特開 2021-7209 スロットアレイアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-7209(P2021-7209A)

(43)【公開日】2021年1月21日

(54)【発明の名称】スロットアレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20201218BHJP

   H01P 3/123 20060101ALI20201218BHJP

   H01Q 1/24 20060101ALI20201218BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/22

   H01P3/123

   H01Q1/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2020-17457(P2020-17457)

(22)【出願日】2020年2月4日

(31)【優先権主張番号】特願2019-18405(P2019-18405)

(32)【優先日】2019年2月5日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2019-127158(P2019-127158)

(32)【優先日】2019年7月8日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】315008773

【氏名又は名称】株式会社ＷＧＲ

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(72)【発明者】

【氏名】桐野 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 洋介

【テーマコード（参考）】

5J045

5J047

【Ｆターム（参考）】

5J045AA26

5J045AB05

5J045CA01

5J045DA04

5J045FA02

5J045HA01

5J045LA01

5J045NA07

5J047AA04

5J047AA12

5J047AB03

5J047AB08

5J047FD00

(57)【要約】

【課題】複数の放射素子をより密に配列する。
【解決手段】スロットアレイアンテナは、第１の導電部材と、第２の導電部材とを備える。第１の導電部材は、第１の導電性表面に開口する複数の第１種のスロットと、第２の導電性表面に開口し第１の方向に沿って並ぶ複数の第２種のスロットとを有する。各第１種のスロットの開口は、第１の方向に対して傾斜した第２の方向に延びる。各第２種のスロットは、第１の方向に交差する第３の方向に延びる横部分と、横部分の端部に接続し第３の方向に交差する第４の方向に延びる縦部分とを含む。各第２種のスロットは、第１の導電部材の内部において第１種のスロットに接続される２つ以上の接続箇所を有する。２つ以上の接続箇所の少なくとも１つは、第２種のスロットの縦部分と第１種のスロットとが接続する箇所である。
【選択図】図１６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の導電性表面、および前記第１の導電性表面の反対側に位置する第２の導電性表面を有する第１の導電部材と、
前記第２の導電性表面に対向する第３の導電性表面を有する第２の導電部材と、
前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間に位置し、前記第２の導電性表面または前記第３の導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、前記第２の導電性表面または前記第３の導電性表面に沿った方向に延びる導波部材と、
前記導波部材の周囲に配置された複数の導電性ロッドと、
を備え、
前記第１の導電部材は、
前記第１の導電性表面に開口し、第１の方向に沿って並ぶ複数の第１種のスロットと、
前記第２の導電性表面に開口し、前記第１の方向に沿って並ぶ複数の第２種のスロットと、
を有し、
前記複数の第１種のスロットの、前記第１の導電性表面における開口は、前記第１の方向に対して傾斜した第２の方向に沿って延びる形状を有し、
前記複数の第２種のスロットの各々は、前記第１の方向に対して交差する第３の方向に沿って延びる横部分と、前記横部分に接続され、前記第３の方向に交差する第４の方向に沿って延びる縦部分と、を含み、
前記複数の第２種のスロットの各々は、前記第１の導電部材の内部において、前記複数の第１種のスロットのうちの隣り合う２つの第１種のスロットに接続される２つ以上の接続箇所を有し、
前記２つ以上の接続箇所のうちの少なくとも１つは、前記第２種のスロットの前記縦部分と前記第１種のスロットとが接続する箇所であり、
前記導波面は、前記第２種のスロットの各々の前記横部分に対向する、または前記第２種のスロットの各々の前記横部分の位置で分断されている、
スロットアレイアンテナ。

【請求項2】

前記導波部材は、前記第３の導電性表面から突出するリッジ状の構造を有し、
前記導波面は、前記第２の導電性表面、および各第２種のスロットの前記横部に対向する、
請求項１に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項3】

前記複数の第２種のスロットのうちの少なくとも１つは、前記縦部分を２つ有し、
前記２つの縦部分の一方は前記横部分一か所に接続され、前記２つの縦部分の他方は前記横部分の前記一か所とは異なる箇所に接続され、
前記２つ以上の接続箇所のうちの１つは、前記２つの縦部分の一方と前記複数の第１種のスロットのうちの１つが接続する箇所であり、前記２つ以上の接続箇所のうちの他の１つは、前記２つの縦部分の他方と前記複数の第１種のスロットのうちの他の１つが接続する箇所であり、
前記複数の第１種のスロットのうちの前記１つと前記他の１つとの間隔は、前記複数の第２種のスロットのうちの隣り合う２つの間隔よりも狭い、
請求項１または２に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項4】

前記第１の導電部材は、前記第２の導電性表面に、１つ以上の凹部を有し、
前記１つ以上の凹部の少なくとも１つは、前記複数の第２種のスロットのいずれかの前記横部分および前記縦部分に隣接する、
請求項２に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項5】

前記第１の導電部材は、前記第２の導電性表面に、１つ以上の凸部を有し、
前記１つ以上の凸部の少なくとも１つは、前記複数の第２種のスロットのいずれかの前記横部分および前記縦部分に隣接する、
請求項２または４に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項6】

前記複数の第２種のスロットは、前記横部分および前記縦部分に隣接する部位と、前記第３の導電性表面との距離が互いに異なる２つ以上の第２種のスロットを含む、請求項２、４、５のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項7】

前記導波部材は、前記第２の導電性表面から突出するリッジ状の構造を有し、
前記複数の導電性ロッドは、前記第２の導電性表面に接続され、
前記導波面は、前記第３の導電性表面に対向し、各第２種のスロットの前記横部の位置で分断されている、
請求項１に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項8】

前記複数の第１種のスロットの各々は、底を有する基部を有し、
前記基部は、前記第２の方向に延びる溝部を含む、
請求項１から７のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項9】

前記第２種のスロットの各々に接続される前記２つの第１種のスロットの前記基部の深さは互いに異なる、請求項８に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項10】

前記縦部分の一部は、前記第１の導電部材を貫通し、
前記横部分は、前記第１の導電部材の内部に底を有する、
請求項１から９のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれかに記載のスロットアレイアンテナと、
前記スロットアレイアンテナに接続された通信回路と、
を備える無線通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スロットアレイアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

人工磁気導体を備える導波構造の例が特許文献１から４に開示されている。人工磁気導体は、自然界には存在しない完全磁気導体（ＰＭＣ： Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質を人工的に実現した構造体である。完全磁気導体は、「表面における磁界の接線成分がゼロになる」という性質を有している。これは、完全導体（ＰＥＣ： Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質、すなわち、「表面における電界の接線成分がゼロになる」という性質とは反対の性質である。完全磁気導体は、自然界には存在しないが、例えば複数の導電性ロッドの配列のような人工的な構造によって実現され得る。人工磁気導体は、その構造によって定まる特定の周波数帯域において、完全磁気導体として機能する。人工磁気導体は、特定の周波数帯域（伝搬阻止帯域）に含まれる周波数を有する電磁波が人工磁気導体の表面に沿って伝搬することを抑制または阻止する。このため、人工磁気導体の表面は、高インピーダンス面と呼ばれることがある。

【0003】

特許文献１から４に開示された導波路装置では、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現されている。これらの導波路装置のそれぞれは、全体として、対向する一対の導電プレートを備える。一方の導電プレートは、他方の導電プレートの側に突出するリッジと、リッジの両側に位置する人工磁気導体とを備える。リッジの上面は、導電性を有しており、ギャップを介して他方の導電プレートの導電性表面に対向する。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる波長を有する電磁波は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間（ギャップ）をリッジに沿って伝搬する。このような導波路を、ＷＲＧ（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅ）またはＷＲＧ導波路と称する。

【0004】

各アンテナ素子に独立の信号を入出力可能なアレイアンテナは、レーダなどのセンシングデバイスおよび無線通信システム等の広い分野において有用である。複数のホーンアンテナ素子を含むアレイアンテナは、周波数帯域が広く損失も小さいため、特に有用である。

【0005】

特許文献１の図２５は、複数のスロットを放射素子（「アンテナ素子」とも称する。）として備えるスロットアレイアンテナを開示している。このスロットアレイアンテナにおいては、リッジの上面に対向する導電プレートに、等間隔に複数のスロットの列（放射素子列）が配置されている。電磁波は、リッジが設けられた他方の導電プレートの背面側からリッジ上の導波路に供給される。放射素子列は、伝搬する電磁波の位相が同一である複数の箇所に配置される。このような構成により、複数の放射素子から同位相の電磁波が放射される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第８７７９９９５号明細書

【特許文献2】米国特許第８８０３６３８号明細書

【特許文献3】欧州特許出願公開第１３３１６８８号明細書

【特許文献4】米国特許第１００２７０３２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の構成では、放射素子の配置間隔は、導波路内での電磁波の波長またはその整数倍に一致するように決定される。そのため、複数の放射素子を密に配置することが難しい。ＷＲＧ導波路においては、導波路内での電磁波の波長が自由空間における波長よりも長くなるため、上記の構成では、放射素子の配置間隔も自由空間波長よりも長くなる。その結果、グレーティングローブ等の好ましくない現象が生じ易い。

【0008】

本開示は、複数の放射素子をより密に配列することが可能なスロットアレイアンテナを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係るスロットアレイアンテナは、第１の導電性表面、および前記第１の導電性表面の反対側に位置する第２の導電性表面を有する第１の導電部材と、前記第２の導電性表面に対向する第３の導電性表面を有する第２の導電部材と、前記第１の導電部材と前記第２の導電部材との間に位置し、前記第２の導電性表面または前記第３の導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、前記第２の導電性表面または前記第３の導電性表面に沿った方向に延びる導波部材と、前記導波部材の周囲に配置された複数の導電性ロッドと、を備える。前記第１の導電部材は、前記第１の導電性表面に開口し、第１の方向に沿って並ぶ複数の第１種のスロットと、前記第２の導電性表面に開口し、前記第１の方向に沿って並ぶ複数の第２種のスロットと、を有する。前記複数の第１種のスロットの、前記第１の導電性表面における開口は、前記第１の方向に対して傾斜した第２の方向に沿って延びる形状を有する。前記複数の第２種のスロットの各々は、前記第１の方向に対して交差する第３の方向に沿って延びる横部分と、前記横部分に接続され、前記第３の方向に交差する第４の方向に沿って延びる縦部分と、を含む。前記複数の第２種のスロットの各々は、前記第１の導電部材の内部において、前記複数の第１種のスロットのうちの隣り合う２つの第１種のスロットに接続される２つ以上の接続箇所を有する。前記２つ以上の接続箇所のうちの少なくとも１つは、前記第２種のスロットの前記縦部分と前記第１種のスロットとが接続する箇所である。前記導波面は、前記第２種のスロットの各々の前記横部分に対向する、または前記第２種のスロットの各々の前記横部分の位置で分断されている。

【発明の効果】

【0010】

本開示の実施形態によれば、複数の放射素子をより密に配置することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】導波路装置の例を模式的に示す斜視図である。

【図2A】導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。

【図2B】導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の他の構成を模式的に示す図である。

【図3】導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。

【図4】図２Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。

【図5A】導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。

【図5B】導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。

【図5C】導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の各々が、誘電体の表面に金属などの導電性材料がコーティングされた構造の例を示す図である。

【図5D】導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｂ、１２０ｂを有する構造の例を示す図である。

【図5E】導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｂ、１２０ｂを有する構造の他の例を示す図である。

【図5F】導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。

【図5G】図５Ｆの構造において、さらに、導電性表面１１０ａのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。

【図6A】導電部材１１０の導電性表面１１０ａが曲面形状を有する例を示す図である。

【図6B】導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。

【図7A】導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。

【図7B】中空導波管の断面を模式的に示す図である。

【図7C】導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。

【図7D】２つの中空導波管を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示す図である。

【図8A】ＷＲＧの構造を利用したスロットアンテナアレイ２００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。

【図8B】スロットアンテナアレイ２００におけるＸ方向に並ぶ２つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。

【図9】第１の実施形態によるスロットアレイアンテナを示す斜視図である。

【図10】第１の導電部材の第２の導電性表面側の構造を示す斜視図である。

【図11】第２の導電部材上の構造を示す斜視図である。

【図12】第１の導電部材の正面側の構造の一部を拡大して示す斜視図である。

【図13】第１の導電部材の正面側の構造の一部を拡大して示す平面図である。

【図14】第２種のスロットの構造を示す平面図である。

【図15A】第２種のスロットの内側の凹部を示す斜視図である。

【図15B】第２種のスロットの内側の凸部を示す斜視図である。

【図16】第２の実施形態によるスロットアレイアンテナを示す斜視図である。

【図17】第２の実施形態によるスロットアレイアンテナの一部の断面構造を示す図である。

【図18】第２の導電部材上の構造の例を示す図である。

【図19】第１種のスロットと第２種のスロットの配置関係を示す平面図である。

【図20】複数の放射素子が２次元的に配列されたスロットアレイアンテナの実施形態を示す斜視図である。

【図21】図２０に示すスロットアレイアンテナから第１の導電部材を除去した構造を示す斜視図である。

【図22】図２０に示すスロットアレイアンテナの構造をより詳細に示す図である。

【図23】図２０に示すスロットアレイアンテナの第１の導電部材の背面側の構造を示す図である。

【図24A】第３の実施形態によるスロットアレイアンテナを示す斜視図である。

【図24B】第３の実施形態によるスロットアレイアンテナを正面側からみた図である。

【図24C】第３の実施形態によるスロットアレイアンテナを示す一部透過斜視図である。

【図24D】第３の実施形態によるスロットアレイアンテナの第１の導電部材の背面側の構造を示す斜視図である。

【図25A】第２種のスロットの第１の変形例を示す図である。

【図25B】第２種のスロットの第２の変形例を示す図である。

【図25C】第２種のスロットの第３の変形例を示す図である。

【図25D】第２種のスロットの第３の変形例における第１種のスロットとの配置関係の例を示す図である。

【図26A】第４の実施形態によるスロットアレイアンテナを模式的に示す斜視図である。

【図26B】第４の実施形態によるスロットアレイアンテナを模式的に示す一部透過斜視図である。

【図26C】第４の実施形態によるスロットアレイアンテナを模式的に示す平面図である。

【図27A】第４の実施形態の変形例によるスロットアレイアンテナを模式的に示す斜視図である。

【図27B】第４の実施形態の変形例によるスロットアレイアンテナの第１の導電部材の正面側の構造を模式的に示す平面図である。

【図27C】第４の実施形態の変形例によるスロットアレイアンテナの第１の導電部材の背面側の構造を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本開示の実施形態を説明する前に、本開示の実施形態において用いられ得るＷＲＧ導波路の構成および動作の例を説明する。

【0013】

ＷＲＧは、人工磁気導体として機能するワッフルアイアン構造中に設けられ得るリッジ導波路である。このようなリッジ導波路は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子を高密度に配置することが可能である。

【0014】

図１は、このような導波路装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。図示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置された板形状（プレート状）の導電部材１１０および１２０を備えている。導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。

【0015】

なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。

【0016】

図２Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示している。図２Ａに示されるように、導電部材１１０は、導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ａを有している。導電性表面１１０ａは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ａは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ａは平面である必要は無い。

