用于雷达感测的可调介电超材料透镜装置制造方法及图纸

一种用于雷达感测的可调介电超材料装置(40)，其包括至少一个超材料层(42)、多个导电电极(52、58)和多个导电控制线(60)。超材料层(42)包括包含可调材料的多个介电共振器(46)，其中可调材料的至少一个电磁特性随施加到其上的外部可控电场而变化。两个不同的导电电极(52、58)分别以间隔的方式布置在介电共振器(46)中的任何一个上，以覆盖介电共振器(46)。导电控制线(60)被配置用于控制要施加到可调材料上的电场，其中每个导电线(60)被电连接到导电电极(52、58)。对于至少两个介电共振器(46)而言，布置在同一层中以覆盖所述至少两个介电共振器(46)的导电电极(52、58)彼此不同。

Tunable dielectric metamaterial lens for radar sensing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于雷达感测的可调介电超材料透镜装置
本专利技术涉及一种用于雷达感测的可调介电超材料装置，特别是用于机动车应用中的可调介电超材料装置，以及包括这种可调介电超材料装置的雷达装置。
技术介绍
本领域中已知在外部机动车应用(例如驾驶员辅助系统)中采用雷达技术，以通过适当警告(例如易损的道路使用者检测系统，车道变更辅助系统或盲点监控系统)促进车辆驾驶员的优化反应，或者甚至通过自动接管车辆的控制(例如在防撞系统中)，从而提供改进的安全性。最常见的外部机动车额定设备以大约24GHz或大约77GHz的状态的雷达载波频率运行。例如，在机动车领域中，短程和远程雷达系统通常是分开的。短程雷达系统(例如盲点监视系统或停车辅助)需要覆盖宽立体角但其最大检测范围很短的天线波束。相比之下，远程雷达自适应巡航控制(ACC)或碰撞前预警系统被设计用于在高达200m的范围内进行检测，仅观察到非常有限的立体角(图1)。通过能够在操作期间调整波束宽度的天线，短程和远程雷达可以有利地组合到一个系统中。在图1中示出了典型情况。设计为乘用车的车辆2使用雷达系统，该雷达系统安装在车辆2的前部区域4处，并且沿车辆2的正常行驶方向朝包括具有多个车道的道路8在内的场景发射雷达波。雷达系统配置为在检测模式下用短程雷达视场12、中程雷达视场14或远程雷达视场16检测即将到来的障碍物或其它车辆6和/或平行交通。能够修改波束图案或波束方向的可重构天线系统在雷达感测以及电信中正受到相当大的关注。许多应用将从具有可以在操作期间适应应用的需求的波束特性的收发器系统受益。已经提出从雷达状态到电磁波的光学状态使用可重构且可调的超材料，例如用于修改雷达系统的波束图案或波束方向。JeremiahP.Turpin等人在InternationalJournalofAntennasandPropagation(《天线与传播国际杂志》)，2014年卷，ID429837条的“ReconfigurableandTunableMetamaterials:AReviewoftheTheoryandApplications(可重构且可调的超材料：理论和应用的评论)”一文中给出了应用评论。这篇文献全文以引用方式并入，对允许通过引用方式并入的司法管辖区有效。在该文中，超材料被描述为通常排列为规则晶格的远亚波长(＜λ/10)共振结构的集合。它们的特征是对于块状3D结构具有有效材料参数，或对于平面2D结构具有有效表面阻抗。实际上，术语“超材料”适用于任何亚波长共振器，无论是处于集合中还是作为单个结构。专利US7,218,285B2描述了用于辐射雷达信号、通信信号或其它类似信号的系统和方法。在一个实施例中，一种系统包括产生控制信号的控制器和耦合到该控制器的天线。该天线包括：基于所产生的控制信号来产生至少一个波的第一部件；以及位于距第一部件一定的预定焦距处的超材料透镜。超材料透镜引导所产生的至少一个波。术语“超材料”被定义为负折射率材料。以此方式，可以形成具有相对小的焦距的天线，从而允许以比常规扫描透镜天线小的总包装来制造该天线，而不需要额外的复杂性或展现通常量的球差。此外，专利US7,525,711B1描述了一种主动可调电磁超材料。该可调电磁超材料包括基板和在基板上形成的裂环共振器的阵列。所述裂环共振器中的至少一个是电容调谐裂环共振器。电容调谐裂环共振器包括具有间隙的结构，并且由导电材料形成。电容调谐裂环共振器还包括紧靠该结构形成的光电容材料(photo-capacitivematerial)的区域，使得当通过控制具有选定范围内的波长的电磁辐射照射时所述超材料的电容发生改变。专利US7,864,394B1描述了一种动态可变的超材料透镜以及一种动态地改变超材料透镜的方法。该动态可变透镜包括以二维或三维布置的共振频率可调超材料单元的阵列。每个超材料单元包括衬底和在衬底上形成的电容调谐裂环共振器，其中所述电容调谐裂环共振器包括：具有间隙并且由导电材料形成的结构；以及紧靠该结构形成的光电容材料的区域，使得通过控制光电容材料的照射在该带隙下并且低于该带隙能量，光电容材料的电容改变并且超材料单元的共振频率由此被调谐。此外，专利申请公开文献US2010/0033389A1描述了使用超材料透镜的机动车雷达。机动车雷达包括电磁源(例如天线)，超材料透镜和反射器。天线位于超材料透镜附近，例如被超材料透镜支撑，并且天线可操作以当天线通电时产生辐射。反射器被定位成通过超材料透镜反射辐射。反射器可以具有通常为凹形的反射表面，例如具有抛物线形或球形的截面。该反射器可以是大致盘形的，并且可以具有圆形或椭圆形孔。超材料透镜可以具有类似于反射器的孔的区域。在一些示例中，天线位于反射器的焦点附近，从而在从反射器反射之后获得大致平行的波束。超材料具有可以使用控制信号动态调节的电磁特性。控制信号可以是电控制信号，例如AC电压或DC电压，例如使用可变电场来调整超材料单位单元内的可调元件的介电常数。可调元件可以是变容二极管或提供电可调电容的其它元件。可调元件可以包括可调材料，例如铁电或相变材料。可调材料可以具有电压可调的介电常数，从而可以使用电控制信号来调节可调材料的介电常数，从而调节电磁参数(例如共振频率)。示例包括铁电材料(例如钛酸钡锶)和相变材料(例如硫系相变材料)。可调材料的其它示例是液晶材料或铁磁材料。特别地，已经提出了使用惠更斯的超表面(Huygens’metasurface)的概念以提供动态的可重构天线。惠更斯的超表面是亚波长尺寸的平衡的电和磁极化粒子(超元子)的平面阵列。在CarlPfeiffer和AnthonyGrbic在PhysicalReviewLetters(《物理评论快报》)110，197401(2013)中的文章“MetamaterialHuygens’Surfaces:TailoringWaveFrontswithReflectionlessSheets(超材料惠更斯的表面：利用无反射片材定制波前)”中(该文章将其全部内容通过引用并入本文，在允许通过引用并入的司法管辖区中有效)，惠更斯的超表面被描述为设计器表面，其可以对整个电薄层的电磁波前提供极端控制。平衡的电和磁极化颗粒可以周期性地以及非周期性地布置。被称为超材料惠更斯的表面的无反射表面(reflectionlesssurface)提供了新的波束整形、操纵和聚焦能力。超材料惠更斯的表面由极化粒子的二维阵列实现，其提供电和磁极化电流以产生规定的波前。一种简单的设计方法在该文中被演示并被应用于开发波束折射表面和高斯-贝塞尔波束变换器。据说，超材料惠更斯的表面能够在包括单面透镜、极化控制设备、隐身技术和完美的吸收体的整个电磁波谱中找到广泛的应用。惠更斯的超表面可以包括维持电和磁偶极子共振的共振器(惠更斯超原子)的周期性模式。在大多数情况下，单个共振器的响应由其几何形状控制。如果选择电和磁偶极子共振的强度相同，则反向的散射场会因干扰而相互抵消。因此，来自超表面的反射将被最小化，并且可以有效地进行透射操作。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于雷达感测的可调介电超材料透镜装置(40)，包括/n-至少一个超材料层(42)，其包括平行地布置的多个介电共振器(46)，每个介电共振器(46)包含可调材料，其中所述可调材料的至少一个电磁特性随施加到其上的外部可控电场而变化，/n-多个导电电极(52、58)，其中所述多个导电电极(52、58)中的两个不同的导电电极(52、58)在多个介电共振器(46)中的任一介电共振器(46)处以在垂直于超材料层(42)的方向上隔开的方式分别布置在至少两个不同的层中，以在该方向上至少部分地覆盖所述介电共振器(46)，/n-多个导电控制线(60)，其被配置用于控制要施加到所述可调材料的电场，其中每个导电线(60)电连接到多个导电电极(52、58)中的导电电极(52、58)，用于控制外部可控电场，/n其中，对于多个介电共振器(46)中的至少两个介电共振器(46)而言，布置在同一层中以覆盖所述至少两个介电共振器(46)的导电电极(52、58)彼此不同。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170519 LU 1002581.一种用于雷达感测的可调介电超材料透镜装置(40)，包括
-至少一个超材料层(42)，其包括平行地布置的多个介电共振器(46)，每个介电共振器(46)包含可调材料，其中所述可调材料的至少一个电磁特性随施加到其上的外部可控电场而变化，
-多个导电电极(52、58)，其中所述多个导电电极(52、58)中的两个不同的导电电极(52、58)在多个介电共振器(46)中的任一介电共振器(46)处以在垂直于超材料层(42)的方向上隔开的方式分别布置在至少两个不同的层中，以在该方向上至少部分地覆盖所述介电共振器(46)，
-多个导电控制线(60)，其被配置用于控制要施加到所述可调材料的电场，其中每个导电线(60)电连接到多个导电电极(52、58)中的导电电极(52、58)，用于控制外部可控电场，
其中，对于多个介电共振器(46)中的至少两个介电共振器(46)而言，布置在同一层中以覆盖所述至少两个介电共振器(46)的导电电极(52、58)彼此不同。


2.根据权利要求1所述的可调介电超材料透镜装置(40)，其特征在于，所述多个导电电极(52、58)中的至少一个导电电极(52、58)覆盖所述多个介电共振器(46)中的子数量的介电共振器，并且所述子数量的介电共振器(46)中的介电共振器(46)沿平行于所述超材料层(42)的方向并置，并且其中覆盖所述子数量的介电共振器(46)的至少一个导电电极(52、58)不同于布置在同一层中的多个导电电极(52、58)中的其余导电电极。


3.根据权利要求1或2所述的可调介电超材料透镜装置(40)，其特征在于，在至少两个不同的层中的一层中，所述多个介电共振器(46)中的每个介电共振器(46)被多个导电电极(52、58)中的不同的导电电极(52、58)覆盖。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的可调介电超材料透镜装置(40)，其特征在于，所述多个介电共振器(46)中的介电共振器(46)在平行于所述超材料层(42)的至少一个方向上等距地间隔。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的可调介电超材料透镜装置(40)，其特征在于，所述多个介电共振器(46)中的介电共振器(46)布置成形成阵列，其中，所述介电共振器(46)在平行于所述超材料层(42)设置的至少两个正交方向上等距地间隔。


6.根据权利要求5所述的可调介电超材料透镜装置(40)，其特征在于，所述多个介电共振器(46)中的介电共振器(46)被布...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·奥尔克，T·施皮尔曼，
申请(专利权)人：IEE国际电子工程股份公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU