用于天线的折叠波导

本发明申请是申请日为2021年12月21日、申请号为202111572944.2、名称为“用于天线的折叠波导”的中国发明专利申请的分案申请。

背景技术

一些设备(例如雷达)使用电磁信号来检测和跟踪对象。使用一个或多个天线发射和接收电磁信号。天线可以根据增益、波束宽度或更具体而言根据天线图(pattern)来表征，所述天线图是对作为方向的函数的天线增益的量度。特定应用可以受益于精准控制天线图。波导可以用于改进这些天线特性。波导可包括穿孔，所述穿孔通过泄漏被引导朝向天线的电磁辐射中的一些电磁辐射，来改进天线图。然而，这些波导无法防止水平极性主波束的任一侧上的栅瓣，它们也无法防止垂直极性主波束的任一侧上的X波段瓣(X-bandlobe)。

发明内容

本文档描述了利用用于天线的折叠波导的技术、装置和系统。折叠波导可以是空气波导，并且贯穿本文档出于简短的目的而被简称为波导。所描述的波导包括中空芯。所述中空芯在一端处在纵向方向上形成矩形开口，在相对端处形成封闭壁，并且形成围绕纵轴来回折叠的正弦形状，所述纵轴在纵向方向上穿过所述中空芯。中空芯进一步形成多个辐射槽，所述辐射槽中的每个辐射槽包括穿过折叠波导的多个表面中的一个表面的孔，所述一个表面限定中空芯。多个辐射槽被布置在所述多个表面中的所述一个表面上，以在天线元件被电耦合到中空芯的相对端时在天线元件处产生特定的天线图。

本发明内容介绍了与折叠波导天线相关的简化概念，在具体实施方式和附图中进一步描述该简化概念。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，也并非旨在用于确定要求保护的主题的范围。

附图说明

参考以下附图在本文档中描述了利用由于天线的折叠波导的一个或多个方面的细节。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件：

图1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的包括用于天线的折叠波导的示例系统；

图2-1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的示例折叠波导；

图2-2示出了与图2-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图；

图2-3示出了在没有图2-1所示的用于天线的示例折叠波导的情况下的天线图；

图3-1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导；

图3-2示出了与图3-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图；

图3-3示出了在没有图3-1所示的用于天线的示例折叠波导的情况下的天线图；

图4-1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导；

图4-2示出了与图4-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图；并且

图5示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导；并且

图6描绘了根据本公开内容的技术、装置以及系统的可用于制造用于天线的折叠波导的示例方法。

具体实施方式

概述

雷达系统是许多行业(包括汽车行业)中用于获取有关周围环境的信息的重要的感测技术。雷达系统中使用天线来发射或接收电磁(EM)能量或信号。一些雷达系统使用在阵列中的多个天线元件，以提供比使用单个天线元件所能达到的增益和方向性更高的增益和方向性。在接收中，来自各个天线元件的信号与适当的相位和加权振幅相结合，以提供期望的天线接收图。天线阵列还用于发射，在元件之间分配信号功率，使用适当的相位和加权振幅，以提供期望的天线发射图。可以使用波导来将EM能量传递给天线元件和从天线元件传递EM能量。进一步，可以将波导布置成提供对信号和能量的期望的定相(phasing)、组合或分配。

相比之下，本文档描述了利用用于天线的折叠波导的技术、装置以及系统。所述折叠波导可以是空气波导，并且包括中空芯，所述中空芯在一端处在纵向方向上形成矩形开口，在相对端处形成封闭壁并形成围绕纵轴来回折叠的正弦形状，所述纵轴在纵向方向上穿过所述中空芯。中空芯形成多个辐射槽，每个辐射槽包括穿过多个表面中的一个表面的孔，所述一个表面限定中空芯。辐射槽被布置在所述一个表面上以产生特定天线图。辐射槽和正弦形状使得折叠波导能防止栅瓣出现在水平极性主波束的任一侧上的特定天线图中，或防止X波段瓣出现在垂直极性主波束的任一侧上的特定天线图中。

这只是所描述的用于天线的折叠波导的技术、装置以及系统的一个示例。本文档描述了其他的示例和实现。

示例系统

图1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的包括用于天线的折叠波导的示例系统100。系统包括设备102、天线104以及波导106。系统100可以是交通工具(诸如，自动驾驶汽车)的一部分。系统100的部分可被集成到印刷电路板或者衬底上。

设备102被配置用于接收和处理信号以执行功能。设备102可为雷达设备、超声设备或被配置用于接收电磁信号的其他设备。设备102的输入被可操作地耦合至天线104。

天线104被配置用于捕获电磁信号124并将它们传送(channel)至设备102。天线104和设备102可经由有线链路或无线链路而耦合。这些链路将电磁信号124从天线104携载至设备102。

波导106是折叠波导并被配置为将通过空气传输的电磁信号124传送至天线104和设备102。波导106包括中空芯108。折叠波导106可包括金属。折叠波导106可包括塑料。塑料和金属的组合可用于形成波导106。在图1中，从上方对波导106进行观察。顶表面122是可见的，顶表面122是波导106的多个表面中形成中空芯108的一个表面。

中空芯108在一端处在纵向方向112上形成矩形开口110，并在相对端处形成封闭壁114。具有封闭壁114的该相对端被可操作地耦合至天线104。电磁信号通过开口110进入波导106，并且一些信号在相对端处离开波导管106并且到达天线104。中空芯108形成正弦形状，所述正弦形状围绕纵轴116来回折叠，纵轴116在纵向方向112上穿过中空芯108。

中空芯108还形成多个辐射槽118。辐射槽118中的每个包括穿过折叠波导106的多个表面中的一个表面122的相应孔120，所述表面122限定中空芯108。例如，波导106的顶表面122可以包括与图1所示的辐射槽相似的辐射槽118。多个辐射槽118被布置在表面122上，以产生用于设备102和天线104的特定的天线图，天线104电耦合至中空芯108的相对端。

如图1所示，多个辐射槽118被配置为：在电磁辐射124的进入矩形开口110的部分124’能够到达电耦合至中空芯108的相对端的天线104之前，从中空芯108耗散电磁辐射124的该部分124’。换言之，允许电磁辐射在纵向方向112上在穿过中空芯108的途中泄漏出辐射槽118。多个辐射槽118中的每一个辐射槽在多个表面中的一个表面上的尺寸和位置被设计成在天线104处产生特定天线图，天线104电耦合至中空芯108的相对端。

示例装置

图2-1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的示例折叠波导106-1。波导106-1为波导106的示例。来自多个辐射槽118的每个辐射槽包括平行于纵轴116的纵向槽，以在天线元件处产生水平极化的天线图，所述天线元件电耦合到中空芯的相对端。

如图2-1所示，多个辐射槽118均匀地分布在矩形开口110与封闭壁114之间且沿纵轴116分布，纵轴116在纵向方向112上穿过中空芯108。来自多个辐射槽118的每一相邻对辐射槽包括两个辐射槽，这两个辐射槽沿纵轴116间隔开公共距离200，以在天线104处产生特定的天线图，天线104电耦合到中空芯108的相对端。间隔开公共距离200可以防止栅瓣。公共距离200小于到达中空芯108的相对端的电磁辐射124的一个波长。

多个辐射槽118中的每一个辐射槽在表面122上的尺寸和位置被设计成产生特定的天线图。多个辐射槽118的孔120在中空芯108的相对端处的壁114附近具有较大的尺寸202，并且在矩形开口110附近具有较小的尺寸204。辐射槽118的特定尺寸和位置可通过构建和优化波导106的模型以产生期望的辐射图来确定。辐射槽118被同相地馈电(fed)，由此这是相距公共距离200的原因。

图2-2示出了与图2-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图。因为每个辐射槽是平行于纵轴116的纵向槽，所以波导106被调谐(tune)以在天线104处产生水平极化天线图206。如图2-2所示，若公共距离200的间距(pitch)小于电磁辐射124波长，则可避免栅瓣。可以通过改变辐射槽118的尺寸或长度，来控制副瓣(side lobe)的高度(elevation)。

图2-3示出了在没有图2-1所示的用于天线的示例折叠波导的情况下的天线图208。对于此类其他波导来说的缺点包括天线图208所示的栅瓣，所述栅瓣出现于水平极化主波束的任一侧上。

图3-1示出根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导106-2。波导106-2是波导106的示例。来自多个辐射槽118的每个辐射槽包括垂直于纵轴116的横向槽，以在天线元件处产生垂直极化的天线图，所述天线元件电耦合至中空芯的相对端。

如图3-1所示，多个辐射槽118均匀地分布在矩形开口110与封闭壁114之间并且沿纵轴116分布，纵轴116在纵向方向112上穿过中空芯108。来自多个辐射槽118的每一相邻对辐射槽包括两个辐射槽，这两个辐射槽沿纵轴116间隔开公共距离300，以在天线104处产生特定的天线图，天线104电耦合到中空芯108的相对端。间隔开公共距离300或间距可以防止X波段瓣。公共距离300远远小于到达中空芯108的相对端的电磁辐射124的一个波长。

多个辐射槽118中的每一个在表面122上的尺寸和位置被设计成产生特定天线图。多个辐射槽118的孔120在中空芯108的相对端处的壁114附近具有较大的尺寸302，且在矩形开口110附近具有较小的尺寸304。辐射槽118的特定尺寸和位置可以通过构建和优化波导106的模型以产生期望的特定天线图来确定。

图3-2示出了与图3-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图。因为每个辐射槽是垂直于纵轴116的横向槽，所以波导106被调谐以在天线104处产生垂直极化天线图306。如图3-2所示，若公共距离300的间距小于电磁辐射124波长，则可避免X波段瓣。可以通过改变辐射槽118的尺寸或长度，来控制副瓣的高度。

图3-3示出了在没有图3-1所示的用于天线的示例折叠波导的情况下的天线图308。对于此类其他波导来说的缺点包括在天线图308中所示的X波段瓣，所述X波段瓣出现于垂直极化主波束的任一侧上。

图4-1示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导106-3。图4-1表示波导106-1和106-2的组合，且因此是波导106的示例。如图4-1所示那样，多个辐射槽的第一半部包括平行于纵轴的纵向槽，并且多个辐射槽的第二半部包括垂直于纵轴的横向槽，以在电耦合到中空芯的相对端的天线元件处产生圆形的天线图。

图4-2示出了与图4-1所示的用于天线的示例折叠波导相关联的天线图。因为使用横向槽和纵向槽的组合，所以波导106被调谐以在天线104处产生圆形极化天线图406。如图4-2所示，若各辐射槽之间的公共距离的间距小于电磁辐射124波长，则可以避免栅瓣以及X波段瓣。可以通过改变辐射槽118的尺寸或长度，来控制副瓣的高度。

图5示出了根据本公开内容的技术、装置以及系统的用于天线的另一个示例折叠波导106-4。图5是波导106的示例，其在与图1、图2-1、图3-1和图4-1所示的表面122不同的表面500中具有辐射槽。表面500垂直于表面122，表面122围绕轴114来回折叠。如图5所示，多个辐射槽120包括平行于纵轴的纵向槽和垂直于纵轴的横向槽的组合，尽管根据期望的特定天线方向图可以仅使用纵向槽或仅使用横向槽。例如，图5所示的组合在电耦合到中空芯的相对端的天线元件处产生圆形天线图。如果仅使用纵向槽，则产生水平极性天线图。如果仅使用横向槽，则产生垂直极性天线图。

示例方法

图6描绘了根据本公开内容的技术、装置以及系统的可用于制造用于天线的折叠波导的示例方法。方法600被示出为以(但不必限于)所示出或描述的操作的次序或组合被执行的一组操作602至606。进一步，可以重复、组合或重组操作602至606中的任何操作以提供其他方法。在以下讨论的各部分中，可以参考环境100以及以上详述的实体，仅出于示例对它们作出参考。该技术不限于由一个实体或多个实体执行。

在602处，形成用于天线的折叠波导。例如，波导106可以被冲压、蚀刻、切割、机械加工、铸造、模制或以某种其他方式形成。在604处，折叠波导被集成至系统中。例如，波导106被电耦合到天线104。在606处，在系统的天线处经由波导接收电磁信号。例如，设备102接收通过波导106从空气捕获并被路由通过天线104的信号。

附加示例

在以下部分中，提供了用于天线的折叠波导的附加示例。

示例1.一种装置，所述装置包括：折叠波导，所述折叠波导包括中空芯，所述中空芯形成：在第一端处在纵向方向上的矩形开口；在相对端处的封闭壁；围绕纵轴来回折叠的正弦形状，所述纵轴在所述纵向方向上穿过所述中空芯；以及多个辐射槽，所述多个辐射槽中的每一个包括孔，所述孔穿过所述折叠波导的多个表面中的一个表面，所述一个表面限定所述中空芯，所述多个辐射槽被布置在所述多个表面中的所述一个表面上以产生用于设备和天线元件的特定天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例2.任何前述示例的装置，其中多个辐射槽中的每一个被配置用于：在电磁辐射的进入矩形开口的部分能够到达电耦合至中空芯的相对端的天线元件之前，从所述中空芯耗散所述电磁辐射的所述部分。

示例3.任何前述示例的装置，其中所述多个辐射槽中的每一个辐射槽在所述多个表面中的所述一个表面上的尺寸和位置被设计成在所述天线元件处产生特定的天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例4.任何前述示例的装置，其中所述多个辐射槽均匀地分布在所述矩形开口与所述封闭壁之间且沿所述纵轴分布，所述纵轴在所述纵向方向上穿过所述中空芯。

示例5.任何前述示例的装置，其中来自所述多个辐射槽的每一相邻对辐射槽包括两个辐射槽，所述两个辐射槽沿所述纵轴间隔开公共距离，以在所述天线元件处产生特定天线图，所述天线元件电耦合到所述中空芯的所述相对端。

示例6.任何前述示例的装置，其中所述公共距离小于到达所述中空芯的电磁辐射的一个波长。

示例7.任何前述示例的装置，其中来自所述多个辐射槽的每一相邻对辐射槽包括两个辐射槽，所述两个辐射槽沿所述纵轴间隔开公共距离，以防止所述特定天线图内的栅瓣或X波段瓣。

示例8.任何前述示例的装置，其中来自所述多个辐射槽的每个辐射槽包括垂直于纵轴的横向槽，以在所述天线元件处产生垂直极化天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例9.任何前述示例的装置，其中来自所述多个辐射槽的每个辐射槽包括平行于纵轴的纵向槽，以在所述天线元件处产生水平极化天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例10.任何前述示例的装置，其中所述多个辐射槽的第一半部包括平行于纵轴的纵向槽，并且所述多个辐射槽的第二半部包括垂直于纵轴的横向槽，以在电耦合到所述中空芯的所述相对端的所述天线元件处产生圆形极化天线图。

示例11.任何前述示例的装置，其中所述折叠波导包括金属。

示例12.任何前述示例的装置，其中所述折叠波导包括塑料。

示例13.一种系统，所述系统包括：天线元件；设备，所述设备被配置用于经由所述天线发射或接收电磁信号；和折叠波导，所述折叠波导包括：中空芯，所述中空芯形成：在第一端处在纵向方向上的矩形开口；在与所述天线元件电耦合的相对端处的封闭壁；围绕纵轴来回折叠的正弦形状，所述纵轴在所述纵向方向上穿过所述中空芯；以及多个辐射槽，所述多个辐射槽中的每一个包括孔，所述孔穿过所述折叠波导的多个表面中的一个表面，所述一个表面限定所述中空芯，所述多个辐射槽被布置在所述多个表面中的所述一个表面上以在所述天线元件处产生特定的天线图。

示例14.任何前述示例的系统，其中所述设备包括雷达设备。

示例15.任何前述示例的系统，进一步包括交通工具，所述交通工具包括所述天线元件、所述设备以及所述折叠波导。

示例16.任何前述示例的系统，其中所述多个辐射槽中的每一个被配置用于：在电磁辐射的进入矩形开口的部分能够到达电耦合至所述中空芯的相对端的天线元件之前，从所述中空芯耗散所述电磁辐射的所述部分。

示例17.任何前述示例的系统，其中所述多个辐射槽中的每一个辐射槽在所述多个表面中的所述一个表面上的尺寸和位置被设计成在所述天线元件处产生特定的天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例18.任何前述示例的系统，其中来自所述多个辐射槽的每个辐射槽包括垂直于纵轴的横向槽，以在所述天线元件处产生水平极化天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端；其中来自所述多个辐射槽的每个辐射槽包括平行于纵轴的纵向槽以在所述天线元件处产生垂直极化天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端；或其中所述多个辐射槽的第一部分包括平行于纵轴的纵向槽，并且所述多个辐射槽的第二部分包括垂直于纵轴的横向槽，以在所述天线元件处产生圆形极化天线图，所述天线元件电耦合至所述中空芯的所述相对端。

示例19.任何前述示例的系统，其中所述多个辐射槽中的每一个包括孔，所述孔穿过所述多个表面中的特定表面，所述特定表面是围绕所述纵轴来回折叠的两个表面中的一个表面，所述纵轴在所述纵向方向上穿过所述中空芯。

示例20.任何前述示例的系统，其中所述多个辐射槽中的每一个包括孔，所述孔穿过所述多个表面中的特定表面，所述特定表面是与围绕纵轴来回折叠的两个其他表面垂直的两个表面中的一个表面，所述纵轴在所述纵向方向上穿过所述中空芯。

结语

虽然在前述描述中描述并且在附图中示出了本公开的各种实施例，但应当理解，本公开不限于此，而是可以在接下来的权利要求的范围内以各种方式实施为实践。根据前述描述，将显而易见的是，可以做出各种更改而不偏离由接下来的权利要求所限定的本公开内容的精神和范围。

除非上下文另有明确规定，否则“或”和语法上相关的术语的使用表示无限制的非排他性替代物。如本文所使用的，引述一列项目中的“至少一者”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。作为示例，“a、b或c中的至少一者”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c、和a-b-c，以及具有多个相同元素的任何组合(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c、和c-c-c，或者a、b和c的任何其他排序)。