【0017】

図３は、わかり易さのため、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。現実の導波路装置１００では、図１および図２Ａに示したように、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は狭く、導電部材１１０は、導電部材１２０の全ての導電性ロッド１２４を覆うように配置されている。

【0018】

図１から図３は、導波路装置１００の一部分のみを示している。導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、実際には、図示されている部分の外側にも拡がって存在する。導波部材１２２の端部には、後述するように、電磁波が外部空間に漏洩することを防止するチョーク構造が設けられる。チョーク構造は、例えば、導波部材１２２の端部に隣接して配置された導電性ロッドの列を含む。

【0019】

再び図２Ａを参照する。導電部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ、導電性表面１１０ａに対向する先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一または実質的に同一の平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２５を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも上面および側面に沿って拡がる導電層があればよい。この導電層はロッド状構造物の表層に位置してもよいが、表層が絶縁塗装または樹脂層からなり、ロッド状構造物の表面には導電層が存在していなくてもよい。また、導電部材１２０は、その全体が導電性を有している必要はない。導電部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面が導電体によって電気的に接続されていればよい。導電部材１２０の導電性を有する層は、絶縁塗装または樹脂層で覆われていてもよい。言い換えると、導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する凹凸状の導電層を有していればよい。

【0020】

導電部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側にそれぞれ人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図３からわかるように、この例における導波部材１２２は、導電部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有する。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なっていてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ａに沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、全体が導電性を有している必要は無く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。導電部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。

【0021】

導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置１００内を伝搬する電磁波（信号波）の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の幅、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間隙の大きさによって調整され得る。

【0022】

次に、図４を参照しながら、図２Ａに示す構造における各部材の寸法、形状、配置等の例を説明する。

【0023】

導波路装置は、所定の帯域（「動作周波数帯域」と称する。）の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。本明細書において、導電部材１１０の導電性表面１１０ａと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図４に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置等の例は、以下のとおりである。

【0024】

（１）導電性ロッドの幅
導電性ロッド１２４の幅（Ｘ方向およびＹ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定され得る。この範囲内であれば、Ｘ方向およびＹ方向における最低次の共振の発生を防ぐことができる。なお、ＸおよびＹ方向だけでなくＸＹ断面の対角方向でも共振が起こる可能性があるため、導電性ロッド１２４のＸＹ断面の対角線の長さもλｍ／２未満であることが好ましい。ロッドの幅および対角線の長さの下限値は、工法的に作製できる最小の長さであり、特に限定されない。

【0025】

（２）導電性ロッドの基部から導電部材１１０の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。

【0026】

導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔に相当する。例えば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの信号波が伝搬する場合、信号波の波長は、３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲内である。したがって、この場合、λｍは３．８９３４ｍｍとなるので、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設計される。導電部材１１０と導電部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、導電部材１１０と導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、導電部材１１０および／または導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していてもよい。他方、導電部材１１０、１２０の平面形状（ＸＹ面に垂直に投影した領域の形状）および平面サイズ（ＸＹ面に垂直に投影した領域のサイズ）は、用途に応じて任意に設計され得る。

【0027】

図２Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。例えば、図２Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であってもよい。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状をもつ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。このような構造であっても、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離が波長λｍの半分よりも短ければ、図２Ｂに示す装置は、本開示の実施形態における導波路装置として機能し得る。

【0028】

（３）導電性ロッドの先端部から導電性表面までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電性表面１１０ａまでの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を電磁波が往復する伝搬モードが生じ、電磁波を閉じ込められなくなるからである。なお、複数の導電性ロッド１２４のうち、少なくとも導波部材１２２と隣り合うものについては、先端が導電性表面１１０ａとは電気的には接触していない状態にある。ここで、導電性ロッドの先端が導電性表面に電気的に接触していない状態とは、先端と導電性表面との間に空隙がある状態、あるいは、導電性ロッドの先端と導電性表面とのいずれかに絶縁層が存在し、導電性ロッドの先端と導電性表面が絶縁層を間に介して接触している状態、のいずれかを指す。

【0029】

（４）導電性ロッドの配列および形状
複数の導電性ロッド１２４のうちの隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間は、例えばλｍ／２未満の幅を有する。隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間の幅は、当該２つの導電性ロッド１２４の一方の表面（側面）から他方の表面（側面）までの最短距離によって定義される。このロッド間の隙間の幅は、ロッド間の領域で最低次の共振が起こらないように決定される。共振が生じる条件は、導電性ロッド１２４の高さ、隣接する２つの導電性ロッド間の距離、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の空隙の容量の組み合わせによって決まる。よって、ロッド間の隙間の幅は、他の設計パラメータに依存して適宜決定される。ロッド間の隙間の幅には明確な下限はないが、製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上であり得る。なお、隙間の幅は一定である必要はない。λｍ／２未満であれば、導電性ロッド１２４の間の隙間は様々な幅を有していてもよい。

