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KR100767543B1 - 스위치형 빔 안테나 구조 - Google Patents

스위치형 빔 안테나 구조 Download PDF

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KR100767543B1
KR100767543B1 KR1020037002228A KR20037002228A KR100767543B1 KR 100767543 B1 KR100767543 B1 KR 100767543B1 KR 1020037002228 A KR1020037002228 A KR 1020037002228A KR 20037002228 A KR20037002228 A KR 20037002228A KR 100767543 B1 KR100767543 B1 KR 100767543B1
Authority
KR
South Korea
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antenna
layer
circuit
layers
switched beam
Prior art date
Application number
KR1020037002228A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030022407A (ko
Inventor
캐롤라인 브레글리아
토마스 더블유. 프렌치
조셉 에스. 플레바
Original Assignee
레이던 컴퍼니
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
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Abstract

복합 빔 어레이 안테나 시스템은 부틀러 매트릭스 형성 네트워크(86)에 연결되어 있는 스트립라인-패드 개방 종단형 웨이브가이드로부터 제공되는 다수의 방사 구성요소(82)를 포함하고 있다. 상기 부틀러 매트릭스 빔 형성 네트워크는 스위치형 빔 결합 회로(90)에 연결되어 있다. 상기 안테나는 단일 저온 동시소성 세라믹(LTCC)회로로서 제작될 수 있다.

Description

스위치형 빔 안테나 구조{SWITCHED BEAM ANTENNA ARCHITECTURE}
본 발명은 안테나 구성요소에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 어레이 안테나에서 사용되는 안테나 구성요소에 관한 것이다.
당업계에서 알려진 것과 같이, 상업상 이용 가능한 물품에 레이더 시스템을 점점 더 많이 포함하려는 경향이 있다. 예를 들어, 자동차, 보트 트럭, 항공기 및 다른 수송 차량에 레이더 시스템을 포함하는 것은 바람직하다. 상기 레이더 시스템은 소형이어야 하며, 상대적으로 비용이 저렴하여야 한다.
게다가, 일정한 애플리케이션은 최소 작동 성능 요구에 부가되는 물리적인 크기의 구조에 대한 제한을 포함하는 상대적으로 어려운 설계 파라미터를 가지고 있다. 상기와 같은 설계 요구(예를 들어, 낮은 비용, 작은 크기, 고성능 파라미터)는 상기 레이더 시스템의 설계를 상대적으로 어렵게 한다. 상기 설계의 어려움은 낮은 비용, 소형화 및 고성능의 설계 목표를 만족하는 안테나 시스템을 제공하는 것을 목적으로하기 때문이다.
자동차 레이더 시스템에서, 예를 들어, 비용과 크기는 상당히 중요하다. 게다가, 자동차 레이더 애플리케이션의 성능 요구를 만족하기 위해, (예를 들어, 커버리지 영역) 어레이 안테나가 요구된다. 자동차 레이더 애플리케이션을 위해 제 작된 어레이 안테나에서 사용하도록 제안된 일정한 안테나 구성요소들은 패치 안테나 구성요소, 프린트형 다이폴(dipole) 안테나 구성요소 및 캐비티 백형 패치 안테나 구성요소(cavity backed patch antenna element)를 포함하고 있다. 이러한 안테나 구성요소들 각각은 자동차 레이더 애플리케이션에서 사용될 때 하나 이상의 결점을 가지고 있다.
예를 들어, 패치 안테나 구성요소들과 캐비티 백형 패치 안테나 구성요소들은 상대적으로 많은 양의 기판 영역과 두께를 요구한다. 그러나, 자동차 애플리케이션을 위한 어레이 안테나는 소형화와 비용 때문에 단지 제한된 양의 영역만을 가질 수 있다. 따라서, 고밀도 회로에서 작동할 수 있는 안테나 구성요소들이 요구된다. 프린트형 다이폴 안테나들은 고밀도 회로 환경에서 작동할 수 있지만, 프린트형 다이폴 안테나 구성요소로부터 제공되는 어레이 안테나는 상기 안테나 방사 패턴에서 "블라인드 지점들"을 가지고 있다.
따라서, 소형의 고밀도 회로 환경에서 작동할 수 있으며, 상대적으로 비용이 저렴하며 상대적으로 고성능 특성을 가지고 있는 어레이 안테나를 제공하는데 사용될 수 있는 안테나 구성요소를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 상응하여, 안테나 구성요소는 개구를 가지고 있는 지면 위에 위치한 제1 지면을 가지고 있는 상기 레이더 층에 위치한 커버 층을 포함하고 있다. 상기 레이더 층은 제2 지면이 배치하고 있는 피드 회로 층위에 배치하고 있다. 캐비티는 상기 레이더에 제공되며 피드 회로 층은 상기 제1 및 제2 지면 층 사이의 다수 개구들을 배치함으로써 제공된다. 안테나 구성요소 피드는 피드 회로와 안테나 구성요소 사이에서 에너지를 결합시킨다. 피드 회로는 상기 안테나 구성요소 피드와 부틀러 매트릭스 사이에서 에너지를 연결하며, 상기 각 안테나 구성요소 사이에 인터레이스된 고도 피드로서 제공된다. 상기 특정 구성에 의해, 스트립라인 패트 개방 종단형 유전체 충전 캐비티(stripline-fed open ended dielectric filled cavity)가 제공된다. 한 실시예에서, 상기 안테나 구성요소는, 다중 안테나 빔들 사이에서 스위치될 수 있는 소형의 어레이 안테나를 제공하기 위해 다수의 안테나 구성요소가 제공될 수 있는 LTTC 기판으로부터 제공된다. 다수의 안테나 구성요소가 다수의 안테나빔들 사이에서 스위칭할 수 있는 소형의 어레이 안테나를 제공하도록 본 발명의 상기 안테나 구성요소는 단지 5개의 층만을 요구하며, 따라서 상대적으로 낮은 비용으로 안테나가 제공될 수 있다. 상기 방사기 층들은 상기 안테나 구성요소를 동조하기 위해 용량 윈도우를 가지고 제공될 수 있다. 상기 각 안테나 구성요소 사이에서 인터레이스된 고도 피드로서 상기 피드 회로를 제공함으로써, 고밀도 환경에서 작동할 수 있는 소형 안테나가 제공된다. 다중 빔 어레이 안테나는 24GHz로 방사하도록 설계되었다. 상기 전체 안테나는 단일 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)회로로 제작된다. 안테나 설계는 상기 방사 구성요소(스트립라인- 패드 개방 종단형 웨이브 가이드), 네트워크 형성 상기 빔(부틀러 매트릭스, Butler Matrix), 방사기 피드 회로, 직교 하이브리드, 전력 분배기 및 상호층 변환을 포함하고 있다.
본 발명의 또다른 특징에 상응하여, 어레이 안테나는 다수의 슬롯형 안테나 구성요소를 포함하고 있는데, 각각은 스트립라인-패드 개방 종단형 유전 충전 캐비티를 활용한다. 상기 특정 구성요소에 의해, 다중 빔들을 제공할 수 있는 소형 어레이 안테나를 제공한다. 상기 안테나는 자동차 레이더 애플리케이션에서 활용되는 센서에 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 센서는 송신 및 수신 안테나를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상기 송신 및 수신 안테나는 단일 기판에 배치되는 송수신 분리형(bi static) 안테나 쌍으로 제공된다. 다른 실시예에서, 단일경로(monostatic) 장치가 사용될 수 있다.
본 발명의 또다른 특징에 더 상응하여, 스위치형 빔 안테나 시스템은 다수의 안테나 구성요소들, 각각의 안테나 포트가 다수의 안테나 구성요소들 중 하나에 각각 연결되는 다수의 안테나 포트와 다수의 스위치 포트를 가지고 있는 부틀러 매트릭스 및 하나의 입력 포트와 다수의 출력 포트를 가지고 있으며 각각의 상기 스위치 출력 포트는 상기 부틀러 매트릭스의 다수 스위치 포트 중 하나에 각각 연결되는 스위치 회로를 포함한다. 이러한 특정 장치에 의해, 다수의 빔 스위치형 빔 안테나 시스템이 제공된다. 단일 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판으로부터 상기 안테나 구성요소를 제공함으로써, 상기 안테나 시스템은 소형 안테나 시스템으로 제공될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 방사 구성요소는 상기 LTCC 기판에서 제작된 스트립-패드 개방 종단형 웨이브가이드로부터 제공되며, 부틀러 매트릭스, 방사기 피드 회로, 직교(quadrature) 하이브리드, 전력 분배기 및 상호층 변환이 상기 LTCC에서 제공된다.
본 발명 그 자체뿐만 아니라, 본 발명의 전술한 특징들은 이하의 도면들의 설명으로부터 완전히 이해될 것이다.
도1은 레이더 시스템의 블록도이다.
도2는 다수의 레이더 시스템을 포함하고 있는 자동차 근접 물체 탐색(NOD) 시스템에 대한 블록도이다.
도3은 측면 물체 탐색(SOD) 시스템의 시각에 관한 것이다.
도4는 스위치형 빔 안테나 시스템의 블록도이다.
도5는 스위치형 빔 형성 회로의 블록도이다.
도6은 다수의 안테나 구성요소들에 연결되어 있는 부틀러 매트릭스 빔 형성 회로의 블록도이다.
도7은 부틀러 매트릭스 빔들의 플롯이다.
도7A는 상기 부틀러 매트릭스 빔들 중에서 소정의 빔들을 결합함으써 제공되는 안테나 시스템 빔들의 플롯이다.
도7B는 상기 부틀러 매트릭스 빔들 중에서 소정의 빔들을 결합함으써 제공되는 안테나 시스템 빔들의 플롯이다.
도8은 상기 도2와 도11의 SOD시스템에 의해 제공될 수 있는 탐색 지역에 대한 다이어그램이다.
도8A는 상기 도3과 도11의 SOD 시스템에 의해 제공될 수 있는 제2 탐색 지역에 대한 다이어그램이다.
도9는 다수의 안테나 구성요소들에 의해 형성되는 어레이 틈에 대한 상위 시야(top view)이다.
도10 안테나 구성요소의 분리된 시야이다.
도11은 도10의 안테나 구성요소의 교차선11-11의 단면도이다.
도12는 SOD 시스템의 자세한 블록도이다.
도1을 참고로, 레이더 시스템(10)은 안테나 부분(14), 송신기(22)와 수신기(24)를 포함하고 있는 마이크로파 부분(20)및 디지털 신호 프로세서(DSP, 30), 전력원(32), 제어 회로(34) 및 디지털 인터페이스 유닛(DIU, 36)을 포함하고 있는 전자회로 부분(electronics, 28)을 포함하고 있다. 상기 송신기(22)는 설명되는 것과 같이 전압 제어 발진기(VCO)에 대한 제어 신호를 발생하기 위한 디지털 램프 신호 발생기를 포함한다.
상기 레이더 시스템(10)은 상기 시스템(10)의 시야에서 하나 이상의 물체 또는 목표를 탐색하기 위해 레이더 기술을 활용한다. 대안적인 실시예에서, 상기 레이더 시스템(10)은 다른 차량들, 나무, 사인, 보행자 및 상기 차량이 위치하고 있는 경로상에 근접하여 위치하고 있는 다른 물체들을 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는 물체들을 탐색하기 위한 목적을 가지고 있는 자동 레이더 시스템 모듈(도2)이며, 특히 측면 물체 탐색(SOD)모듈 또는 자동차 또는 다른 운송 차량(40)에 장착된 시스템이다. 당업자에게는 명확하듯이, 상기 레이더 시스템(10)이 보트, 배 또는 다른 바다 수송 차량에 장착될 수 있는 해상 응용분야를 포함하는, 그러나 이에 한정되지 않는 다른 종류의 응용분야에서 사용되기에 적합하다.
상기 송신기(22)는 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 레이더로 작동하며, 여기서 상기 송신된 신호의 주파수는 제1 소정의 주파수에서 제2 소정의 주파수로 선형적 으로 증가한다. FMCW 레이더는 높은 감도의 장점을 가지고 있으며, 상대적으로 낮은 송신 전력과 좋은 범위 분해능을 가지고 있다. 그러나, 다른 종류의 송신기들이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제어 신호들은 제어 신호 버스(42)를 통해 상기 운송차량(40)에 의해 상기 레이더 시스템(10)으로 제공하며 상기 차량(40)에 관계된 편요 속도에 상응하는 편요 속도 신호와 상기 차량의 속도에 상응하는 속도 신호를 포함할 수 있다. 상기 DSP(30)는 도10-16과 결합하여 설명되는 것과 같이, 상기 레이더 시스템의 시야에서 물체를 탐색하기 위해 상기 레이더 시스템(10)에 의해 수신된 레이더 복귀 신호들과 이러한 제어 신호들을 처리한다. 상기 레이더 시스템(10)은 출력 신호 버스(46)를 통해 시야에 있는 물체를 특징화하는 하나 이상의 출력 신호들을 상기 차량으로 제공한다. 상기 출력 신호들은 목표가 상기 시스템의 사전 설정된 임계값을 초과할 때 목표 탐색 신호를 포함할 수 있다. 상기 출력 신호들은 블라인드 지점과 근접한 물체의 탐색과 같은 여러 사용을 위해 상기 운송차량(40)의 제어 유닛에 연결될 수 있다.
상기 안테나 어셈블리(14)는 RF 신호들을 수신하기 위한 수신 안테나(16)와 RF 신호들을 송신하기 위한 송신 안테나(18)를 포함한다. 상기 레이더 시스템(10)은 서로에게 근접하고 있는 분리된 송신 수신 안테나들을 포함하고 있으므로 송수신 분리형 레이더 시스템으로 특징될 수 있다. 상기 안테나들(16, 18)은 동일한 방향의 송신 및 수신 빔을 지적하기 위해 병렬로 제어되는 조정 각도들에서 다수의 빔들을 제공한다. 각 안테나들(16, 18)의 각도를 선택하기 위한, 다중 위치 송신 및 수신 안테나 스위치들을 포함하여 여러 회로가 적합하다.
또한 도2를 참고로, 도1의 레이더 시스템(10)을 위한 예시적인 애플리케이션이 자동 근접 물체 탐색(NOD) 시스템(50)의 형태로 도시되어 있다. 상기 NOD 시스템(50)은 자동차, 오토바이 또는 트럭 또는 보트 또는 잠수 운송수단과 같은 해상 운송수단 또는 수확기와 같은 농촌 운송차량과 같은 운송차량(52)에 장착될 수 있다. 상기 특정 실시예에서, 상기 NOD 시스템(50)은 순방향-탐지 센서(FLS)시스템(54), 전자 공학 센서(EOS) 시스템(56), 다수의 측면 탐지 센서(SLS) 시스템(58) 또는 동등한 측면 물체 탐색(SOD) 시스템(58) 및 다수의 후미 탐지 센서(RLS) 시스템(60)을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 도1의 상기 레이더 시스템(10)은 SOD 시스템(128)이다.
FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템 각각은 센서 프로세서(62)에 연결되어 있다. 상기 특정 실시예에서, 상기 센서 프로세서(62)는 FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템 각각이 버스나 또는 다른 수단에 의해 연결되어 있는 중앙 프로세서로 도시되어 있다. 대안적인 실시예에서, FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템들 중 하나 이상의 시스템은 도1의 DSP(30)과 같은 자신의 프로세서를 가지고 있어서 이하 설명되는 프로세싱을 수행할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 경우에, 상기 NOD 시스템(100)은 분산된 프로세서 시스템으로 제공된다.
상기 NOD 시스템(50)이 단일의 또는 다수의 프로세서를 포함하고 있는지에 무관하게, 각 센서 시스템(54, 56, 58, 60)에 의해 수집된 정보는 공유되고, 상기 프로세서(62)(또는 분산된 시스템의 경우의 프로세서)는 결정이나 또는 규칙 트리를 수행한다. 상기 NOD 시스템(50)은 블라인드 지점 탐색, 라인 변화 탐색, 차량 에어백의 사전 장착 및 라인 스테이 기능을 포함하는 그러나 이에 제한되지 않는 다수의 기능들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 센서 프로세서(62)는 차량(52)의 에어백 시스템(64)에 연결될 수 있다. 하나 이상의 FLS, EOS, SLS 및 RLS 시스템으로부터의 신호에 응답하여, 상기 센서 프로세서(62)는 상기 차량의 에어백을 "사전에 암(arm)"하도록 결정할 수 있다. 다른 예들이 또한 가능하다.
상기 EOS 시스템(56)은 광학 또는 IR 센서 또는 상대적으로 높은 방위 분해능을 제공하는 다른 센서를 포함한다. 상기 RLS 시스템(60)의 쌍은 상기 차량의 후미 부분에서 물체를 탐색하기 위해 삼각 구도를 활용할 수 있다. 상기 FLS 시스템(54)은 "자동차 앞쪽 탐지 센서 구조"라는 제하로 1999년 7월 27일에 발행된 미국 특허 제 5,929,802에 설명되어 있으며, 본 발명은 본 발명의 출원인에게 양도되어 있으며, 이하 참고로 통합되어 있다. 상기 SLS 및 RLS 센서들은 동일한 안테나 시스템을 가지고서 제공될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
상기 각 센서 시스템들은 차량(52)에 장착되며, 따라서 다수의 커버리지 지역들은 상기 차량 주위에 존재한다. 따라서, 상기 차량은 센서 지역들의 덮개에 의해 둘러싸여 있다. 도2에 도시되어 있는 특정 구조에 의해, 네 개의 커버리지 영역(66a-66d)이 사용된다. 각 커버리지 영역(66a-66d)은 하나 이상의 탐색 시스템들을 활용한다. 상기 RF 탐색 시스템은 각 커버리지 영역(66a-66d)에 다중 빔들을 제공하는 안테나 시스템을 활용한다. 상기 방법으로, 다른 차량이 접근하는 또는 자신의 차량이 다른 차량에 접근하는 상기 특정 방향이 발견될 수 있다.
상기 SLS, RLS 및 FLS 시스템들은 상기 차량에서 옮겨서 배치할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 즉, 일정한 실시예에서, 상기 SLS, RLS 및 FLS 센서들은 상기 차량의 몸체 외곽에 배치될 수 있는(즉, 차량의 노출된 표면에) 반면에 다른 시스템에서 상기 SLS, RLS 및 FLS 시스템들은 범퍼나 또는 다른 차량 부분에 내장될 수 있다(예를 들어, 문, 판넬, 1/4판넬, 차량 앞쪽 단부, 차량 뒤쪽 단부). 또한 상기 차량의 안쪽에 장착될 수 있는(예들 들어, 범퍼나 또는 다른 위치) 또는 이동할 수 있는 시스템이 제공될 수 있다. 상기 장착을 위한 시스템은 2001년 8월 16일에 출원된 "레이더 시스템을 차량에 장착하는 시스템 및 기술들"이라는 제하의 미국 특허 출원 제 09/931,276와 2001년 8월 16일에 출원된 "이동식 물체 탐색 시스템"이라는 제하의 미국 특허 출원 제09/930,868에 설명된 종류일 수 있으며, 양 발명은 본 발명의 출원인에게 양도되었고 이하 참고로 통합되어 있다.
도3을 참고로, 측면 탐색(sod) 시스템(70)은 상기 SOD 전자회로가 배치되어 있는 하우징(72)을 포함하고 있다. 상기 하우징 부분은 다수의 안테나 구성요소들(77)이 배치하고 있는 단일 기판(76)을 보여주기 위해 제거되었다. 이하에서는 바람직한 안테나 어레이와 안테나 구성요소가 도9-11과 결합되어 설명될 것이다. 이러한 특정 실시예에서, 상기 기판은 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판(76)으로 제공된다. 도10과 도11과 결합되어 이하에서 자세히 설명되는 것과 같이, 상기 단일 기판(76)은 다수의 LTCC 층들로 제공될 수 있다.
또한 상기 LTCC 기판(76)에 제공되는 것은 상호층 변환 회로들뿐만 아니라 부틀러 매트릭스 빔 형성 회로, 상기 안테나 구성요소들(75)에 연결되어 있는 방사 기 피드 회로, 다수의 직교 하이브리드 및 전력 분배기 회로들이다.
한 실시예에서, 상기 안테나를 위한 상기 하우징(72)은 약 3.7의 상대 유전 상수(εr)를 가지고 있는 삽입 모델형 플라스틱 PBT( polybutylene telephthalate)로부터 제공된다. 상기 하우징(72)은 커버(73)를 포함한다. 안테나 성능에 영향을 미치는 커버(73)의 하나의 특성은 커버 두께이다. 바람직한 실시예에서, 상기 커버의 두께는 상기 유전체에서 측정된 두께의 1/2인 파장(.5λ)으로 설정된다. 약 24 GHz의 작동 주파수에서, 이것은 약 .125인치의 커버 두께에 상응한다. 상기 안테나 개구는 바람직하게는 거리(d)(상기 안테나 개구로부터 상기 커버(73)의 안쪽 표면까지의 거리)만큼 상기 커버(73)로부터 떨어져 있으며, 상기 거리는 대기중에서 측정된 거리보다 .5λ만큼 작다. 약 24GHz의 작동 주파수에서, 이것은 약 .2인치에 상응한다. 상기 커버의 다른 차원은 구조와 제작과정에 근거하여 선택된다. 상기 하우징(72)은 상기 기판(76)이 배치되는 오목한 부분을 가지고 있다. 상기 하우징은 2001년 8월 16일에 출원된 "고밀도 단일 기판 MMW 다중 빔 센서"라는 제하의 미국 특허 출원 제09/931,227에 설명되어 있으며, 상기 발명은 본 발명의 출원인에게 양도되었고 이하 참고로 통합되어 있다.
한 실시예에서, 상기 안테나는 페로(ferro) A6-M LTCC 테이프를 사용하여 제작된다. 상기 테이프는 약 0.010 인치 사전 소성(pre-fired) 및 0.0074 사후 소성(post-fired)의 두께와 대략의 유전 상수 5.9를 가지고 있다. 상기 LTCC테이프는 0.0148 인치 지면 간격에 대해 인치마다 24GHz의 1.0 dB(보다 정확히는 1.dB)의 손실 특성을 가지고 있다.
LTCC은 대량 생산에서 낮은 비용으로 제조될 수 있는 가능성과 이에 제한되지 않는 여러 이유에 의해 상기 안테나에 선택되어 사용된다. 게다가, LTCC는 소형 회로 설계를 가능하게 하고, 상대적으로 높은 신뢰도와 내장된 비아들(상기 안테나의 특정 실시에에서는 약 1200 비아들)을 가지고 있는 다중 층 회로에 대한 향상된 기술을 가진다. 표면에 장착되는 기기가 또한 LTCC와 통합될 수 있다.
도4를 참고로, 스위치형 빔 안테나 시스템은 다수의 안테나 구성요소(82)를 가지고 있는 안테나(80)를 포함한다. 상기 안테나 구성요소들(82) 각각은 다수의 고도 분산 네트워크(84a-84h) 각각을 통해 부틀러 매트릭스 빔 형성 네트워크(88)의 다수의 출력 포트(86a-86h) 각각에 연결되어 있다. 이하에서 도5-7에 결합되어 설명되는 것과 같이, 상기 입력 또는 빔 포트(88a-88h) 중 소정의 하나에 제공되는 신호는 방위면에서 서로 다른 빔 위치에서 보이는 빔을 형성하는 안테나이다. 상기 고도 분산(elevation distribution) 네트워크(84)는 제1 2-1(2:1) 전력 분산기(90)를 포함하고 있으며, 상기 전력을 두 개의 방사기 피드 회로(92a, 92b)에 동일하게 분배한다.
한 실시예에서, 상기 방사기 피드 회로는 고도에서 1/2 진폭 분산을 제공하는 통합된 피드로부터 제공된다. 각 피드 회로(92a, 92b)는 각각 3개의 방사 구성요소에 연결되거나 보다 간단히 차이 라인 길이를 가지고 있는 신호 경로를 통해 방사기들에 연결된다. 이러한 차이 라인 길이(differential line length)는 상기 고도 빔 조정에 대해 적절한 위상 이동을 제공한다.
상기 부틀러 매트릭스 입력 포트들은 상기 부틀러 매트릭스 포트(88a-88h)들 중 상응하는 하나와 이하에서 설명되는 것과 같이 결합된 빔들이 제공되는 공통 포트(94)가 연결된 제1 다수의 스위치 포트들(92a-92h)을 가지고 있는 스위치형 빔 결합 회로(90)의 출력 포트들에 연결되어 있다.
상기 부틀러 매트릭스(88)의 포트(88a-88h)는 서로 다른 안테나 빔 위치를 나타낸다. 상기 빔들은 서로 독립적이며 동시에 가용될 수 있다. 상기 부틀러 포트 위치에 대해 상기 빔들의 위치가 도7에 제시되어 있으며, 참고 번호(120a-120h)은 공간에서 상기 빔들의 상대 위치를 나타내며, 상기 빔 번호들(1-8)(도7에서는 참고 번호(121a-121h)로 표현되었음)은 도6에서 주어진 상기 부틀러 입력 빔 포트 번호들을 참조하며, 유사하게 도5에서는 참고 번호(102a-102h)로 언급된다. 공간적으로 인접한 빔들은 상기 부틀러 입력 빔 포트들의 반대 1/2에 위치하고 있다(빔 포트들의 왼쪽 반 포트들 1,2,3및 4, 및 오른쪽 반 포트들 5,6,7 및 8). 인접한 직교 빔들의 결합은 코사인 구명 분산을 가지고 있는 결과 빔을 제공할 것이며, 따라서 더 낮은 사이드로브 레벨을 제공한다. 4-웨이 스위치(도5의 스위치 105, 106과 같은)를 위치시킴으로써, 빔들의 어느 일정한 쌍에 대한 상기 부틀러 입력 빔 포트들의 각각의 1/2의 접속이 현실화된다. 상기 2개의 4-웨이 스위치(도5의 105a, 106a)의 입력은 동일한 전력 분배기(108)를 통해 결합된다. 이러한 방식으로, 상기 전력 분배기(108a)로의 단일 입력은 7개의 결합된 빔들(도7A에서 124a-124g로 도시됨) 중 하나에 연결된다. 도7A에서 상기 빔의 결합들은 상기 숫자 쌍들(2,6), (6,4), (4,8),(8,1),(1,5),(5,3),(3,7)으로 표현된다. 즉, 빔(124a)(도7)은 (2,6)으로 표현되는 상기 결합된 빔들 2와6으로부터 제공된다. 유사하게, 빔(124b, 도7a)은 (6,4)으로 표현되는 빔들 6과4의 결합으로부터 제공된다; 빔 124c(도7a)는 (4,8)로 표현되는 빔들(4,8)에 의해 제공된다; 빔 124d(도7a)는 (8,1)으로 표현되는 빔들(8,1)에 의해 제공된다; 빔 124e(도7a)는 (1,5)으로 표현되는 빔들(1,5)에 의해 제공된다; 빔 124f(도7a)는 (5,3)으로 표현되는 빔들(5,3)에 의해 제공된다; 빔 124g(도7a)는 (3.7)으로 표현되는 빔들(3,7)에 의해 제공된다.
이러한 숫자 쌍들은 또한 왼쪽과 오른쪽 스위치(105,106 도5)의 위치를 각각 나타낸다. 예를 들어, 만약 스위치(105)가 도5의 도면 번호(102a)로 표시되어 있는 포트(1)를 선택하도록 설정되고(즉, 포트 1과 스위치 포트(105a) 사이에서 낮은 임피던스 신호 경로를 제공하면), 스위치(106)는 도5의 도면번호(102h)로 표시되는 포트(8)를 선택하도록 설정된다고 가정하자. 전력 분배기 포트(108a)에서의 상기 결합된 빔의 결과는 상기 빔의 중앙인 빔 8, 1이다.
도5를 참고로, 다수의 안테나 구성요소 포트들(100a-100h)(상기 포트들은 예를 들어 도4의 포트들(86a-86h)에 상응할 수 있음)과 다수의 스위치 포트(102a-102h)(상기 포트는 예를 들어 도4의 포트(88a-88h)에 상응할 수 있음)를 가지고 있는 부틀러 매트릭스 빔 형성 네트워크(98)가 도시되어 있다. 상기 스위치 포트들(102a-102h)은 송신 라인들(103a-103h)을 통해 스위치형 빔 결합 회로(104)에 연결되어 있다.
공지된 것과 같이, 부틀러에 대한 상기 포트 위상은 180˚의 위상 차이를 가지고 있으며 상기 커브된 신호 경로들(103a, 103c)은 모든 포트로 하여금 서로 다른 각각의 포트와 서로 동상되도록 하기 위해 요구되는 180˚차이 라인 길이를 나타낸다. 상기 스위치형 빔 결합 회로(104)는 여기서 한 쌍의, 네 개의 단일 극 스로우 스위치들(105, 106)로부터 제공되는데, 상기 스위치(105, 106) 각각은 전력 분배기 회로(108)의 출력 포트에 연결된 106a와 105a를 가지고 있다. 상기 전력 분배기 회로(108)는 입력 포트(108a)로 제공되는 신호가 상기 출력 포트(108b, 108c)에서 동일한 위상과 전력 레벨을 가지도록 제공된다.
도6을 참고로, 다수의 안테나 구성요소들(110a-110h)은 부틀러 매트릭스 빔 형성 네트워크(112)의 포트(100a-110h)에 연결되어 있다. 상기 부틀러 매트릭스 빔 형성 네트워크(112)는 다수의 전력 배분기 회로(114)로부터 제공되는 것으로 도시되어 있다. 상기 회로(114)는 상기 부틀러 매트릭스 회로를 제공하기 위해 도시되어 있는 것과 같이 연결되어 있는 직교 또는 90˚스트립 링 하이브리드로 제공된다. 이러한 하이브리드는 연결되어 있는 암(arm)들의 출력에서 90˚의 위상 차이를 가지고 있는 3dB 전력 분배를 가지고 있다. 상기 부틀러 매트릭스는 고정된 위치에서 직교 빔들을 형성하는 손실이 적은 빔 형성 네트워크이다. 상기 빔 위치들은 안테나 어레이의 상기 안테나 구성요소들의 공간에 대한 함수(어레이 격자 공간으로 언급됨)이다. 이러한 특정 실시예에서, 상기 부틀러 매트릭스(112)는 상기 다중 빔들을 형성하기 위해 직교 하이브리트 회로(114)와 고정된 위상 이동기를 사용한다. 이하에서 더욱 자세히 설명되는 것과 같이, 상기 고정된 위상 이동들은 상기 경로 길이들이 도6의 2n, 3n 및 1n로 지시되고 여기서 n=□/8 라디안인 차이 라인 길이(115)로부터 제공된다. 고정된 위상 이동을 제공하기 위한 다른 기술들이 또한 사용될 수 있다.
전형적으로, 좁은 대역폭에 대해, 상기 고정된 위상들은 간단히 차이 라인 길이들이다. 위상 이동의 단위는 π/8라디안 또는 π/16라디안이다. 2N빔들이 존재한다. 부틀러는 상기 빔들의 위치를 계산하기 위해 다음의 식을 제공한다;
Figure 112003005223234-pct00001
여기서:
λ는 상기 중앙 주파수의 파장이며;
N은 구성요소들의 수이며;
d는 상기 구성요소들의 공간이며;
M은 상기 빔들의 수이다.
도7을 참고로, 특정 실시예에서, 상기 부틀러 매트릭스는 8개의 빔들(120a-120h)을 형성한다. 즉, 입력 신호를 상기 부틀러 매트릭스 입력 포트(112a-112h) 중 하나에 제공함으로써, 상기 안테나(110)는 상기 빔들(120a-120h) 중에서 상응하는 하나를 생성한다. 상기 빔의 위치를 결정하기 위한 계산은 이하의 식을 사용하여 알 수 있다;
파장(인치):
Figure 112003005223234-pct00002
구성요소들의 수: N = 8
구성요소들의 공간(방위각): d = .223
빔 위치(각도):
Figure 112003005223234-pct00003
빔 수:
Figure 112003005223234-pct00004
만약 상기 어레이가 방위각 0.223의 어레이 간격 공간을 가지고 제공된다면, 도7에서 도시되어 있는 것과 같이 상기 빔 위치들이 제공된다. 한 실시예에서, 상기 차이 라인 길이 값, n,은 24GHz의 주파수에서 0.0127 인치에 상응하는 1/16λ로 선택된다. 도7은 또한 도6의 어떤 빔 포트들이 어떤 빔들을 생산하는지를 설명하고 있다.
도7A를 참고로, 계산된 안테나 방사 패턴(122)은 레이더 시스템에서 사용될 수 있는 7개의 빔들(124a-124g)을 포함하고 있다. 상기 7개의 빔들은 상기 설명한 부틀러 매트릭스에 의해 형성된 상기 8개의 빔들 중에서 소정의 것들을 결합함으로써 제공된다. 인접한 빔들(예를 들어, 도7 120a,120b)은 도7A에 도시되어 있는 것과 같이 빔(124a)을 생성하기 위해 결합될 수 있다. 정의에 의해 브틀러 매트릭스의 빔들 출력이 직교이기 때문에, 방위각에서 빔들을 결합하는 것은 23dB의 피크 사이드로브 레벨(상기 빔 최대에 대해서)을 가지고 있는 코사인(θ) 테이퍼를 생산한다.
상기 결합된 빔들의 위치들은 이하의 테이블에 리스트되어 있다.
테이블
결합된 빔 빔 위치
8,1 0
4,8 & 1,5 +/- 16
6,4 & 5,3 +/- 34
2,6 & 3,7 +/-57

고도에서, 또한 25dB 세바이세브 테이퍼와 15˚빔 조정이 존재한다.
도7B를 참고로, 상기 결과 결합된 빔 어레이 요인들이 도시되어 있다. 상기 결합된 빔들은 20dB 플로우를 가지고 있는 U-V 공간의 에러없는 윤곽이다. 그들은 코사인(θ) 구성요소 요인으로 가정한다. 상기 플롯들은 고도상 방위 15도의 빔 조정을 가지고 있는 상기 7개의 결합된 빔들을 나타내고 있다.
상기 코사인(θ) 테이퍼를 방위적으로 상기 인접 빔 결합에 의해 생산하는 것은 비용 출력 디자인 선택임을 이해하여야 한다. 대신에, 상기 테이퍼는 감쇄기를 사용하여 생산될 수 있다. 그러나, 이러한 것들은 상기 LTCC 회로에서 내장된 저항들의 사용을 요구할 수 있다. 상기 LTCC 테이프 층에서 내장된 저항들을 사용하는 것은 상기 LTCC 회로의 제작 단계에서 또 다른 프로세싱 단계를 추가하는 것이다. 따라서, 상기 방위 분산을 생산하는 감쇄기의 사용은 상기 안테나의 비용을 증가하게 한다. 게다가, 본 발명의 기술은 2-웨이 스위치를 제거함으로써 상기 스위치 네트워크를 감소하게 한다.
도8과 8A를 참고로, 두 개의 서로 다른 측면 탐색 지역들의 예가 도시되어 있다. 도8에서, 차량(129)은 근방의 최대 탐색 지역(130)을 가지고 있다. 상기 최대 탐색 지역(130)은 탐색 지역 경계(131)에 의해 정의된다. 이러한 예에서, 상기 최대 탐색 지역 경계(130)는 사다리꼴 모양을 가지고서 제공된다. 예시적인 SOD 시스템은 7개의 방위 빔들(132a-132g)을 제공하는데, 각각은 모양으로 지적되어 있는 서로 다른 범위를 가지고 있으며, 상기 범위는 상기 빔 에코에서 작동하는 탐색 알고리즘에 의해 결정된다. 상기 8개의 빔들 각각의 상기 최대 탐색 범위의 알고리즘 제어는 특정 공칭 탐색 지역 경계(136)에 대한 실제적인 최대 탐색 지역 경계(134)의 모양을 정의한다. 물체가 탐색되는 상기 방법은 2001년 8월 16일에 출원된 "레이더 탐색 방법 및 장치"라는 제하의 미국 특허 출원 제 09/930,869 설명되어 있으며, 상기 발명은 본 발명의 출원인에게 양도되었고 이하 참고로 통합되어 있다.
상기 도8과 8A의 예시적인 상기 SOD 시스템은 7개의 빔들을 가지고 있으며, 각 빔들은 거의 15도의 빔폭을 가지고 있으며, 전체적으로는 거의 150도의 방위 스캔을 가지고 있다. 당업자들은 다른 빔의 수와 다른 스캔 각이 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특정 애플리케이션에 사용되는 특정 안테나 빔들의 수는 커버리지 지역, 커버리지 지역의 크기, 요구되는 방위 분해능, 복합성 및 비용을 포함하는 그러나 이에 제한되지 않는 여러 요인들에 상응하여 선택된다.
도8A를 참고로, 본질적으로 직사각형의 모양을 가지고 있는 경계(140)는 차량(144)에 대한 탐색 지역(142)을 가지고 있다. 또한, 예시적인 시스템은 7개의 방위 안테나 빔들(146a-146g)을 제공하는데, 각각의 상기 안테나 빔들(146a-146g)은 모양으로 지시되고 있는 서로 다른 최대 탐색 범위(148)를 가지고 있다. 상기 최대 탐색 범위(148)는 빔들(132a-132g, 도8)과 서로 다르며, 따라서 서로 다른 실제 최대 탐색 지역을 형성한다.
도9를 참고로, 길이 L과 폭 W을 가지고 있는 어레이 안테나(150)는 송신 어레이(152)와 수신 어레이(154)를 포함하고 있다. 상기 어레이(152, 154)는 각각 8개의 열(156a-156g)과 7개의 컬럼(158a-158f)을 가지고 있다. 따라서, 상기 송신 및 수신 어레이(152, 154) 각각은 일반적으로 160으로 언급되며 8개의 방위 구성요소와 7개의 고도 구성요소를 가지고 있는 46개의 방사 구성요소를 가지고 있다(또는 보다 간단하게 "방사기들" 또는 "구성요소").
도10과 11과 결합하여 보다 자세히 설명되는 것과 같이, 각 방사 구성요소(160)는 LTCC의 스트립라인-패드 개방 종단형 캐비티이다. 상기 캐비티는 내장된 비아들을 사용하여 상기 LTCC에서 형성되는데, 일반적으로 162로 언급되며 상기 "캐비티 벽"을 생성한다. 상기 어레이들(152, 154) 각각은 직사각형 격자 공간 0.223(방위) * 0.295(고도)를 가지고 있다. 상기 방위 공간은 바람직한 빔 위치를 유도하기 위해 상기 부틀러 매트릭스에 의해 발생하며, 상기 빔위치는 바람직한 탐색 지역들을 제공한다. 상기 고도 공간은 커버 유도된 스캔 블라이드를 방지하기 위해 요구되는 상기 최대 공간과 고도 빔폭 요구에 의해 유도된다.
자동차 레이더 애플리케이션에서, 상기 안테나는 플라스틱 하우징에 노출되어 있으며, 상기 하우징 커버를 통해 방사할 것이다(예를 들어, 도3에 도시되어 있는 것과 같이). 한 실시예에서, 상기 하우징 커버는 상기 방사성 디자인에 통합될 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 상기 안테나는 도3에 도시되어 있는 안테나 개구로부터 약 1/2 파장만큼 떨어져 있는 하우징 커버를 통해 방사된다. 이러한 접근에서, 상기 안테나는 그곳에 배치되어 있는 안테나 커버를 가질 수 있지만, 상기 커버는 (예를 들어, 도10의 층(176)으로 표시되는 것과 같이) LTCC의 추가적인 층으로 만들어질 수 있다.
도10을 참고로, 도9의 구성요소와 같이, 동일한 도면 부호를 가지고 있는 방사 구성요소(170)가 제시되어 있는데, 도 2A, 3, 5, 8, 9, 11과 결합되어 설명되는 안테나에서 예로서 사용될 수 있는 상기 방사 구성요소는 제1 및 제2 서로 상반된 표면을 갖고 있으며 상기 제2 표면에 지면(173)이 배치되어 있는 지면 층(173)을 포함하고 있다. 다수의 방사 층(174)은 상기 지면 층(172)의 제2 표면위에 배치되어 있다. 상기 방사 층(174) 각각은 이하 보다 자세히 설명되는 것과 같이 그곳에 포함되어 있는 안테나 구조를 가지고 있다. 상기 방사 층(174)의 각각의 구조는 상기 지면(173)에 대해 적절히 정렬된다.
안테나 구성요소 커버 층(176)은 상기 방사 층(174)위에 배치되어 있다. 한 실시예에서, 상기 안테나에 대한 상기 구성요소 커버 층(176)은 상기 방사기(170)에 통합된다. 상기 구성요소가 24GHz의 주파수로 작동하는 한 특정 실시예에서, 상기 구성요소 커버 층(176)은 두께 약 0.0038인치와 유전상수 약 3.5를 가지고 제공되며, 상기 방사기(170)를 동조하기 위해 사용된다(즉, 상기 커버(176)는 바람직한 주파수 범위에서 신호에 적절히 응답을 가지고 있는 상기 안테나 구성요소(170)을 제공하도록 활용된다).
