抗匹配。
应该理解，波导通道、波导通道的部分、波导通道的侧面、波导构件等的其他形状和尺寸也是可能的。在一些实施例中，矩形的波导通道的形状可以高度方便地制造，然而可以采用已知的或未知的其他方法来制造具有相同或甚至更大的方便性的波导通道。
应该理解，本文描述的布置仅出于示例目的。这样，本领域技术人员将理解，可以替代地使用其他布置和其他元件(例如，机器、装置、界面、功能、顺序和功能的分组等)，并且根据本发明，可以完全省略一些元件。达到理想的结果。此外，所描述的许多元件是功能实体，可以以任何合适的组合和位置将其实现为离散或分布式部件或与其他部件结合。
尽管本文已经公开了各个方面和实施例，然而其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的，而不是要进行限制，其范围由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种装置，包括：
电路板，被配置为传播电磁信号；
波导，被配置为传播所述电磁信号；
耦合端口，被配置为在所述电路板与所述波导之间耦合所述电磁信号，其中所述电路板靠近所述耦合端口；以及
设置在所述电路板上的辐射结构，其中，所述辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件，其中所述电场耦合部件被配置为在所述电路板和所述耦合端口之间耦合电场，并且其中所述磁场耦合部件被配置为在所述电路板和所述耦合端口之间耦合磁场。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地分离。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地接触。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述磁场耦合部件包括环。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电场耦合部件包括贴片。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述耦合端口被配置为双向端口。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包括一个或多个辐射结构，该辐射结构被配置为从所述波导辐射电磁能和/或将电磁能耦合到所述波导中。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述波导包括第一金属层和第二金属层，并且其中，所述电路板耦合到所述第一金属层。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述耦合端口位于所述第一金属层中。
10.一种方法，包括：
通过电路板传导电磁能，其中所述电路板靠近波导的耦合端口；
通过设置在所述电路板上的辐射结构辐射至少一部分电磁能作为辐射电磁能，其中，所述辐射结构包括电场耦合部件和磁场耦合部件；以及
经由所述耦合端口将至少一部分辐射电磁能耦合到所述波导中，其中，经由所述耦合端口将部分辐射电磁能耦合到所述波导中包括：
通过所述电场耦合部件将来自所述电路板的电场耦合到所述耦合端口中；以及
通过所述磁场耦合部件将来自所述电路板的磁场耦合到所述耦合端口中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地分离。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地接触。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述磁场耦合部件包括环，并且所述电场耦合部件包括贴片。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述波导包括第一金属层和第二金属层，并且其中，所述电路板耦合到所述第一金属层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述耦合端口位于所述第一金属层中。
16.一种方法，包括：
通过波导传播电磁能；
从所述波导将至少一部分电磁能作为所接收的电磁能接收到耦合端口中；以及
将至少一部分所接收的电磁能从所述耦合端口耦合到电路板，其中，将部分所接收的电磁能从所述耦合端口耦合到所述电路板包括：
通过设置在所述电路板上的电场耦合部件将来自所述耦合端口的电场耦合到所述电路板；以及
通过设置在所述电路板上的磁场耦合部件将来自所述耦合端口的磁场耦合到所述电路板。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地分离。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述磁场耦合部件与所述电场耦合部件物理地接触。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述磁场耦合部件包括环，并且所述电场耦合部件包括贴片。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述波导包括第一金属层和第二金属层，其中，所述电路板耦合到所述第一金属层，并且其中，所述耦合端口位于所述第一金属层中。
CN201880046996.6A 2017-05-24 2018-05-03 单层pcb上的宽带波导发射设计 Active CN111164825B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/603,978 2017-05-24
US15/603,978 US10530047B2 (en) 2017-05-24 2017-05-24 Broadband waveguide launch designs on single layer PCB
PCT/US2018/030914 WO2018217424A1 (en) 2017-05-24 2018-05-03 Broadband waveguide launch designs on single layer pcb

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111164825A true CN111164825A (zh) 2020-05-15
CN111164825B CN111164825B (zh) 2022-08-16

Family

ID=64396860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880046996.6A Active CN111164825B (zh) 2017-05-24 2018-05-03 单层pcb上的宽带波导发射设计

Country Status (7)

Country Link
US (2) US10530047B2 (zh)
EP (1) EP3631892A4 (zh)
JP (1) JP7015847B2 (zh)
KR (1) KR102307953B1 (zh)
CN (1) CN111164825B (zh)
IL (1) IL270826B (zh)
WO (1) WO2018217424A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10530047B2 (en) * 2017-05-24 2020-01-07 Waymo Llc Broadband waveguide launch designs on single layer PCB
US11342684B2 (en) * 2018-08-17 2022-05-24 Metawave Corporation Dual edge-fed slotted waveguide antenna for millimeter wave applications
US11181613B2 (en) * 2018-12-11 2021-11-23 Waymo Llc Filtering undesired polarization of signals transmitted from a chip to a waveguide unit
US11527808B2 (en) * 2019-04-29 2022-12-13 Aptiv Technologies Limited Waveguide launcher
JP2021000963A (ja) * 2019-06-25 2021-01-07 株式会社ユタカ製作所 鉄道車両の電気連結器
US10957971B2 (en) * 2019-07-23 2021-03-23 Veoneer Us, Inc. Feed to waveguide transition structures and related sensor assemblies
US11506686B2 (en) * 2019-11-25 2022-11-22 Advantest Corporation High density waveguide assembly for millimeter and 5G applications
TWI752780B (zh) * 2020-12-31 2022-01-11 啓碁科技股份有限公司 寬波束之天線結構
CN113905507B (zh) * 2021-10-13 2023-09-08 北京华镁钛科技有限公司 低翘曲度pcb过渡结构

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05160611A (ja) * 1991-12-06 1993-06-25 Dx Antenna Co Ltd 導波管−ストリップ線路変換器
JPH06140801A (ja) * 1991-11-29 1994-05-20 Funai Denki Kenkyusho:Kk 偏波切換受信装置
EP2267841A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-29 MBDA ITALIA S.p.A. Slot array antenna with waiveguide feeding and process for producing said antenna
DE102010034525A1 (de) * 2009-08-18 2011-02-24 Austrian Center Of Competence In Mechatronics Gmbh Vorrichtung zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen
US20140002211A1 (en) * 2005-09-19 2014-01-02 Wireless Expressways Inc. Waveguide-based wireless distribution system and method of operation
US20140125425A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Zte (Usa) Inc. Compact microstrip to waveguide dual coupler transition
CN104485522A (zh) * 2014-12-15 2015-04-01 宁波安陆通信科技有限公司 一种双极化缝隙耦合天线
US20160047893A1 (en) * 2014-08-17 2016-02-18 Google Inc. Beam Forming Network for Feeding Short Wall Slotted Waveguide Arrays
CN105789806A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 西安电子工程研究所 一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器
CN206163675U (zh) * 2016-11-11 2017-05-10 西安电子工程研究所 一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3544890A1 (de) * 1985-12-19 1987-07-02 Krupp Gmbh Eindimensionales rundumsichtbild
US5245353A (en) * 1991-09-27 1993-09-14 Gould Harry J Dual waveguide probes extending through back wall
TW406280B (en) * 1997-05-21 2000-09-21 Fusion Lighting Inc non-rotating electrodeless lamp containing molecular fill
GB0015153D0 (en) * 2000-06-22 2000-08-09 Cambridge Ind Ltd Low noise block PCB mounting system
SE518679C2 (sv) 2001-03-05 2002-11-05 Saab Ab Mikrostripövergång
US6559809B1 (en) * 2001-11-29 2003-05-06 Qualcomm Incorporated Planar antenna for wireless communications
US7250151B2 (en) * 2002-08-15 2007-07-31 Velocys Methods of conducting simultaneous endothermic and exothermic reactions
US7603097B2 (en) * 2004-12-30 2009-10-13 Valeo Radar Systems, Inc. Vehicle radar sensor assembly
US9172145B2 (en) * 2006-09-21 2015-10-27 Raytheon Company Transmit/receive daughter card with integral circulator
US8279131B2 (en) * 2006-09-21 2012-10-02 Raytheon Company Panel array
JP4365852B2 (ja) 2006-11-30 2009-11-18 株式会社日立製作所 導波管構造
US7692508B2 (en) * 2007-04-19 2010-04-06 Raytheon Company Spring loaded microwave interconnector
EP2110884B1 (en) 2008-04-15 2013-05-29 Sub10 Systems Limited Surface-mountable antenna with waveguide connector function, communication system, adaptor and arrangement comprising the antenna device
JP5123154B2 (ja) 2008-12-12 2013-01-16 東光株式会社 誘電体導波管‐マイクロストリップ変換構造
US8142968B2 (en) * 2009-06-17 2012-03-27 Xerox Corporation Photoreceptor with release layer
TWI425713B (zh) * 2010-02-12 2014-02-01 First Int Computer Inc 諧振產生之三頻段天線
EP2360776B1 (en) * 2010-02-16 2017-07-12 Whirlpool Corporation Microwave directional coupler
GB2482912A (en) * 2010-08-20 2012-02-22 Socowave Technologies Ltd Polarisation control device, integrated circuit and method for compensating phase mismatch
CN102394361B (zh) * 2011-06-29 2016-09-28 中兴通讯股份有限公司 一种超宽带天线及终端
EP2618421A1 (en) * 2012-01-19 2013-07-24 Huawei Technologies Co., Ltd. Surface Mount Microwave System
US9538658B2 (en) * 2012-07-18 2017-01-03 Zte (Usa) Inc. Compact low loss transition with an integrated coupler
WO2014154231A1 (en) * 2013-03-24 2014-10-02 Telefonaktiebolaget L M Ericsson (Publ) A siw antenna arrangement
JP6318392B2 (ja) * 2013-06-18 2018-05-09 日本無線株式会社 ２ポートトリプレート線路−導波管変換器
EP2827448B1 (en) * 2013-07-16 2019-04-03 TE Connectivity Germany GmbH Antenna element for wireless communication
US9620841B2 (en) * 2014-06-13 2017-04-11 Nxp Usa, Inc. Radio frequency coupling structure
US9537461B2 (en) * 2014-11-27 2017-01-03 Huawei Technologies Co., Ltd. System and method for electronically adjustable antenna
US10439290B2 (en) * 2015-07-14 2019-10-08 At&T Intellectual Property I, L.P. Apparatus and methods for wireless communications
US9853485B2 (en) * 2015-10-28 2017-12-26 Energous Corporation Antenna for wireless charging systems
US10749263B2 (en) * 2016-01-11 2020-08-18 Mimosa Networks, Inc. Printed circuit board mounted antenna and waveguide interface
US10205216B2 (en) * 2016-05-06 2019-02-12 GM Global Technology Operations LLC Thin film antenna to FAKRA connector
US10205212B2 (en) * 2016-12-06 2019-02-12 At&T Intellectual Property I, L.P. Methods and apparatus for adjusting a phase of electromagnetic waves
US10419072B2 (en) * 2017-05-11 2019-09-17 At&T Intellectual Property I, L.P. Method and apparatus for mounting and coupling radio devices
US10530047B2 (en) * 2017-05-24 2020-01-07 Waymo Llc Broadband waveguide launch designs on single layer PCB