【0030】

複数の導電性ロッド１２４の配列は、人工磁気導体としての機能を発揮する限り、図示されている例に限定されない。複数の導電性ロッド１２４は、直交する行および列状に並んでいる必要は無く、行および列は９０度以外の角度で交差していてもよい。複数の導電性ロッド１２４は、行または列に沿って直線上に配列されている必要は無く、単純な規則性を示さずに分散して配置されていてもよい。各導電性ロッド１２４の形状およびサイズも、導電部材１２０上の位置に応じて変化していてよい。

【0031】

複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａが形成する人工磁気導体の表面１２５は、厳密に平面である必要は無く、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。

【0032】

各導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、例えば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、各導電性ロッド１２４は、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。

【0033】

導電性ロッド１２４（特に、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４）の高さ、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、例えば、λｏ／４に設定され得る。

【0034】

（５）導波面の幅
導波部材１２２の導波面１２２ａの幅、すなわち、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向における導波面１２２ａのサイズは、λｍ／２未満（例えばλｏ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｍ／２以上になると、幅方向で共振が起こり、共振が起こるとＷＲＧは単純な伝送線路としては動作しなくなるからである。

【0035】

（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの距離がλｍ／２以上となるからである。

【0036】

（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離Ｌ１はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、距離Ｌ１を、例えばλｍ／１６以上とすることが好ましい。

【0037】

導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ａと導電性ロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、上下の２つの導電部材１１０、１２０を一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて例えばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。

【0038】

次に、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０、および複数の導電性ロッド１２４を有する導波路構造の変形例を説明する。以下の変形例は、後述する各実施形態におけるいずれの箇所のＷＲＧ構造にも適用され得る。

【0039】

図５Ａは、導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。導電部材１１０および導電部材１２０も同様に、導波部材１２２が位置する側の表面（導電性表面１１０ａ、１２０ａ）のみが導電性を有し、他の部分は導電性を有していない。このように、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０の各々は、全体が導電性を有していなくてもよい。

【0040】

図５Ｂは、導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。この例では、導波部材１２２は、導電部材１１０と導電部材とを支持する支持部材（例えば、筐体の内壁等）に固定されている。導波部材１２２と導電部材１２０との間には間隙が存在する。このように、導波部材１２２は導電部材１２０に接続されていなくてもよい。

【0041】

図５Ｃは、導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の各々が、誘電体の表面に金属などの導電性材料がコーティングされた構造の例を示す図である。導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、相互に導電体で接続されている。一方、導電部材１１０は、金属などの導電性材料で構成されている。

【0042】

図５Ｄおよび図５Ｅは、導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｂ、１２０ｂを有する構造の例を示す図である。図５Ｄは、導体である金属製の導電部材の表面を誘電体の層で覆った構造の例を示す。図５Ｅは、導電部材１２０が、樹脂などの誘電体製の部材の表面を、金属などの導体で覆い、さらにその金属の層を誘電体の層で覆った構造を有する例を示す。金属表面を覆う誘電体の層は樹脂などの塗膜であってもよいし、当該金属が酸化する事で生成された不動態皮膜などの酸化皮膜であってもよい。

【0043】

最表面の誘電体層は、ＷＲＧ導波路によって伝播される電磁波の損失を増やす。しかし、導電性を有する導電性表面１１０ａ、１２０ａを腐食から守ることができる。また、直流電圧や、ＷＲＧ導波路によっては伝播されない程度に周波数の低い交流電圧の影響を遮断することができる。

【0044】

図５Ｆは、導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図４に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。

【0045】

図５Ｇは、図５Ｆの構造において、さらに、導電性表面１１０ａのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図４に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。なお、導電性表面１１０ａの一部が突出する構造に代えて、一部が窪む構造であってもよい。

【0046】

図６Ａは、導電部材１１０の導電性表面１１０ａが曲面形状を有する例を示す図である。図６Ｂは、さらに、導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。これらの例のように、導電性表面１１０ａ、１２０ａは、平面形状に限らず、曲面形状を有していてもよい。曲面状の導電性表面を有する導電部材も、「板形状」の導電部材に該当する。

【0047】

上記の構成を有する導波路装置１００によれば、動作周波数の信号波は、人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって電気的に接続する必要もない。

【0048】

図７Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。図７Ａにおける３本の矢印は、伝搬する電磁波の電界の向きを模式的に示している。伝搬する電磁波の電界は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａに対して垂直である。

【0049】

導波部材１２２の両側には、それぞれ、複数の導電性ロッド１２４によって形成された人工磁気導体が配置されている。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙を伝搬する。図７Ａは、模式的であり、電磁波が現実に作る電磁界の大きさを正確には示していない。導波面１２２ａ上の空間を伝搬する電磁波（電磁界）の一部は、導波面１２２ａの幅によって区画される空間から外側（人工磁気導体が存在する側）に横方向に拡がっていてもよい。この例では、電磁波は、図７Ａの紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に伝搬する。このような導波部材１２２は、Ｙ方向に直線的に延びている必要は無く、不図示の屈曲部および／または分岐部を有し得る。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａに沿って伝搬するため、屈曲部では伝搬方向が変わり、分岐部では伝搬方向が複数の方向に分岐する。

【0050】

図７Ａの導波路構造では、伝搬する電磁波の両側に、中空導波管では不可欠の金属壁（電気壁）が存在していない。このため、この例における導波路構造では、伝搬する電磁波が作る電磁界モードの境界条件に「金属壁（電気壁）による拘束条件」が含まれず、導波面１２２ａの幅（Ｘ方向のサイズ）は、電磁波の波長の半分未満である。

【0051】

図７Ｂは、参考のため、中空導波管５３０の断面を模式的に示している。図７Ｂには、中空導波管５３０の内部空間５３２に形成される電磁界モード（ＴＥ_１０）の電界の向きが矢印によって模式的に表されている。矢印の長さは電界の強さに対応している。中空導波管５３０の内部空間５３２の幅は、波長の半分よりも広く設定されなければならない。すなわち、中空導波管５３０の内部空間５３２の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。

【0052】

図７Ｃは、導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態の例を示す断面図である。隣接する２つの導波部材１２２の間には、複数の導電性ロッド１２４の列によって形成される人工磁気導体が配置されている。より正確には、各導波部材１２２の両側に複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置され、各導波部材１２２が独立した電磁波の伝搬を実現することが可能である。

【0053】

図７Ｄは、参考のため、２つの中空導波管５３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管５３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管５３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間５３２の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管５３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。

【0054】

これに対して、人工磁気導体を備える導波路装置１００は、導波部材１２２を近接させた構造を容易に実現することができる。このため、複数のアンテナ素子が近接して配置されたアンテナアレイへの給電に好適に用いられ得る。

【0055】

図８Ａは、上記のような導波路構造を利用したスロットアンテナアレイ２００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図８Ｂは、このスロットアンテナアレイ２００におけるＸ方向に並ぶ２つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。このスロットアンテナアレイ２００においては、第１の導電部材１１０が、Ｘ方向およびＹ方向に配列された複数のスロット１１２を有している。この例では、複数のスロット１１２は２つのスロット列を含み、各スロット列は、Ｙ方向に等間隔に並ぶ６個のスロット１１２を含んでいる。第２の導電部材１２０には、Ｙ方向に延びる２つの導波部材１２２が設けられている。各導波部材１２２は、１つのスロット列に対向する導電性の導波面１２２ａを有する。２つの導波部材１２２の間の領域、および２つの導波部材１２２の外側の領域には、複数の導電性ロッド１２４が配置されている。これらの導電性ロッド１２４は、人工磁気導体を形成している。

【0056】

各導波部材１２２の導波面１２２ａと、導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の導波路には、不図示の送信回路から電磁波が供給される。これにより、Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２が励振され、各スロット１１２から電磁波が放射される。

【0057】

図８Ａおよび図８Ｂに示す構成においては、Ｙ方向に沿って並ぶ複数のスロット１１２（放射素子）の配置間隔は、ＷＲＧ導波路内での電磁波の波長またはその整数倍に一致するように決定され得る。これにより、各スロット１１２から同一の位相の電磁波を放射することができる。しかし、スロット１１２の配置間隔をそのように決定した場合、Ｙ方向に隣り合う２つのスロット１１２の間隔を十分に小さくすることができず、グレーティングローブが発生する等の好ましくない現象が生じるおそれがある。

【0058】

本発明者らは、以上の課題を解決するために、以下に説明する実施形態の構成に想到した。以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。

【0059】

（実施形態１）
図９は、本開示の第１の実施形態によるスロットアレイアンテナ３００の構成を示す斜視図である。スロットアレイアンテナ３００は、第１の導電部材３１０と、第２の導電部材３２０とを備える。第１の導電部材３１０および第２の導電部材３２０は、互いに間隙を空けて積層されている。第１の導電部材３１０および第２の導電部材３２０の各々は、例えば金属板を加工して成形され得る。導電部材３１０、３２０の各々は、例えば成形されたプラスチックの表面にめっき加工を施すことによっても作製され得る。

【0060】

第１の導電部材３１０は、正面側に第１の導電性表面３１０ａを有し、背面側に第２の導電性表面３１０ｂを有する。本明細書では、電磁波が放射される側を「正面側」と称し、その反対側を「背面側」と称する。第２の導電部材３２０は、第２の導電性表面３１０ｂに対向する第３の導電性表面３２０ａを正面側に有する。第１の導電部材３１０および第２の導電部材３２０の各々は、板形状またはブロック形状を有する。本実施形態において、導電性表面３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃの各々は平坦であり、ＸＹ面に平行である。

【0061】

第１の導電部材３１０は、第１の導電性表面３１０ａに開口する複数の第１種のスロット３１１を有する。複数の第１種のスロット３１１は、第１の導電性表面３１０ａに沿った第１の方向（本実施形態ではＹ方向）に沿って並んでいる。各第１種のスロット３１１の、第１の導電性表面３１０ａにおける開口は、第１の方向（Ｙ方向）に対して傾斜した第２の方向に延びた形状を有する。本実施形態では第２の方向はＹ方向に対して約４５度傾斜した方向である。第２の方向と第１の方向とのなす角は、４５度に限定されず、０度よりも大きく、９０度よりも小さい任意の値に設定することができる。本実施形態における複数の第１種のスロット３１１は、Ｙ方向に沿って一定の間隔で並んでいる。各第１種のスロット３１１は、放射素子として機能する。