또 다른 실시예에서, 도10과 결합되어 이하에서 설명되는 것과 같이, 상기 커버 층(176)은 두께 약 22.2밀리를 가지고 있는 LTCC로부터 제공된다. 이러한 실시예에서, 상기 커버 층은 3개의 10밀리 테이프 층(예를 들어, 도11의 층(218-222))으로부터 제공된다.
도9의 실시예에서, 상기 방사 층은 4개의 층(178-184)으로부터 제공된다. 상기 방사 층(178-184) 각각은 LTCC 테이프 층으로 제공된다. 상기 층은 5.9의 공칭(εr)과 약 .002의 전형적인 손실 탄젠트를 가지고 있는 두께 약 10밀리(사전 소성) 및 약 7.4밀리(사후 소성)를 가지고서 제공된다.
층(178)은 그곳에 배치된 전도 스트립(188)을 가지고 제공되는데, 이것은 안테나 구성요소 피드 회로(188)에 상응한다. 상기 층(180)은 그곳에 배치되어 있는 도전 물질(190)을 가지고 제공되는데, 이것은 지면(190)에 상응한다. 따라서, 피드 회로(188)는 상위와 하위 지면 사이에 배치되며, 따라서 층(178)은 스트립라인 피드 층(178)에 상응한다.
상기 지면(190)은 그곳에 있는 개구(192)를 가지고서 제공되며, 따라서 층(180)은 지면 층과 용량성 층(180) 모두에 상응한다. 비아들(160)이 관통하는 전도성 트레이스(191)를 갖는 층(182)이 제공된다. 상기 전도성 트레이스(191)는 개구(193)를 형성한다. 상기 층(182)위에 배치된 것은 층(184)인데, 층(184)은 그곳의 위에 또는 제2 표면에 배치된다. 상기 지면은 개구(193)를 형성하기 위해 제거된 부분을 가지고 있다.
전도 비아들(160)은 각 층들(172와 178-184)을 통과하여 캐비티를 형성한다. 따라서, 상기 지면 층(172), 방사 층(174)(상기 방사 층(174)에 관련된 구조) 및 커버 층(176)은 LTCC에서 형성된 스트립라인 패드 개방 종단형 캐비티와 같은 상기 방사 구성요소(170)를 형성한다. 상기 캐비티는 상기 내장된 비아들(160)에 의해 상기 LTCC에 의해 형성되는데, 상기 비아들(160)은 개구 층(184)의 제1 또는 위 표면으로부터 상기 지면 층(172)의 제2 또는 위 표면까지의 연속적인 전도 경로를 제공하며 상기 스트립라인 프로브(188)에 의해 제공된다.
한 특정 실시예에서, 상기 캐비티는 길이 0.295 인치, 폭 0.050 인치 및 높이 0.0296 인치(0.295 * 0.050 * 0.0296)를 가지고 제공된다. 상기 용량 윈도우(192)는 상기 개구에서 사용되며 상기 방사기를 동조하기 위한 내부 회로 층으로 사용된다.
이러한 특정 실시예에서, 상기 방사기 (170)의 디자인은 상기 ltcc 층의 수를 감소시키기 위해 제공되며, 여기서 비용은 감소된다. 상기 안테나의 낮은 비용 요구에 기인하여, 상기 안테나 자체는 8개의 LTCC 테이프 들의 최대 수를 가지는 것으로 특징된다. 도5와 결합되어 상기 설명된 것과 같이, 상기 부틀러 매트릭스 회로는 4개의 LTCC 테이프 층으로 또는 2개의 스트립라인 회로 층으로 구성된다. 상기 크기와 상기 부틀러 매트릭스의 회로 층에 기인하여, 2개의 스트립 회로 층 또는 4개의 LTCC 테이프 층 사이에서 상기 빔 형성 네트워크를 분배하는 것이 필요하다. 따라서, 상기 방사기에서 사용되는 4개의 LTCC 테이프 층이 존재한다. 게다가, 이러한 잔여 4개 LTCC 회로 층은 또한 상기 고도 분산 네트워크를 요구하였다. 이것은 상기 층들 상에서 상대적으로 고밀도를 가지는 RF 회로를 초래한다.
이러한 특정 실시예에서, 상기 안테나 구성요소(170)는 상기 리액티브 개구들 또는 공간 임피던스를 자유롭게 하는 바람직한 임피던스 매치를 가지고 있는 상기 방사 구성요소(170)를 제공하는데 사용되는 윈도우(192, 193 및 196)를 포함한다. 상기 구성요소 커버(176)뿐만 아니라 상기 리액티브 개구(192, 193, 196)는 공간 임피던스를 자유롭게 하는 상기 피드 라인(188)의 임피던스를 매치하기 위해 사용된다. 따라서, 상기 방사 구성요소(170)는 다수의 서로 다른 층위에 동조 구조들을 포함하며, 따라서 상기 방사기의 서로 다른 층을 가지고 있으며, 원하는 임피던스를 가지는 안테나 구성요소(170)를 제공하는데 사용될 수 있다.
상기 커버(176)는 LTCC로부터 제공되며, 또한 동조 구조로서 사용된다. 그러나, 유전 커버들은 종종 어레이의 스캔 블라인드 현상에 관련되어 있다. 서로 다른 커버 두께에 대한 상기 스캔 반사 계수의 분석은 스캔 블라인드 효과들이 상기 안테나의 성능을 방해하지 않도록 하기 위해 수행된다.
커버 두께의 바람직한 범위를 나타내는 상기 스캔 각도에 대한 스캔 반사 계수(상기 커버(176)에 기인한)에 대한 여러 커버 두께에 대한 상기 스캔 블라인드의 결과는 0.0020 인치에서 0.030인치이다. 이러한 커버 두께에서, 상기 스캔 반사 계수는 75˚가장 먼 스캔 각도에서 방위적으로 상대적으로 작다. 따라서, 커버들의 상기 범위는 방위 스캔 75˚에서 어레이의 어느 일정한 스캔 블라인드를 제공하지 않는다.
한 실시예에서, 0.022 인치 두께 커버, 분석 기술을 사용하는 상기 최적의 두께에 가장 근접하는 7.4 밀리의 곱은 상기 방사기의 설계에서 사용된다. 고도 스캔 분석은 15˚의 고도 빔 조정에서 어느 일정한 커버들에 의해 스캔 블라인드를 가지지 않는다는 것을 지시한다.
도10의 구성요소들과 동일한 도면 부호를 가지고 제공되는 도11을 참고로, 방사기 구성요소(200)와 관련된 피드 회로들이 11개의 LTCC 테이프 층(202-222)으로부터 제공되는데, 상기 층 각각은 약 0.0074인치의 사후 소성된 두께를 가지고 있으며, 0.0148 인치의 (스트립라인) 지면 공간을 가지고 있다. 상기 구성요소(200)는 층(202)에서 제공되는 구성요소 신호 포트(200a)를 가지고 있다.
상기 방사 구성요소(200)는 도시되어 있는 것과 같이 층(210-222)에서 이하 설명되는 것과 같은 구조로부터 제공된다. 커버 층(218-222)(이것은 도10의 커버 층(176)에 상응할 수 있다)은 방사 구성요소(200)에 통합된다. 층(216)은 그곳에 배치되는 지면(224)을 가지고 있다. 상기 지면의 부분은 개구(226)를 형성하기 위해 제거된다.
전력 분배기(228)는 전도 비아들(230a, 230b)을 통해 전도 트레이스(232)와 스트립 라인 피드 회로(234)에 각각 연결된다. 따라서, 고도 피드 회로는 상기 구성요소(200)와 인터레이스된다.
용량 윈도우(240)는 지면 물질을 상기 층(214, 216)에 배치하고 상기 지면에 개방부를 제공함으로써 층(214, 216)에 형성된다. 층(202, 204 및 208)은 또한 그곳에 배치되는 지면(242)을 가지고 제공된다. 층(210-216)이 상기 방사기 및 피드 회로에 전용되는 반면, 층(202-208)은 부틀러 매트릭스 회로에 전용된다.
상기 LTCC의 상기 내장된 비아들(160)는 상기 LTCC의 상기 방사기의 웨이브가이드 구조를 형성하는데 사용되는 반면 비아들(230a, 230b, 230c, 230d)은 상기 회로들 사이에서 서로 다른 층(202-216)을 변환하는데 사용된다. 도9와 10에서 볼 수 있는 것과 같이, 상기 내장된 비아들(160)는 웨이브가이드 구조를 형성하며, 상기 전력 분배기 회로(228) 및 상기 방사 피드 회로(234)와 동일한 층을 공유한다.
상기 LTCC 제작도는 테이프 블래킹(blacking), 비아 포맷(via formation), 비아 충전(via filling), 도전체 증착(conductor deposition), 라미네이션(lamination), 웨이퍼 소성(wafer firing), 연속 테스트(continuty test) 및 다이싱으로 정의되는 8개의 연산을 포함한다. 다음은 상기 8개의 연산에 대한 간략한 설명이다.
로우(raw) LTCC는 7 또는 10인치의 기준 폭을 가지고 있는 스폴에서 형성되는 테이프에서 공급된다. 롤 당 전형적인 테이프 영역은 4200에서 6000범위이며, 또한 시간 순서로 미리 결정된다. LTCC 테이프의 상기 블래킹은 알바 블래킹 다이(arbor blanking die)에 의해 수동적으로 수행된다. 테이프는 5 또는 7의 제작 포맷 크기로 블랭크된다. 또한 지향 홀(hole)은 상기 LTCC 테이프가 캐스트 머신과 변환 방향으로 참고되는 상기 블래킹 연산 동안에 소개된다. 이러한 지향 홀은 궁극적으로 층들이 식별될 수 있도록 하며, 소성하는 동안에 전체 시링키지(shrinkage)를 최적화하기 위해 교차 파일(cross pilied)된다.
홀을 경유한 Z축의 생성은 고속 펀치 시스템의 사용을 통해 수행된다. 상기 시스템은 직접적으로 상기 제작 작업 셀로의 이더넷을 경유하여 전자적으로 다운로드되는 펀치 CAD/CAM에 의해 발생된다. 상기 공급된 펀치 파일은 비아 포맷에 대한 X- Y- 축 위치를 포함하고 있다. 5또는 7 포맷에 있는 개별적인 테이프 층들은 단일 층 테이프 홀더/프레임에 장착될 수 있다. 이러한 프레임 층들은 연속적으로 25 LTCC 테이프 층들을 하우징할 수 있는 핸들링 카세트로 로드된다. 상기 카세트는 각각의 펀치 프로그램들이 활성화될 때 로드되고 자동적으로 작업 센터에서 조정된다. 테이프 층에서 상기 고속 펀치 프로세스 비아 홀(via hole)들은 개별적으로 그리고 궁극적으로 상기 전체 카세트를 통해 인덱스된다. 비아 홀들은 전형적으로 초당 8에서 10 홀들의 속도로 형성된다. 특정 테이프 층에 대한 비아 포맷의 완료시에, 상기 카세트는 상기 작업 센터로부터 언로드되며, 프로세스된 테이프 층이 제거되고 상기 카세트는 연속적인 프로세싱을 위해 재로드된다.
각각의 비아 포맷 연산을 완료한 LTCC 테이프 층은 상위 및 하위 생산 층과의 전기적 인터페이스를 설립하기 위해 상기 Z축 도전체의 삽입을 요구한다. 상기 비아 충전 연산은 상기 유전 테이프에서 비아 형성된 홀들로 전도 페이스트(paste)를 가하는 양의 압력 배치 기술의 사용을 요구한다. 거울 이미지 형판(stencil)은 모든 펀치된 비아 홀 위치를 특징 지우는 각각의 테이프 층에 대해 제작된다. 이러한 형판은 스크린 프리팅 작업 셀에 고정된다. LTCC 테이프 층은 가볍게 다공성 돌에 고정된다. 상기 돌은 배치된 도전체 페스트가 상기 형판으로 그리고 상기 유전 테이프로 가해지는 상기 형판상에서 미리 설정된 헤드가 돌아다니는 상기 형판에서 인덱스되게 한다. 각 테이프 층은 유사한 방식으로 처리된다; 모든 층은 드라이되고 연산을 따라가기 전에 용매를 없앤다.
비아 충전된 유전 테이프 층들은 X-와 Y- 축 도전성 경로를 설립하도록 하는 더 많은 프로세스를 요구한다. 이러한 도전체 매질의 침전은 어느 하나의 LTCC 층 표면에 "왕복(from-to)" 경로를 제공하며 충전된 비아 위치에서 시작하여 종료하게 한다. 상기 도전체 침전 연산은 와이어 메쉬(mesh), 유상액(emulsion) 패턴된 스크린이 상기 홀 형판 대신에 사용된다는 점을 제외하고는 상기 비아 충전 연산에서 설명한 것과 통일한 작업 센터가 사용된다. 상기 스크린과 상기 테이프 생산물을 고정하는 기술은 동일하다. 모든 생산물 층들은 침전이 완료될 때까지 이러한 방식으로 연속해서 처리되며, 모든 층들은 다음의 연산을 수행하기 전에 모두 드라이된다.
라미네이션 이전에, 모든 이전 테이프 프로세싱 연산들은 각 층 테이프에 한정되는 출력을 유도하기 위해 병렬로 발생한다. 상기 라미네이션 연산은 조사와 병렬 처리된 층들의 개별적인 웨이퍼로의 결합을 요구한다. 개별적인 층들(층 1, 2, 3,...n)은 라미네이션 콜(caul) 플레이트에 연속적으로 배치된다. 등록은 모든 생산물 층에 존재하는 일반적인 툴링을 통해 유지된다. 상기 조사된 웨이퍼 스택은 진공 포장되며, 래더리(leathery) 웨이퍼 구조를 유도하는 압력, 시간 및 온도를 제공하는 등방(isostatic) 작업 셀에 놓인다.
라미네이트된 웨이퍼는 소성 정착기(firing setter)에 놓이며, 생산물 밀도를 위해 벨트 용광로에 로드된다. 소성은 단일 작업 셀에서 수행되는데, 상기 단일 작업 셀은 2개의 개별적인 작업을 수행한다. 상기 주요 연산은 상기 비아 포맷 동안에 상기 테이프가 유연하게 남아있도록 하기 위해 용매와 교결제를 없애는 것이다. 이러한 교결제의 제거는 350-450C 범위에서 발생한다. 상기 웨이퍼는 상기 벨트 용광로를 계속해서 돌아다니며, 크리스탈화와 생산물의 응결이 발생하는 피크 소성 지역에 진입한다; 850-860C의 온도 범위는 전형적이다. 냉각하는 동안, 상기 웨이퍼는 소성된 상황과 동일한 구조를 나타낼 때 용광로에서 나온다. 모든 생산물 소성은 대기에서 발생한다. 사후 소성 연산은 추가적인 교결제 제거 단계를 통해서 처리되는 웨이퍼를 요구하지 않지만, 850C의 응결 온도로의 노출을 요구한다.
연속적인 네트 리스트 테스팅은 웨이퍼 형태의 개별적인 회로에서 수행된다. 네트 리스트 데이터 파일들은 상기 네트 프로브 작업 센터로 이더넷 다운 로그되며, 개별적인 웨이퍼 설계에 반해서 실행된다. 내장된 네트의 개방 및 단락 테스팅 및 커패시턴스와 레지스티브 물질 측정은 상기 버크 작업 센터 출력을 정의한다. 실패는 특정 네트 경로에 기인한다.
네트 리스트 테스트된 웨이퍼들은 전형적으로 개별적인 회로 단계를 제시히며/어느 일정한 특정 웨이퍼상에서 1에서 50 이상까지의 패턴을 반복한다. 종래의 다이아몬드 절단 다이싱 기술은 상기 네트 리스트 테스트된 웨이퍼에서 나온 싱귤레이트-다이스(singulate and dice) 회로를 사용된다. 일반적인 고정은 5" 및 7"비아된 웨이퍼 포맷을 조정하는데 놓인다.
도12를 참고로, SOD 시스템으로 사용하기 위한 도1과 도2와 결합되어 상기 설명된 상기 레이더 시스템과 유사한 레이더 시스템이 보다 자세히 설명되어 있다. 상기 송신기(22, 도1)의 작동에 대한 일반적인 관점에서, 상기 FMCW 레이더는 시간상에서 소정의 방식으로 변화하는 주파수를 가지고 있는 신호(250)를 송신한다. 상기 송신 신호(250)는 일반적으로 VCO 제어 신호 또는 램프 신호(252)를 상기 전압 제어 발진기(VCO, 254)에 제공함으로써 제공된다. 상기 램프 신호(252)에 응답하여, 상기 VCO(254)는 새소리 신호(256)를 발생한다.
상기 RF 신호의 송신 시간의 측정은 수신된 또는 복귀 신호(258)의 주파수를 상기 송신 신호의 샘플(260)의 주파수와 비교함으로써 결정될 수 있다. 상기 범위 결정은 상기 송신 신호의 상기 샘플(260)의 주파수와 상기 복귀 신호(258) 사이의 비트 주파수를 측정함으로써 제공되는데, 상기 비트 주파수는 상기 복귀 신호(258)의 시간 지연이 곱해진 상기 램프 신호(252)의 경사와 동일하다.
상기 측정된 주파수는 상기 목표와 레이더 시스템 사이의 상대적인 속도에 기인한 도플러 주파수를 더 포함한다. 상기 측정된 주파수 이동에 대한 두 개의 기여가 분리되고 식별될 수 있도록 하기 위해, 상기 송신 신호(250)의 시간 변화 주파수는 제어 신호(252)를 상기 VCO(254)에 선형 램프 신호의 형태로 제공함으로써 달성된다.
한 실시예에서, 상기 VCO 제어 신호(252)는 디지털 회로 및 기술에 의해 발생된다. 바람직한 실시예에서, 상기 램프 신호(252)는 DSP(262)와 디지털 -아날로그 변환기(DAC, 264)에 의해 발생된다. 상기 램프 신호를 발생하기 위한 상기 DSP(262)와 DAC(264)의 사용은 도12의 상기 SOD 시스템에서 가능하다. 그것은 탐색 지역 크기, 모양 및 분해를 포함하는 그러나 이에 한정되지 않는 상기 탐색 지 역 특성들의 적절한 선택에 의해 결정되기 때문에, 정확한 상기 새소리(256)의 선형성이 필요하지 않다. 이러한 장치에서, 상기 송신 신호(250)의 상기 주파수는 정확하게 그리고 쉽게 제어되며, 수 개의 장점들과 이에 더해 발명적인 특징들의 구현을 용이하게 한다. 예로서, 램프 신호(252)에서 하나 이상의 연속적인 특징들은 무작위적으로 유사하고 근접한 레이더 시스템 사이에서 방해를 감소시키기 위해 변화한다(예를 들어 난수 발생기(253)에 의해). 다른 예에서, 온도 보상은 적절하게 상기 램프 신호(252)를 조정함으로써 구현된다. 또 다른 예는 상기 VCO 작동에서 비선형을 보상한다. 게다가, 상기 DSP로 소프트웨어를 다운로드함으로써 쉽고 간편하게 상기 SOD 시스템으로의 변화를 만들 수 있는데, 그렇지 않으면 하드웨어의 변화 또는 조정을 요구한다. 예를 들어, 상기 SOD 시스템의 작동 주파수 대역은 상기 SOD가 다른 나라의 서로 다른 작동 주파수 요구에서 사용되는 경우에 요구되는 것처럼 쉽게 변화될 수 있다.
삭제
상기 SOD 시스템의 전자회로 부분(270)은 상기 DSP(262), 상기 전력원(272) 및 신호 버스들(42, 46, 도1에 도시)이 상기 SOD 시스템과 상기 차량(40, 도1에 도시) 사이에 연결되는 연결기(274)를 포함한다. 상기 디지털 인터페이스(36)는 CAN 마이크로제어기278)를 통해 상기 DSP에 연결되는 제어기 영역 네트워크(CAN) 송수신기(XCVR, 278)의 형태로 제공된다. 상기 CAN 제어기(278)는 거기에 연결되어 있는 시스템 클록(279)을 가지고 있어서 주파수 안정성을 제공한다. 한 실시예에서, 상기 시스템 클록은 크리스탈 제어 발진기로 제공된다. 아날로그-디지털(A/D) 변환기(280)는 비디오 증폭기(282)의 출력을 수신하고 탐색 프로세싱을 위해 상기 DSP(30)에 연결하기 위해 상기 신호를 디지털 형태로 변환한다. 한 실시예에서, 상기 A/D 변환기(68)는 12 비트 A/D 변환기로 제공된다. 그러나, 당업자는 상기 특정 애플리케이션에 대해 충분한 분해능을 가지고 있는 어느 A/D 변환기도 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 신호 버스(284)는 안테나 스위치 회로(286, 288)에 연결되어 있어서 제어 신호들을 상기 스위치 회로를 포함하고 있는 드라이브 스위치에 제공한다. 회로들(268, 288)은 스위치(예를 들어, 스위치(105, 106 도5), 위상 라인(예들 들어, 도5의 103a-103h)및 빔 형성 회로(예를 들어, 도5의 부틀러 매트릭스 빔 형성 회로(98))를 포함할 수 있다. 또한, 상기 SOD 시스템(10)의 전자회로 부분(28)에 제공되는 메모리(156)에 소프트웨어 지시들 또는 코드와 데이터가 저장된다. 도12 예시적인 실시예에서, 상기 메모리는 플래시 메모리(156)로 제공된다.
상기 DSP(30)은 출력 신호들 또는 워드들을 상기 DSP 램 워드들을 각각의 아날로그 신호들로 변환하는 상기 DAC(70)에 제공한다. 아날로그 평활화 회로(292)는 상기 계단형 DAC 출력을 평활화하기 위해 상기 DAC의 출력에 연결되어 있으며, 상기 램 제어 신호를 상기 VCO로 제공한다. 상기 DSP은 각각의 DSP 출력 신호에 의해 발생된 송신 신호(50)의 주파수에 관련된 워드들이나 또는 DSP 출력 신호의 세트를 포함하고 있는 조사 테이블이 저장되어 있는 메모리 기기(294)를 포함하고 있다.
상기 VCO(254)는 상기 아날로그 평활화 회로로부터 램프 신호(252)를 수신한 다. 상기 VCO는 24.01에서 24.24GHz 사이의 상기 송신 주파수 범위에서 작동하며, 출력 신호를 도시되어 있는 것과 같이 대역 통과 필터(296)에 제공한다.
상기 VCO(254)의 출력은 상기 대역통과 필터(296)에 의해 필터되어 증폭기(298)에 의해 증폭된다. 증폭기(298)로부터의 출력 신호의 부분은 결합기(300)에 의해 결합되어 상기 송신 신호(250)를 상기 송신 안테나(18)에 제공한다. 상기 증폭기(298)로부터의 출력 신호의 또 다른 부분은 수신 신호 경로의 믹서(304)의 LO입력 부분에 제공되는 국부 발진기(LO) 신호에 상응한다.
상기 스위치 회로(286, 288)는 부틀러 매트릭스를 통해 상기 송신 및 수신 안테나(16, 18)에 연결되어 있다. 상기 안테나들(16, 18)과 스위치 회로(286, 288) 및 부틀러 매트릭스는 도 1과 11과 결합되어 상기 설명된 종류일 수 있다. 상기 스위치 회로들과 부틀러 매트릭스는 물체를 탐색하는 SOD 시스템의 능력을 강화하는 안테나 빔 특성에 의해 스위치형 안테나 빔을 가지고 있는 안테나를 제공하도록 작동한다.
상기 수신된 신호(258)는 도시되어 있는 것과 RF 낮은 잡음 증폭기(LNA, 306), 대역통과 필터(308) 및 도 다른 LNA(310)에 의해 처리된다. 상기 RF 증폭기(310)의 상기 출력 신호는 상기 송신기로부터 결합된 상기 국부 발진기 신호를 수신하는 믹서(304)에 의해 하향변환된다. 상기 증폭기(310)으로부터의 상기 RF 신호와 상기 국부 발진기 신호에 대한 예시적인 주파수들은 24GHz의 배수이다. 비록 상기 예시적인 수신기가 직접 변환, 동종 변환기이더라도, 다른 수신기의 종류들이 상기 SOD 시스템에 사용될 수 있다.
비디오 증폭기(282)는 상기 하향 변환된 신호를 증폭하고 필터하며, 예시적인 실시예에서 1KHz와 40KHz의 주파수를 가지고 있다. 상기 비디오 증폭기(64)는 2001년 8월 16일에 출원된 "레이더 수신기를 위한 비디오 증폭기"라는 제하로 출원된 미국 특허 09/931,593에 설명되어 있으며, 본 발명의 출원인에게 양도되고 이하 참고로 통합되어 있는 미국 특허 출원에 설명되어 있는 것과 같이, 온도 보상, 누설 신호의 필터링 및 주파수에 근거한 감도 제어를 포함하는 특성을 통합할 수 있다.
상기 A/D 변환기(280)는 또 다른 프로세싱을 위해 상기 비디오 증폭기(320)의 상기 아날로그 출력을 디지털 신호 샘플들로 변환한다. 특히, 상기 디지털 신호 샘플들은 여러 주파수 범위(즉, 주파수 빈들) 안에 있는 상기 복귀 신호의 내용을 결정하기 위해 빠른 퓨리어 변환(FFT)에 의해 상기 DSP(30)에서 처리된다. 봄 발명의 출원인에게 양도되고 이하 참고로 통합되어 있는 "레이더 송신기 회로 및 기술들"이라는 제하로 2001년 8월 16일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/931,636에서 설명되어 있는 것과 같이, 상기 시야에서 물체를 탐지하기 위해 한 개 이상의 알고리즘이 구현되는 상기 신호 프로세서(30)의 나머지에 대한 데이터로 작동한다.
상기 레이더 시스템은 송신 신호의 주파수의 변화를 유도하는 온도가 상기 램 신호를 조절함으로써 보상되는 온도 보상 특징을 포함한다. 이러한 목적을 위해, 상기 송신기(22)는 마이크로 신호 탐색기(324)에 연결되어 있는 DRO를 포함한다. 상기 마이크로 탐색기의 출력은 상기 DSP에 의한 프로세싱을 위해 상기 CAN 제어기에 포함되어 있다. 상기 프로세싱에 대한 자세한 것은 전술한 "레이더 송신기 회로 및 기술들"이라는 제하의 미국 특허 제09/931,631에 설명되어 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 센서 시스템의 상기 수신 및 송신 안테나(16, 18)는 쌍방향 안테나 쌍으로 정렬된다. 그러나, 다른 실시예에서, 단방향 창치가 사용될 수 있다.
한 실시예에서, 상기 송신 신호 경로는 각각의 출력 포트가 부틀러 빔 형성 회로를 통해 상기 송신 안테나의 피드 회로의 컬럼에 연결되어 있는 다수의 출력 포트를 가지고 있는 스위치 회로의 입력 포트에 연결되어 있는 신호 소스를 가지고 있다. 따라서, 상기 스위치 회로의 출력 포트의 수는 상기 송신 안테나에 포함되어 있는 컬럼들의 수와 상응한다. 한 실시예에서, 상기 스위치 회로는 입력 포드와 한 쌍의 출력 포트 및 한 쌍의 스위치 회로를 가지고 있는 결합기로부터 제공되는데, 상기 스위치 회로 각각은 공통 포트와 다수의 출력 포트를 가지고 있다. 각각의 결합기 출력 포트는 스위치 공통 포트들 중 하나에 결합된다. 상기 스위치 각각은 상기 송신기 안테나에 포함되어 있는 소정 수의 컬럼들에 상응하는 수 개의 출력을 가지고 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 스위치들 사이의 상기 전체 출력 포트의 수는 상기 안테나의 컬럼들의 수와 동일하다. 상기 스위치 출력들 각각은 따라서 상기 송신 안테나의 입력들에 연결된다. 이러한 장치에서, 상기 결합된 빔 송신 구조가 제공된다.
유사하게, 수신 신호 경로에서, 상기 수신 안테나는 부틀러 빔 형성 회로를 통해 수신기 회로와 상기 수신 안테나 출력 포트들을 상기 스위치의 입력 포트로 이끄는 이상 라인에 연결한다. 상기 스위치 회로는 상기 송신 안테나와 결합되어 설명되는 것과 같이 결합기와 한 쌍의 스위치로부터 제공된다. 상기 스위치 회로 입력을 상기 스위치 출력 포트에 선택적으로 결합함으로써, 결합된 빔들이 제공된다. 이러한 장치에서, 결합된 빔 수신 구조가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예가 설명됨으로써, 당업자는 본 발명의 범위에서 다른 실시예를 사용할 수 있다. 따라서, 상기 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 제한이 아니며, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위와 정신에 의해 제한된다.

Claims (38)

  1. 안테나를 제공하기 위해 배치된 제1 다수의 안테나 구성요소들;
    다수의 안테나 포트들과 다수의 스위치 포트들을 가지며, 고정 위치에서 직교 빔들을 형성하는 빔 형성 네트워크(beam forming network)로서, 각각의 안테나 포트들은 상기 제1 다수의 안테나 구성요소들과 연결되어 있는 빔 형성 네트워크; 및
    하나의 입력 포트와 다수의 출력 포트들을 가지고 있는 제1 스위치형 빔 결합 회로(first switched beam combining circuit)를 포함하며, 상기 각각의 출력 포트들은 상기 빔 형성 네트워크의 다수의 스위치 포트들 중 상응하는 하나에 연결되며, 상기 제1 스위치형 빔 결합 회로는 상기 빔 형성 네트워크의 다수의 스위치 포트 중 적어도 두 개와 상기 제1 스위치형 빔 결합 회로의 입력 포트 사이에서 무선 주파수 신호 경로를 동시에 제공하도록 동작하는,
    스위치형 빔 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 송신 안테나에 상응하며, 상기 시스템은,
    수신 안테나를 제공하기 위해 배치된 제2 다수의 안테나 구성요소들;
    다수의 안테나 포트들과 다수의 스위치 포트들을 가지며, 고정된 위치에서 직교 빔들을 형성하는 빔 형성 네트워크로서, 각각의 안테나 포트들은 상기 제2 다수의 안테나 구성요소들에 연결되어 있는 빔 형성 네트워크; 및
    다수의 입력 포트들과 하나의 출력 포트를 가지고 있는 제2 스위치형 빔 결합 회로로서, 상기 다수 입력 포트들 각각은 상기 빔 형성 네트워크의 다수의 스위치 포트들 중 상응하는 하나에 연결되는 제2 스위치형 빔 결합 회로를 더 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 송신 안테나에 상응하며 상기 시스템은 상기 제1 스위치형 빔 결합 회로의 입력에 연결되어 있는 출력을 가지고 있는 송신 신호 소스를 더 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 스위치형 빔 결합 회로의 출력에 연결되어 있는 수신기를 더 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 안테나는 제1 다수의 안테나 컬럼들을 가지는 어레이 안테나로 제공되며, 상기 제1 스위치형 빔 결합 회로는,
    각각의 스위치 회로가 하나의 입력 포트와 다수의 출력 포트를 가지고 있는 다수의 스위치 회로로서, 상기 다수의 스위치 회로의 결합으로부터 제공되는 전체 스위치 출력 포트의 수는 상기 어레이 안테나에서 제공되는 안테나 컬럼들의 수와 동일한 다수의 스위치 회로; 및
    하나의 입력 포트와 다수의 출력 포트들을 가지는 결합기(coupler) 회로로서, 상기 출력 포트의 수는 상기 다수의 스위치 회로의 조합으로부터 제공되는 입력 포트들의 수와 동일하며, 상기 결합기 회로의 출력 포트들 각각은 상기 다수의 스위치 회로의 입력 포트들 중 상응하는 하나에 연결되어 있는 결합기 회로를 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다수의 스위치 사이의 전체 출력 포트들의 수는 상기 어레이 안테나의 컬럼들의 수와 동일한 스위치형 빔 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 각각의 위상 라인(phase line)이 상기 빔 형성 네트워크의 상기 다수의 스위치 포트 중 하나와 스위치 출력 포트들 중 하나 사이에 배치되어 있는 다수의 위상 라인을 더 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 안테나 구성요소들 각각은,
    상부에 다수의 피드 회로가 배치되어 있는 어레이 피드(feed) 회로 층;
    내부에 개구를 갖는 제1 지면(ground plane)이 상부에 배치되고, 상기 피드 회로 층 위에 배치되어 있는 방사기 층;
    상기 방사기 층 위에 위치하는 커버 층; 및
    상기 방사기 층과 피드 회로 층들에 캐비티(cavity)를 제공하기 위한, 제1 지면과 제2 지면 사이의 다수의 비아 홀들을 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 빔 형성 네트워크는 부틀러 매트릭스(Butler matrix) 빔 형성 회로인 스위치형 빔 안테나 시스템.
  10. 상부에 제1 지면이 배치된 피드 회로 층;
    내부에 개구를 갖는 제2 지면이 상부에 배치되어 있고, 상기 피드 회로 층 상부에 배치된 방사기 층; 및
    상기 방사기 층 위에 배치된 커버 층;
    상기 방사기 층과 피드 회로 층들에 캐비티(cavity)를 제공하기 위해 제1 및 제2 지면 층을 연결하는 적어도 하나의 도전성 경로;
    상기 피드 회로 층과 상기 방사기 층 사이에서 에너지를 결합하기 위해 배치된 안테나 구성요소 피드;
    스위치형 빔 결합 회로; 및
    상기 안테나 구성요소 피드와 상기 스위치형 빔 결합 회로 사이에서 결합되고 고정 위치에서 직교 빔들을 형성하는 빔 형성 네트워크를 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방사기 층은 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC) 기판을 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서, 상기 빔 형성 네트워크는 부틀러 매트릭스 빔 형성 회로에 상응하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 커버는 상기 방사 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  14. 제10항에 있어서, 상기 방사기 층은 상기 방사 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 더 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  15. 제10항에 있어서, 상기 적어도 하나의 도전성 경로는 상기 제1 및 제2 지면 층 사이에 다수의 비아 홀들을 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  16. 제10항에 있어서, 상기 안테나 구성요소 피드는 상기 피드 회로 층과 상기 방사기 층 사이에 배치된 전력 분배기를 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  17. 재12항에 있어서, 상기 부틀러 매트릭스는 복수의 빔들을 형성하기 위해 다수의 고정된 위상 구성요소에 연결되어 있는 다수의 직교 하이브리드 회로를 포함하는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 다수의 고정된 위상 구성요소들은 서로 다른 라인 길이를 가지고 있는 회로 라인으로부터 제공되는 스위치형 빔 안테나 시스템.
  19. 제1 및 제2 대향 표면을 가지고 있는 피드 회로 층으로서, 상기 제1 및 제2 표면 중 제1 표면은 상부에 제1 지면이 배치되며, 상기 제1 및 제2 표면 중 제2 표면은 피드 회로가 상부에 배치되는 피드 회로 층;
    제1 및 제2 대향 표면을 가지고 있는 제1 방사기 층으로서, 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제1 표면은 상기 피드 회로 층의 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제2 표면 위에 배치되어 있으며, 상기 제1 방사기 층의 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제2 표면은 상부에 배치되어 있는 제2 지면을 가지고 있으며, 상기 제2 지면은 내부에 개구를 갖는 제1 방사기 층; 및
    상기 제1 방사기 층과 피드 회로 층에 캐비티를 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 지면 층을 연결하는 적어도 하나의 도전성 경로를 포함하는, 안테나 구성요소.
  20. 제19항에 있어서, 상기 도전성 경로는 상기 제1과 제2 지면 층 사이에 다수의 비아 홀들을 포함하는 안테나 구성요소.
  21. 제19항에 있어서, 상기 층들 각각은 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판으로부터 제공되는 안테나 구성요소.
  22. 상기 제19항에 있어서, 상기 제1 방사기 층은 상기 안테나 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 더 포함하는 안테나 구성요소.
  23. 제19항에 있어서, 상기 제1 방사기 층은 다수의 방사기 층들 중 첫 번째 층이며, 상기 다수의 방사기 층들 각각은,
    도전성 스트립; 및
    상기 다수의 방사기 층들에 배치되어 있는 캐비티를 형성하는 상기 도전성 스트립에 배치된 다수의 비아를 포함하는 안테나 구성요소.
  24. 제23항에 있어서, 상기 다수의 방사기 층들 중 적어도 하나는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판을 포함하는 안테나 구성요소.
  25. 제23항에 있어서, 상기 다수의 방사기 층들 중 적어도 하나는 상기 안테나 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 포함하는 안테나 구성요소.
  26. 제25항에 있어서, 상기 동조 구조는 상기 적어도 하나의 방사기 층에서 개구로서 제공되는 안테나 구성요소.
  27. 제23항에 있어서, 상기 피드 회로는 스트립라인 송신 라인을 포함하는 안테나 구성요소.
  28. 제23항에 있어서, 상기 캐비티 위에 배치되어 있는 커버를 더 포함하는 안테나 구성요소.
  29. 제28항에 있어서, 상기 커버는 적어도 하나의 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판 층을 포함하며, 상기 안테나 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 제공하는 안테나 구성요소.
  30. 제28항에 있어서, 상기 커버는 적어도 하나의 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판 층을 포함하며, 상기 피드 회로의 임피던스를 자유 공간 임피던스에 매칭시키기 위한 동조 구조를 제공하는 안테나 구성요소.
  31. 각각의 유전체 층(dielectric layer)은 하나 이상의 동조 구조를 제공하기 위해 유전체 층 중 선택된 부분에 도전성 물질을 가지고 있는 제1 다수의 유전체 층;
    상기 제1 다수의 유전체 층에 캐비티 구조를 제공하기 위해 상기 다수의 유전체 층에 내장된 다수의 비아들; 및
    상기 캐비티 구조에 전자기적으로 연결되어 있는 상기 다수의 유전체 층들 중 적어도 하나에 배치되어 있는 피드 회로를 포함하는 안테나 구성요소.
  32. 제31항에 있어서, 상기 동조 구조는 상기 다수의 유전체 층들 중 선택된 부분에 배치되어 있는 상기 도전성 물질에 제공되는 윈도우에 상응하는 안테나 구성요소.
  33. 제31항에 있어서, 하나 이상의 커버 층들은 상기 제1 다수의 유전체 층 위에 배치되는 안테나 구성요소.
  34. 제31항에 있어서, 상기 피드 회로는,
    구성요소 신호 포트;
    상기 구성요소 신호 포트에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제1 도전성 비아;
    상기 제1 도전성 비아의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제1 스트립라인 송신 라인;
    상기 제1 스트립라인 송신 라인의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제2 도전성 비아;
    상기 제2 도전성 비아의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제2 스트립라인 송신 라인;
    상기 제2 스트립라인 송신 라인의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제3 도전성 비아;
    상기 제3 도전성 비아의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 전력 분배기 회로;
    상기 전력 분배기 회로의 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부, 및 제2 단부를 가지고 있는 제4 도전성 비아; 및
    상기 제4 도전성 비아의 상기 제2 단부에 연결되어 있는 제1 단부를 가지고 있는 제3 스트립라인 송신 라인을 포함하는 안테나 구성요소.
  35. 안테나로서,
    안테나 구성요소들의 어레이; 및
    상기 방사기 층과 피드 회로 층에 캐비티를 제공하기 위해 상기 제1 및 제2 지면 층을 연결하는 적어도 하나의 도전성 경로를 포함하며, 상기 안테나 구성요소들 각각은,
    제1 및 제2 대향 표면을 갖는 피드 회로 층으로서, 상기 제1 및 제2 표면 중 제1 표면은 상부에 제1 지면이 배치되고, 상기 제1 및 제2 표면 중 제2 표면은 피드 회로가 상부에 배치되는 피드 회로 층; 및
    제1 및 제2 대향 표면을 가지고 있는 방사기 층으로서, 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제1 표면은 상기 피드 회로 층의 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제2 표면 위에 배치되어 있으며, 상기 방사기 층의 상기 제1 및 제2 대향 표면 중 제2 표면은 상부에 배치되어 있는 제2 지면을 가지고 있으며, 상기 제2 지면은 내부에 개구를 갖는 방사기 층을 포함하는, 안테나.
  36. 제35항에 있어서, 상기 도전성 경로는 상기 제1과 제2 지면 층을 연결하는 다수의 비아 홀들을 포함하는 안테나.
  37. 제35항에 있어서, 상기 층들 각각은 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판으로부터 제공되는 안테나.
  38. 제35항에 있어서, 상기 방사기 층은 상기 안테나 구성요소의 임피던스를 예정된 임피던스로 매칭시키기 위한 동조 구조를 더 포함하는 안테나 구성요소.
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