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06140801A (ja) * 1991-11-29 1994-05-20 Funai Denki Kenkyusho:Kk 偏波切換受信装置
JPH05160611A (ja) * 1991-12-06 1993-06-25 Dx Antenna Co Ltd 導波管−ストリップ線路変換器
US20140002211A1 (en) * 2005-09-19 2014-01-02 Wireless Expressways Inc. Waveguide-based wireless distribution system and method of operation
EP2267841A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-29 MBDA ITALIA S.p.A. Slot array antenna with waiveguide feeding and process for producing said antenna
DE102010034525A1 (de) * 2009-08-18 2011-02-24 Austrian Center Of Competence In Mechatronics Gmbh Vorrichtung zum Übertragen von Hochfrequenzsignalen
US20140125425A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-08 Zte (Usa) Inc. Compact microstrip to waveguide dual coupler transition
US20160047893A1 (en) * 2014-08-17 2016-02-18 Google Inc. Beam Forming Network for Feeding Short Wall Slotted Waveguide Arrays
CN104485522A (zh) * 2014-12-15 2015-04-01 宁波安陆通信科技有限公司 一种双极化缝隙耦合天线
CN105789806A (zh) * 2016-03-17 2016-07-20 西安电子工程研究所 一种介质密封型小型化宽带微带波导转换器
CN206163675U (zh) * 2016-11-11 2017-05-10 西安电子工程研究所 一种小尺寸Ka波段宽带端馈波导微带转换结构

Also Published As

Publication number Publication date
US10530047B2 (en) 2020-01-07
IL270826A (en) 2020-01-30
US20180342797A1 (en) 2018-11-29
WO2018217424A1 (en) 2018-11-29
KR102307953B1 (ko) 2021-10-01
CN111164825B (zh) 2022-08-16
US11223118B2 (en) 2022-01-11
IL270826B (en) 2022-08-01
JP2020521400A (ja) 2020-07-16
KR20190143455A (ko) 2019-12-30
EP3631892A4 (en) 2021-03-03
JP7015847B2 (ja) 2022-02-03
US20200106172A1 (en) 2020-04-02
EP3631892A1 (en) 2020-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111164825B (zh) 单层pcb上的宽带波导发射设计
US11619734B2 (en) Integrated MIMO and SAR radar antenna architecture
US11476583B2 (en) Iris matched PCB to waveguide transition
US10218075B1 (en) Dual open-ended waveguide antenna for automotive radar
US10938083B2 (en) PCB integrated waveguide terminations and load
US10193235B2 (en) Offset fed duel open ended waveguide antenna arrays for automotive radars
US10276944B1 (en) 3D folded compact beam forming network using short wall couplers for automotive radars
US10935632B2 (en) 2D compact reactive beam forming network for automotive radars
US11047951B2 (en) Surface mount assembled waveguide transition
US10551484B2 (en) 3D compact reactive beam forming network for automotive radars

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant