(57)【要約】  本明細書に開示されている例は、位相シフトネットワークシステムであって、複数の分散型バラクタネットワークであって、それぞれがミリメートル波スペクトルにおいて位相シフト範囲を提供することが可能な分散型バラクタネットワークを有する位相シフトネットワークと、この位相シフトネットワークに結合された複数のスイッチであって、それぞれが、複数の分散型バラクタネットワークの中から分散型バラクタネットワークを作動させて、位相シフト範囲内で所与の位相シフトを生成するスイッチと、を含む位相シフトネットワークシステムに関する。
2021522760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトネットワークシステムであって、
複数の分散型バラクタネットワークであって、それぞれがミリメートル波スペクトルにおいて位相シフト範囲を提供することが可能な分散型バラクタネットワークを含む位相シフトネットワークと、
前記位相シフトネットワークに結合された複数のスイッチであって、それぞれが前記複数の分散型バラクタネットワークの中から分散型バラクタネットワークを作動させて、前記位相シフト範囲内で所与の位相シフトを生成するスイッチと、
を含む、位相シフトネットワークシステム。
【請求項２】
前記複数の分散型バラクタネットワークが、最大３６０°の位相シフト範囲を提供する３つの分散型バラクタネットワークであって、それぞれが最大１２０°の位相シフトを実現する前記３つの分散型バラクタネットワークを含む、請求項１に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項３】
前記複数の分散型バラクタネットワークの分散型バラクタネットワークがそれぞれ、
ハイブリッド９０°カプラに結合された第１のバラクタ及び第２のバラクタを含む第１の回路部と、
前記第１の回路部に結合され、且つ、ハイブリッド４５°カプラに結合された第３のバラクタ及び第４のバラクタを含む第２の回路部と、
を含む、請求項１に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項４】
前記第１のバラクタ、前記第２のバラクタ、前記第３のバラクタ、及び前記第４のバラクタが、ミリメートル波スペクトルにおいて動作するＧａＡｓバラクタを含む、請求項３に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項５】
前記第１のバラクタ、前記第２のバラクタ、前記第３のバラクタ、及び前記第４のバラクタが、ミリメートル波スペクトルにおいて動作するＧａＡｓバラクタを含む、請求項３に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項６】
前記ハイブリッド９０°カプラに結合された前記第１のバラクタ及び前記第２のバラクタが、ＬＣネットワークを形成する、請求項３に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項７】
前記ハイブリッド４５°カプラに結合された前記第３のバラクタ及び前記第４のバラクタが、ＬＣネットワークを形成する、請求項３に記載の位相シフトネットワークシステム。
【請求項８】
分散型バラクタネットワークであって、
ハイブリッド９０°カプラに結合された第１のバラクタ及び第２のバラクタを含む第１の回路部と、
前記第１の回路部に結合され、且つ、ハイブリッド４５°カプラに結合された第３のバラクタ及び第４のバラクタを含む第２の回路部と、
を含む、分散型バラクタネットワーク。
【請求項９】
前記第１のバラクタ、前記第２のバラクタ、前記第３のバラクタ、及び前記第４のバラクタが、ミリメートル波スペクトルにおいて動作するＧａＡｓバラクタである、請求項８に記載の分散型バラクタネットワーク。
【請求項１０】
前記第２の回路部に結合された前記第１の回路部が、最大１２０°の位相シフトを実現する、請求項８に記載の分散型バラクタネットワーク。
【請求項１１】
メタ構造アンテナシステムであって、
特性が制御された送信信号を生成するためのアンテナコントローラと、
前記送信信号から放射信号を生成する放射構造であって、
リアクタンス制御要素であって、位相シフト範囲内で複数の位相シフトを生成する位相シフトネットワークシステムを含む前記リアクタンス制御要素を含む送配モジュール、及び
前記送配モジュール及び前記アンテナコントローラに結合されたメタ構造セルのアレイで構成され、各メタ構造セルが、前記複数の位相シフトから所与の位相シフトで放射信号を生成する放射アレイ構造を含む放射構造と、
を含む、メタ構造アンテナシステム。
【請求項１２】
前記位相シフトネットワークシステムが、複数の分散型バラクタネットワークと、複数のスイッチであって、それぞれが、分散型バラクタネットワークを作動させて前記位相範囲内で前記所与の位相シフトを生成するスイッチと、を含む、請求項１１に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１３】
各分散型バラクタネットワークが、
ハイブリッド９０°カプラに結合された第１のバラクタ及び第２のバラクタを含む第１の回路部と、
前記第１の回路部に結合され、且つ、ハイブリッド４５°カプラに結合された第３のバラクタ及び第４のバラクタを含む第２の回路部と、
を含む、請求項１２に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１４】
前記第１のバラクタ、前記第２のバラクタ、前記第３のバラクタ、及び前記第４のバラクタが、ミリメートル波スペクトルにおいて動作するＧａＡｓバラクタを含む、請求項１３に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１５】
前記第１のバラクタ、前記第２のバラクタ、前記第３のバラクタ、及び前記第４のバラクタが、ミリメートル波スペクトルにおいて動作するＳｉバラクタを含む、請求項１３に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１６】
前記第１の回路部が第１のＬＣネットワークを形成し、且つ、前記第２の回路部が第２のＬＣネットワークを形成する、請求項１３に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１７】
前記複数の分散型バラクタネットワークが、３つの分散型バラクタネットワークであって、それぞれが１２０°の位相範囲内で位相シフトを生成する前記３つの分散型バラクタネットワークを含む、請求項１３に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１８】
前記メタ構造セルがメタマテリアルセルを含む、請求項１２に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項１９】
前記放射信号から生成されたエコーでの物体の検出及び識別のためのＡＩモジュールをさらに含む、請求項１２に記載のメタ構造アンテナシステム。
【請求項２０】
前記ＡＩモジュールに結合されたセンサ融合モジュールへのインタフェースをさらに含む、請求項１８に記載のメタ構造アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本出願は、２０１８年４月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／６６０，２１６号に対する優先権を主張するものであり、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
背景
[0002]  バラクタは、印加される逆バイアス電圧とともに静電容量が変わる可変容量ダイオードである。印加される電圧の値を変えることによって、バラクタの静電容量は所与の範囲の値にわたって変化する。バラクタは、例えば、より高い帯域幅及びデータ転送速度が必要とされるワイヤレス通信及び先進運転支援システム（「ＡＤＡＳ：Advanced Driver Assistance Systems」）における高度なミリメートル波用途を含む、多くの種々の回路及び用途で使用されている。ミリメートル波スペクトルは、３０〜３００ＧＨｚの間の周波数帯域であり、１〜１０ｍｍの範囲の波長で１０ギガビット／秒以上のデータ転送速度に達することができる。短波長は、ワイヤレス通信及び自律型運転用途において重要な、より良好な分解能、高周波再利用、及び指向性ビームの形成を含む明確な長所を有する。しかしながら、短波長は、大きく大気減衰し易く、範囲が（ほんの１キロメートル強に）制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  ミリメートル波用途は、ますます関心が高まっているが、デバイス及び回路設計者にとって大きな課題を提示している。特に、ミリメートル波用途のためのバラクタの設計は、品質係数及びチューニング範囲の制限という難点があり、品質係数は、所望のレベルをかなり下回っている。したがって、ミリメートル波でのチューニング範囲が広いバラクタは実現が困難であり、このため、最大限の可能性を実現するためには３６０°の位相シフトが必要な場合があるミリメートル波用途での使用が制限される。
【０００４】
図面の簡単な説明
[0004]  本出願は、添付の図面とともになされる以下の詳細な説明に関連して、より完全に理解することができる。なお、添付の図面は縮尺通りでなはく、全体にわたって、類似した参照符号は類似した部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】[0005]様々な例に従う、理想的なバラクタのチューニング範囲及び位相カバレッジを増加させるための回路の概略図を図示する。
【図２】[0006]図１の分散型バラクタネットワークに図示された各基準面におけるスミス図表を示す。
【図３】[0007]様々な例に従う、ミリメートル波用途のための分散型バラクタネットワークの概略図である。
【図４】[0008]図３の分散型バラクタネットワークに図示された各基準面におけるスミス図表を示す。
【図５】[0009]最大完全３６０°の位相シフトを実現する、図３の分散型バラクタネットワークを組み込んでいる位相シフトネットワークを示す。
【図６】[0010]図５の位相シフトネットワークを利用する、例示的なミリメートル波アンテナシステムの概略図である。
【図７】[0011]図６のアンテナシステムで使用されるＭＴＳセルのアレイの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
詳細な説明
[0012]  チューニング範囲及び位相シフトカバレッジが拡張された分散型バラクタネットワークを開示する。分散型バラクタネットワークは、複数のバラクタ及び他の構成要素とともに実装され、ミリメートル波スペクトルでの用途を含む多くの種々の用途に適している。様々な例では、分散型バラクタネットワークを位相シフトネットワーク設計に組み込んで、完全３６０°の位相シフトを実現することができる。位相シフトネットワークは、複数の分散型バラクタネットワークを無線周波数（「ＲＦ」）スイッチと統合して、従来の位相シフトネットワークよりも大幅に低い損失で最大完全３６０°の任意の所望の位相シフトを提供する。
【０００７】
[0013]  様々な例では、位相シフトネットワークは、ワイヤレス通信、ＡＤＡＳ、及び自律型運転での高度なミリメートル波用途において、そして特に、指向性が向上し、不要な放射パターン、例えば、サイドローブが低減されたワイヤレス信号及びレーダ信号を生成する放射構造を利用する用途において、実装される。このような放射構造は、電磁波を所望の通りに操作する前例のない能力を有する新規なメタ構造（「ＭＴＳ」）を含む場合がある。ＭＴＳ構造は、屈折率が任意の値を取り得る自然界には見られない電磁特性を有する、工学的に設計された構造である。ＭＴＳ構造は、非周期的であってもよいし、周期的であってもよいし、或いは部分的に周期的（半周期的）であってもよい。ＭＴＳ構造は、周波数及び空間的分布の関数としての電磁波の位相を操作するとともに、多種多様な形状及び構成を有する場合がある。ＭＴＳ構造は、例えば、所望のビーム特性を含む、ある特定の指定基準を満たすように設計してもよい。
【０００８】
[0014]  様々な例では、位相シフトネットワークは、多種多様な構成でＭＴＳ放射構造を使用したスマートビームステアリング及びビーム形成を提供するＭＴＳベースのアンテナシステムに統合されている。本明細書に記載の位相シフトネットワークは、現行のシステムの何分の１かの時間で、環境全体の最大３６０°の高速走査を可能にし、性能の向上、全天候／全条件の検出、高度な意思決定、及びセンサ融合による複数の車両センサとの相互作用により、自律型運転をサポートする。
【０００９】
[0015]  自律型運転用途は、ＭＴＳベースのアンテナシステムに組み込まれた本明細書に記載の位相シフトネットワークにより強化され、長距離及び短距離の可視性を可能にする。自動車用途では、短距離は、車両の真正面の横断歩道にいる人を検出するなどのために、車両から３０メートル以内であると見なされ、一方、長距離は、ハイウェーで接近する車両を検出するなどのために、２５０メートル以上であると見なされる。位相シフトネットワークを組み込んでいるＭＴＳベースのアンテナシステムは、周囲の世界を再構築することができる自動車レーダであって、真の３Ｄビジョンと、周囲の環境についての人間のような解釈と、を有する実質上レーダ「デジタルアイ」である自動車レーダを可能にする。環境情報を早期に捕捉する性能により、車両を制御し易くし、危険及び条件の変化の予測が可能になる。
【００１０】
[0016]  様々な例では、ＭＴＳベースのアンテナシステムは、気象条件又は環境内のクラッタにかかわらず、路上物体の場所及び速度を正確に判定することが可能な指向性の高いＲＦビームを操作する。ＭＴＳベースのアンテナシステムをレーダシステムで使用して、範囲及び方位角を測定する際に２Ｄ画像性能の情報を提供し、且つ、物体までの距離及び水平面上に投影された場所を識別する方位角を提供することができる。
【００１１】
[0017]  本明細書に記載の例は、送信されるＲＦ信号の位相シフトを強化して、自律型車両範囲の送信を実現するが、それは、米国ではおよそ７７ＧＨｚで、範囲が５ＧＨｚであり、具体的には、７６ＧＨｚ〜８１ＧＨｚである。本明細書に記載の例は、レーダシステムの計算の複雑さもまた低減させ、その送信速度を増加させる。提供されている例は、新規なフィード構造と結合されたＭＴＳ構造の特性を活用することにより、これらの目標を達成する。
【００１２】
[0018]  以下の説明では、記載の例を十分に理解できるようにするために、多数の特定の詳細が記載されていることが分かる。しかしながら、記載の例は、これらの特定の詳細に限定されることなく実践し得ることが分かる。他の事例では、記載の例の説明を不必要に曖昧にしないように、周知の方法及び構造が詳細に説明されていない場合がある。同様に、記載の例は、互いに組み合わせて使用してもよい。
【００１３】
[0019]  ここで図１を参照すると、様々な例に従う、理想的なバラクタのチューニング範囲及び位相カバレッジを増加させるための回路の概略図が描かれている。所与の静電容量範囲（例えば、２０〜８０ｆＦ）を有し、且つ、損失がない（Ｒｓ＝０Ω）理想的なバラクタ１０２、すなわち、無損失の非線形リアクタンスを考慮されたい。理想的なバラクタ１０２は、約５２〜１２６度の範囲で位相シフトを提供することができる。理想的なバラクタとして、この位相シフトは、３０〜３００ＧＨｚのミリメートル波スペクトルを含む種々のスペクトルで発生し得ることに留意されたい。完全３６０°の位相シフトが所望される様々な用途では、理想的な場合のこの位相シフトは十分ではない。
【００１４】
[0020]  回路１００は、分散型バラクタネットワークを導入することにより、この問題に対する解決策を提供する。分散型バラクタネットワーク１００は、理想的なバラクタ１０２をバラクタ１０２と並列なインダクタ１０６に接続する、λ／４で表示された、波長の４分の１の均一な（Ｚ０）伝送線１０４を追加することによって始まる。これにより、バラクタ１０２の値に基づいて純粋に誘導性の、又は純粋に静電容量のリアクタンスを得ることができる可変ＬＣ並列回路が作られる。基準面Ｐ２において、理想的なバラクタ１０２の可変静電容量は、インダクタ１０６を用いて可変インダクタンスに変換される。
【００１５】
[0021]  分散型バラクタネットワーク１００は、理想的なバラクタ１０２と同一の別の理想的なバラクタであるバラクタ１０８を追加しながら続く。この結果、並列のＬＣタンク回路が得られることで、基準面Ｐ３において、タンク回路は、インダクタ１０６のインダクタンスＬの値、並びにバラクタ１０２及び１０８の静電容量Ｃに応じて、純粋に誘導性、若しくは純粋に容量性のいずれかで挙動するか、又は、共振を有することができるようになっている。
【００１６】
[0022]  分散型バラクタネットワーク１００に別のバラクタ、すなわち、バラクタ１０２及び１０８、並びにインダクタ１０４によって形成された並列のタンクＬＣ回路と直列のバラクタ１１０を追加すると、基準面Ｐ４において、分散型バラクタネットワーク１００は、純粋に誘導性、又は純粋に容量性のいずれかとして挙動する。その結果得られたネットワーク１００は、スミス図表で完全３６０°の位相カバレッジだけでなく、大きな可変リアクタンス範囲もまた得られる直列のＬＣ回路又は直列のＣＣ回路を形成している。
【００１７】
[0023]  図２は、図１の分散型バラクタネットワークに図示されている各基準面におけるスミス図表を示す。スミス図表２００は、図１の基準面Ｐ１に対応するスミス図表２０２と、図１の基準面Ｐ２に対応するスミス図表２０４と、図１の基準面Ｐ３に対応するスミス図表２０６と、図１の基準面Ｐ４に対応するスミス図表２０８と、を含む。スミス図表Ｐ１に示されている位相カバレッジ範囲は、およそ５２〜１２６度の範囲の位相カバレッジを有する理想的なバラクタであるバラクタ１０２の位相カバレッジ範囲に相当することに留意されたい。Ｐ２において、インダクタ１０６は、スミス図表２０４に示されているような位相シフトを導入する。ＬＣ回路１０２〜１０６と並列に理想的なバラクタ１０８を追加することにより、スミス図表２０６に示されている拡張した位相カバレッジが得られる。ＬＣタンク回路と直列にバラクタ１１０を配置すると、分散型バラクタネットワーク１００の位相カバレッジは、スミス図表２０８に示されているような完全３６０°に相当する。上述したように、これは、完全３６０°の位相シフトにより車両からの全視野での物体検出が可能になる自律型運転用途を含む、多くの新たなミリメートル波用途にとって大いに望ましい。
【００１８】
[0024]  しかしながら、分散型バラクタネットワーク１００は、理想的なバラクタの場合に完全３６０°の位相シフトを実現することに留意されたい。ミリメートル波用途のために設計された実際のバラクタは、品質係数及びチューニング範囲の制限という難点がある。ミリメートル波バラクタのチューニング範囲は、現実には、理想的なバラクタ１０２、１０８及び１１０のチューニング範囲よりもはるかに小さい。ミリメートル波バラクタの場合、より広範囲の位相シフトを実現するには、分散型バラクタネットワーク向けの異なる設計が必要である。
【００１９】
[0025]  ここで、図３に注意を向けると、同図は、ミリメートル波用途のための分散型バラクタネットワークの概略図を示している。分散型バラクタネットワーク３００は、ミリメートル波においてチューニング範囲及び品質係数が制限されているバラクタを有して設計されている。様々な例では、バラクタは、ＧａＡｓバラクタである。他の例では、バラクタは、シリコンバラクタ又は他のそのような材料とすることができる。分散型バラクタネットワーク３００の目標は、ミリメートル波用途でバラクタが実現可能なチューニング範囲及び位相カバレッジを拡張することである。
【００２０】
[0026]  分散型バラクタネットワーク３００は、分散されている位相シフト要素にバラクタ及び４分の１波長の伝送線部を点在させることによって、これを実現する。ネットワーク３００は、例えば、ミリメートル波用途において５〜６前後の低い品質係数Ｑ、及び３７〜７２ｆＦ前後の範囲の静電容量を有するバラクタ３０２ａ〜ｂから始まる。この低いＱは、ミリメートル波用途において、より広範囲の位相シフトを実現する際の制限因子である。
【００２１】
[0027]  この課題に取り組むために、３ｄＢ、λ／４の波部３０６ａ〜ｂを有する９０°のハイブリッド線カプラ３０４が、バラクタ３０２ａ〜ｂに結合されている。ハイブリッド線カプラ３０４は、間に９０°の位相シフトを有する２つの出力ポートに信号を等しく分割することが可能な、又は、ポート間の高い分離を維持しながら２つの信号を組み合わせることが可能な、４ポートデバイス（図３ではポート１〜４として表示されている）である。ハイブリッド線カプラ３０４にバラクタ３０２ａ〜ｂを加えることにより、並列ＬＣ回路が得られる。
【００２２】
[0028]  さらにもう２つのバラクタに結合された別のハイブリッド線カプラ、すなわち今度はλ／８の波部３１０ａ〜ｂが、静電容量範囲が１８〜３３ｆＦ前後であるバラクタ３１２ａ〜ｂに結合された３ｄＢ、４５°のハイブリッド線カプラ３０８を追加すると、カプラ３０４及びバラクタ３０２ａ〜ｂにより並列ＬＣ回路が形成された別の追加の直列ＬＣネットワークが提供されるので、位相カバレッジがさらに増加する。
【００２３】
[0029]  分散型バラクタネットワーク３００の挙動は、図３に示されている各基準面におけるスミス図表を示す図４を参照すると、さらに理解することができる。スミス図表４００は、図３の基準面Ｐ１に対応するスミス図表４０２と、図３の基準面Ｐ２に対応するスミス図表４０４と、図３の基準面Ｐ３に対応するスミス図表４０６と、を含む。スミス図表４０２は、ハイブリッドカプラ３０４を有する位相範囲が限られたバラクタ３０２ａ〜ｂを示す。ハイブリッドカプラ３０４により実現された位相範囲は、約２０°にすぎない。バラクタ３１２ａ〜ｂを追加すると、スミス図表４０４に示されているように、基準面Ｐ２において位相シフト範囲が約５５°まで増加する。ハイブリッドカプラ３０８を用いると、基準面Ｐ３において位相シフト範囲がさらにもう５５°だけ増加し、その結果、スミス図表４０６に示されているように、全体で約１１０°の位相シフト範囲が分散型バラクタネットワークによって実現されている。
【００２４】
[0030]  分散型バラクタネットワーク３００を他の分散型バラクタネットワーク３００とカスケード接続して、約１２０°からなおさらに高い値へと、位相シフト範囲を拡張することが可能であることが分かる。しかしながら、そうすると、さらなる損失につながり、ミリメートル波用途では望ましくない場合がある。分散型バラクタネットワーク３００には、最大６ｄＢの損失がある。別の分散型バラクタネットワークをそれにカスケード接続すると、さらにもう６ｄＢが追加されることになる。
【００２５】
[0031]  バラクタとハイブリッドカプラの実装の違い（例えば、カプラ３０８では１／８の波部ではなく１／４の波部を使用）により、様々な仕様を得ることができ、その結果、様々な位相シフト範囲が分散型バラクタネットワーク３００によって実現可能になる場合があることもまた分かる。例えば、シミュレーションにより、分散型バラクタネットワーク３００を用いると、１２０°以上の位相シフト範囲が実現可能になる場合があることが示されている。
【００２６】
[0032]  ここで、図５に注意を向けると、同図は、最大完全３６０°の位相シフトを実現する図３の分散型バラクタネットワークを組み込んでいる位相シフトネットワークを示している。位相シフトネットワークシステム５００は、３つの分散型バラクタネットワーク５０４ａ〜ｃで構成された位相シフトネットワーク５０２を有する。分散型バラクタネットワーク５０４ａ〜ｃはそれぞれ、最大１２０°の位相シフト範囲を実現することができ、例えば、図３の分散型バラクタネットワーク３００として実装してもよい。様々な例では、分散型バラクタネットワーク５０４ａは、０〜１２０°までの位相シフトを実現することができ、分散型バラクタネットワーク５０４ｂは、１２０°〜２４０°までの位相シフトを実現することができ、分散型バラクタネットワーク５０４ｃは、２４０°〜３６０°まで位相シフトを実現することができる。
【００２７】
[0033]  位相シフトネットワーク５０２は、例えば、ＳＰ３Ｔスイッチ５０６及び５０８のような、２個の三路ＲＦスイッチに統合することができる。スイッチ５０６〜スイッチ５０８は、それぞれ最大およそ２．５ｄＢの損失を有するように設計することができる。それぞれの分散型バラクタネットワーク５０４ａ〜ｃには、７７ＧＨｚの周波数で最大６ｄＢの損失があるので、位相シフトネットワーク回路５００には、最大１０〜１１ｄＢの損失があり、これは、従来の位相シフトネットワークが典型的に有する１８〜２０ｄＢの損失よりも大幅に低い。したがって、位相シフトネットワーク回路５００は、ミリメートル波スペクトルにおいて低損失で完全３６０°の位相シフト範囲を提供することができ、これは、上述したように、正確な物体の検出及び分類が不可欠な自律型運転を含む多くのミリメートル波用途の可能性を最大限に実現するのに必要である。
【００２８】
[0034]  ここで図６を参照して、図５の位相シフトネットワークを利用する、例示的なミリメートル波アンテナシステムの概略図を説明する。アンテナシステム６００は、アンテナコントローラ６１４、中央処理装置６０２、及びトランシーバ６１２に結合された放射構造６３２などのモジュールを含む。信号がアンテナシステム６００に供給され、送信信号コントローラ６１０は、インタフェース、トランスレータ若しくは変調コントローラとして、又はそれ以外のやり方で必要に応じて、信号がアンテナシステム６００を通して伝播するように作用することができる。
【００２９】
[0035]  様々な例では、送信信号コントローラ６１０は、周波数変調連続波（「ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave」）などの送信信号を生成し、これは、送信信号は周波数変調、又は位相変調されるので、例えば、レーダ又は他の用途で使用される。ＦＭＣＷ信号により、レーダは、送信信号と、受信信号若しくは反射信号との間の位相又は周波数の位相差を測定することによって、物体までの距離を測定することが可能になる。システム及び用途の所望の情報及び仕様に従って、他の変調タイプを組み込んでもよい。ＦＭＣＷ形式には、三角波、鋸歯状波、矩形波などを含む、ＦＭＣＷ内で使用し得る多種多様な変調パターンがあり、それぞれが利点及び目的を有する。例えば、鋸歯状波変調は、目標物までの距離が大きい場合に使用してもよい。三角波変調は、ドップラ周波数の使用などを可能にする。受信した情報は、記憶装置ユニット６０８に格納され、情報構造は、送信のタイプ及び変調パターンによって決定される場合がある。
【００３０】
[0036]  動作中、アンテナコントローラ６１４は、次の放射線ビームを表示するアンテナシステム６００の他のモジュールから情報を受信し、放射線ビームは、ビーム幅、送信角度、送信方向などといったパラメータによって、指定してもよい。アンテナコントローラ６１４は、放射構造６３２に結合された静電容量制御機構に印加するための電圧マトリックスを決定して、所与の位相シフトを実現する。トランシーバ６１２は、レーダ装置への信号などの送信用の信号を準備し、このとき、信号は変調及び周波数によって定義される。信号は、放射構造６３２の各要素によって受信され、放射アレイ構造６２６によって生成される放射パターンの位相は、アンテナコントローラ６１４によって制御される。
【００３１】
[0037]  様々な例では、送信信号は、放射アレイ構造６２６の一部分又はサブアレイによって受信される。これらの放射アレイ構造６２６は、自動車の周囲環境の物体を検出する自律型車両のレーダ、又は、ワイヤレス通信、医療機器、感知装置、監視装置などを含む多くの用途に適用可能である。用途のタイプはそれぞれ、ニーズ及び目標に対処するために、本明細書に記載の要素、構造、及びモジュールの設計及び構成を組み込んでいる。
【００３２】
[0038]  放射構造６３２は、放射アレイ構造６２６を通して信号を送信するための送信アレイ構造６２４に結合された送配モジュール６１８を含み、制御された放射線ビームを生成し、それは次に反射され、最終的に、（例えば、自律型運転用途では）物体の検出及び識別のために、アンテナシステム６００内のＡＩモジュール６０６、及び他のセンサモジュール（図示せず）によって分析されてもよい。センサ融合モジュールへのインタフェース６０４は、アンテナシステム６００内の他のセンサモジュールと、アンテナシステム６００及び他のセンサからのデータを処理して、物体を検出し、位置を特定し、周囲の環境を理解できるようにするセンサ融合モジュール（図示せず）とインタフェースする。アンテナコントローラ６１４は、ＡＩモジュール６０６又はセンサ融合モジュールへのインタフェース６０４による前の信号の処理に応答して信号を受信してもよいし、記憶装置ユニット６０８からのプログラム情報に基づいて信号を受信してもよいことが分かる。
【００３３】
[0039]  送配モジュール６１８は、インピーダンス整合要素６２０、及びリアクタンス制御要素６２２を有する。インピーダンス整合要素６２０及びリアクタンス制御要素６２２は、送配モジュール６１８のアーキテクチャ内に位置していてもよい。或いは、インピーダンス整合要素６２０及びリアクタンス制御要素６２２のうちの、一方又は両方は、アンテナ又はレーダモジュールとして製造又は組み立てするために、送配モジュール６１８の外部にあってもよい。インピーダンス整合要素６２０は、リアクタンス制御要素６２２と協働して、放射アレイ構造６２６からの放射信号の位相シフトをもたらす。様々な例では、リアクタンス制御要素６２２は、アンテナコントローラ６１４によって制御されたリアクタンス制御機構を含み、この機構を使用して、放射アレイ構造１６からの放射信号の位相を制御してもよい。リアクタンス制御モジュールは、例えば、最大３６０°の任意の所望の位相シフトを提供する図５に示されている位相シフトネットワークシステムのような位相シフトネットワークシステムを含んでもよい。
【００３４】
[0040]  図示されているように、放射構造６３２は、セル６３０のような個々の放射セルで構成された放射アレイ構造６２６を含み、本明細書では図７を参照しながら以下でより詳細に説明する。放射アレイ構造６２６は、多種多様な形をとってもよく、また、送信アレイ構造６２４と協働して動作するように設計されており、放射アレイ構造では、個々の放射セル（例えば、セル６３０）が、送信アレイ構造６２４内の要素に対応する。図示されているように、放射アレイ構造６２６は、単位セル要素からなるアレイであり、単位セル要素はそれぞれ、均一なサイズ及び形状を有する。しかしながら、いくつかの例には、異なるサイズ、形状、構成及びアレイサイズが組み込まれている場合がある。送信信号が、同軸ケーブル又はその他のコネクタを通してなどして、放射構造６３２に供給されると、信号は、送配モジュール６１８を通って送信アレイ構造６２４へ、そして次に、空気中を通して送信するために放射アレイ構造６２６へと伝播する。
【００３５】
[0041]  ここで図７に注意を向けると、同図は、図６のアレイ６２８のようなＭＴＳセルのアレイの概略図を示している。アレイ７００は、１つ又は複数の基材の層に位置するとともに、所望の通りに、また用途に応じて、他の回路、モジュール、及び層に結合された複数のＭＴＳセルを含んでいる。いくつかの例では、ＭＴＳセルは、受信された送信信号がそこから放射されるように、多種多様な導電性構造及びパターンのメタマテリアルセルである。メタマテリアルセルはそれぞれ、固有の特性を有する場合がある。これらの特性には、負の屈折率をもたらす負の誘電率及び透磁率が含まれる場合がある。これらの構造は、一般に左手系マテリアル（「ＬＨＭ：left-handed material」）と呼ばれる。ＬＨＭを使用すると、電磁波又は送信信号の伝播で観察され得る興味深い効果を含む、従来の構造及び材料では実現されない挙動が可能になる。メタマテリアルは、アンテナ、センサ、マッチングネットワーク、並びに、電気通信、自動車及び車両、ロボット工学、生物医学、衛星、及びその他の用途で使用されるリフレクタなど、マイクロ波及びテラヘルツ工学におけるいくつかの興味深いデバイスに使用することができる。アンテナの場合、メタマテリアルは、メタマテリアルによって放射される送信信号の波長よりもはるかに小さいスケールで構築される場合がある。メタマテリアル特性は、構造を形成している基礎材料からというよりもむしろ、工学的に設計及びデザインされた構造から生じる。精密な形状、寸法、幾何学的形状、サイズ、向き、配列などにより、波を遮断、吸収、強化、又は屈曲することによって電磁波を操作することが可能なスマート性が得られる。ＭＴＳセル７０２などのアレイ７００のＭＴＳセルは、示されているように配列してもよいし、任意の他の構成で、例えば、六方格子などで配列してもよい。
【００３６】
[0042]  ＭＴＳセル７０２は、間に空間を挟んで導電性領域７０６を取り囲む、導電性外側部分又はループ７０４を有して図示されている。ＭＴＳセル７０２はそれぞれ、誘電体層上に構成することができ、導電性領域及びループが、異なるＭＴＳセルの周囲及びセル間に設けられている。電圧が制御された可変リアクタンスデバイス７０８、例えば、バラクタは、導電性領域７０６と導電性ループ７０４との間に、制御されたリアクタンスを提供する。制御されたリアクタンスは、バラクタの場合には印加された逆バイアス電圧など、印加電圧によって制御される。静電容量の変化は、ＭＴＳセル７０２の挙動を変化させ、ＭＴＳアレイ７００が、特定の場所に向けられた集束された、高利得のビームを供給することを可能にする。追加の回路、モジュール及び層が、ＭＴＳアレイ７００に統合されている場合があることが分かる。
【００３７】
[0043]  図６のアンテナシステム６００（例えば、放射アレイ構造６２８としてＭＴＳアレイ７００及びリアクタンス制御要素６２２に組み込まれた位相シフトネットワークシステム５００を有する）は、ワイヤレス通信及びレーダ用途において、特に、工学的に設計された放射構造を使用して電磁波を操作することが可能なＭＴＳ構造において適用可能であることが分かる。アンテナシステム６００は、指向性が向上され、サイドローブなどの不要な放射パターンの側面が低減された、レーダ信号などのワイヤレス信号を生成することが可能であることもまた分かる。さらに、アンテナシステム６００は、現行のシステムの何分の１かの時間で環境全体を走査することができる。アンテナシステム６００は、多種多様な構成でＭＴＳ放射構造を使用してスマートビームステアリング及びビーム形成を提供し、アンテナに対する電気的変更を使用して、位相シフト及び調節を実現し、複雑さ及び処理時間を低減するとともに、長距離物体検出のために最大およそ３６０°の視野の高速走査を可能にする。
【００３８】
[0044]  アンテナシステム６００は、センサ性能の向上、全天候／全条件検出、高度な意思決定アルゴリズム、及びセンサ融合を通しての他のセンサとの相互作用を有する自律型運転を支援することがさらに分かる。自動推進型自動車用など、多くの用途において、気象条件によってレーダが阻害されないので、これらの構成はレーダセンサの使用を最適化する。環境情報を早期に捕捉する性能により、車両を制御し易くし、危険及び条件の変化の予測が可能になる。アンテナシステム６００により、周囲の世界を再構築することが可能な自動車レーダであって、真の３Ｄビジョンを有するとともに、アンテナシステム６００に統合された図５の位相シフトネットワークシステム５００によって提供される３６０°の位相シフトの支援によって、人間のように世界を解釈することが可能な、事実上「デジタルアイ」であるレーダが可能になる。
【００３９】
[0045]  開示された例について前述した説明は、当業者が本開示を実施又は使用できるようにするために提供されていることが分かる。これらの例に対する様々な修正が当業者には容易に明白になり、また、本明細書に定義された一般的な原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなしに他の例に適用してもよい。したがって、本開示は、本明細書に示された例に限定されることを意図しておらず、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と矛盾しない最も広い範囲を与えられるものとする。
【図１】
2021522760.tif 000003
【図２】
2021522760.tif 000004
【図３】
2021522760.tif 000005
【図４】
2021522760.tif 000006
【図５】
2021522760.tif 000007
【図６】
2021522760.tif 000008
【図７】
2021522760.tif 000009
【国際調査報告】
2021522760.tif 000010
2021522760.tif 000011