【0062】

図１０は、第１の導電部材３１０の背面側の構造を示す斜視図である。図１０に示すように、第１の導電部材３１０は、第２の導電性表面３１０ｂに開口する複数の第２種のスロット３１２を有する。複数の第２種のスロット３１２も第１の方向（Ｙ方向）に沿って並んでいる。なお、本実施形態において第１の導電性表面３１０ａは第２の導電性表面３１０ｂと平行である。よって、前述した第１の方向は、第１の導電性表面３１０ａおよび第２の導電性表面３１０ｂの両方に平行である。但し、より一般には、第１の導電性表面３１０ａと第２の導電性表面３１０ｂとが平行ではない形態も選択可能である。そのような場合、第１種のスロット３１１および第２種のスロット３１２のそれぞれの開口は、それぞれ第１の導電性表面３１０ａおよび第２の導電性表面３１０ｂに沿って並ぶが、それらの開口が並ぶ方向は、空間的に見た場合には同じ方向とは言えない。但し、空間的にはそれら２つの方向は同一の仮想的な平面の上に載る。本明細書では、便宜上、この様な場合において、これらの方向は同一であると見なし、ともに「第１の方向」と呼ぶ。第２種のスロット３１２の個数は、第１種のスロット３１１の個数の半分である。各第２種のスロット３１２は、第１の導電部材３１０の内部において、互いに隣り合う２つの第１種のスロット３１１に繋がっている。各第２種のスロット３１２は、Ｚ軸に沿って見た場合に、アルファベットの「Ｈ」に類似する形状を有する。以下、このような形状を「Ｈ形状」と称する。

【0063】

図１１は、スロットアレイアンテナ３００から第１の導電部材３１０が除去され第２の導電部材３２０が露出した状態を示す斜視図である。図１１に示すように、スロットアレイアンテナ３００は、第２の導電部材３２０の上に、導波部材３２２と、複数の導電性ロッド３２４とを備える。導波部材３２２は、第３の導電性表面３２０ａから突出するリッジ状の構造を有する。複数の導電性ロッド３２４は、第３の導電性表面３２０ａから突出しており、導波部材３２２の周囲に配置されている。導波部材３２２は、第２の導電性表面３１０ｂに対向する導電性の導波面３２２ａを有する。導波部材３２２は、第１の方向に沿って延びており、導波面３２２ａは、Ｚ方向から見通した場合に各第２種のスロット３１２の中央部に重なる位置にある。導波面３２２ａと第２の導電性表面３１０ｂとの間に導波路が規定される。

【0064】

導波部材３２２の一端は、ポート３２７を介して導波管３２６に接続されている。ポート３２７の周囲にも複数の導電性ロッド３２４が配置されている。導波管３２６は、Ｚ方向に沿って延びており、図示されていない送信回路に接続されている。導波管３２６を介して、送信回路から導波面３２２ａ上の導波路に電磁波が供給される。

【0065】

本実施形態における導波部材３２２の導波面３２２ａには、複数の凹部３２２ｄが設けられている。凹部３２２ｄは、導波面３２２ａに沿って伝搬する信号波の位相を調整するために設けられている。凹部３２２ｄの位置として、各第２種のスロット３１２の位置での信号波の位相を適切に変化させて、所望の放射特性が得られる位置が選択されている。

【0066】

導波部材３２２は、延びる方向が変化する屈曲部を有していてもよい。図１１の例では、導波部材３２２は、２つの屈曲部３２２ｃを有する。各屈曲部３２２ｃおよびそれに隣接する箇所では、インピーダンス整合のため、導波面３２２ａの高さが他の箇所での高さとは異なっている。

【0067】

複数の導電性ロッド３２４は、導波部材３２２の両側およびポート３２７の周囲に配置され、人工磁気導体を形成する。電磁波は人工磁気導体と第２の導電性表面３１０ｂとの間の空間を伝搬できない。このため、電磁波は、導波面３２２ａと第２の導電性表面３１０ｂとの間の導波路を伝搬しながら、各第２種のスロット３１２を励振する。第２種のスロット３１２が励振されると、それに繋がる２つの第１種のスロット３１１も励振される。これにより、各第１種のスロット３１１から電磁波が放射される。

【0068】

第２の導電部材３２０、複数の導電性ロッド３２４、および導波部材３２２は、連続した単一構造体の一部であってもよいし、互いに分離していてもよい。

【0069】

図９から図１１に示す第２の導電部材３２０は、第１の導電部材３１０に比べて極端に薄い。このような構造に限定されず、第２の導電部材３２０は、より厚い構造を有していてもよい。第２の導電部材３２０は、例えば各導電性ロッド３２４の高さの半分程度の厚さを有していてもよい。

【0070】

次に、本実施形態における第１種のスロット３１１と第２種のスロット３１２の構造をより詳細に説明する。

【0071】

図１２は、第１の導電部材３１０の一部を拡大して示す図である。図１３は、第１の導電部材３１０を正面側から見た図である。図示されるように、第１の方向（Ｙ方向）に沿って並ぶ第１種のスロット３１１のそれぞれの開口は、第１の方向に対して傾斜した第２の方向に延びており、矩形に近い形状を有する。各第１種のスロット３１１の大部分は、第１の導電部材３１０を貫通しておらず、底を有する。各第１種のスロット３１１における底の部分を基部３１１ａと称する。基部３１１ａの中央には、第２の方向に延びる溝部３１１ｂがある。各第１種のスロット３１１の端部の一部分は、背面側の第２種のスロット３１２に繋がっており、その箇所で第１の導電部材３１０を貫通している。１つの第２種のスロット３１２は、隣り合う２つの第１種のスロット３１１に繋がっている。各第２種のスロット３１２と、２つの第１種のスロット３１１とが接続される２つの箇所は、第１の導電部材３１０を貫通している。すなわち、第１の導電性表面３１０ａに垂直な方向から見た場合に第１種のスロット３１１と第２種のスロット３１２とが重なり合う部分は、第１の導電部材３１０の表裏を貫通する貫通孔を形成する。

【0072】

本実施形態では、第１種のスロット３１１は、基部３１１ａの内側に溝部３１１ｂが設けられた階段状の構造を有する。溝部３１１ｂは、第１種のスロット３１１の延びる方向に延びる。溝部３１１ｂの幅は、基部３１１ａ全体の幅よりも狭い。各第１種のスロット３１１は、基部３１１ａから開口に向かうにつれて幅が徐々に拡大する形状を有していてもよい。その場合、第１種のスロット３１１は、溝部３１１ｂを有していなくてもよい。このように、基部３１１ａの内側に段差または傾斜面を設けることにより、インピーダンスの整合度が向上する。

【0073】

図１２の例では、第１種のスロット３１１の基部３１１ａおよび溝部３１１ｂの一端は第２種のスロット３１２の一部と繋がっている。このような構造により、第２種のスロット３１２と第１種のスロット３１１との間で電磁波を伝搬させ、当該電磁波の電界方向を変化させることができる。第２種のスロット３１２の内部においては、電磁波の電界の主方向は、導波部材３２２が延びる方向（すなわちＹ方向）に平行である。これに対し、第１種のスロット３１１の内部においては、電界の主方向は、導波部材３２２が延びる方向から４５度傾斜した方向である。したがって、Ｙ方向が鉛直方向に一致するようにスロットアレイアンテナが配置される場合、鉛直方向から４５度傾いた方向の電界成分を持つ偏波を放射することができる。前述のように、この傾斜角度は４５度に限らない。但しこの角度が９０度近くになると、第２種のスロット３１２から第１種のスロット３１１には実質的に電磁波が伝搬しなくなる。

【0074】

図１３に示すように、第１の方向（Ｙ方向）において隣り合う２つの第１種のスロット３１１の間隔Ｄ１は、第１の方向において隣り合う２つの第２種のスロット３１２の間隔Ｄ２よりも狭い。本実施形態では、第１種のスロット３１１の配置間隔Ｄ１は、第２種のスロット３１２の配置間隔Ｄ２の約半分である。このような構成により、第１種のスロット３１１によって規定される放射素子を、第２種のスロット３１２よりも高い密度で配置することができる。第２種のスロット３１２の配置間隔Ｄ２が、ＷＲＧ導波路内での電磁波の波長に一致する場合、当該波長の約半分の間隔Ｄ１で放射素子を配置することができる。このように放射素子を密に配置することができるため、グレーティングローブの発生を効果的に抑制することができる。

【0075】

図１４は、第２種のスロット３１２の構造をより具体的に示す平面図である。各第２種のスロット３１２は、第１の方向（Ｙ方向）に交差する第３の方向（本実施形態ではＸ方向に一致）に延びる横部分３１２ｄと、横部分３１２ｄの両端部にそれぞれ接続され第３の方向に交差する第４の方向（本実施形態ではＹ方向に一致）に延びる一対の縦部分３１２ｅとを含む。あるいは、横部分３１２ｄが一対の縦部分３１２ｅの少なくとも一方と交差する態様であっても良い。その場合、横部分３１２ｄの２つの端部の少なくとも一方は、横部分３１２ｄと縦部分３１２ｅとが接続する部位を超えて延びる。このように、２つの縦部分３１２ｅの一方は横部分３１２ｄの一か所に接続され、２つの縦部分３１２ｅの他方は横部分３１２ｄの上記一か所とは異なる箇所に接続される。第３の方向は、Ｘ方向に対して若干傾斜していてもよい。同様に、第４の方向は、Ｙ方向に対して若干傾斜していてもよい。各第２種のスロット３１２は、第１の導電部材３１０の内部において２つの第１種のスロット３１１にそれぞれ接続される２つの接続箇所を有する。本実施形態では、２つの接続箇所は、第２種のスロット３１２の２つの縦部分３１２ｅと２つの第１種のスロット３１１とがそれぞれ接続する箇所である。各第２種のスロット３１２の横部分３１２ｄは、導波部材３２２の導波面３２２ａに対向する。

【0076】

本実施形態における第２種のスロット３１２は、Ｈ形状を有する。横部分３１２ｄは、２つの縦部分３１２ｅにほぼ垂直であり、２つの縦部分３１２ｅのほぼ中央部同士を繋いでいる。このようなＨ形状のスロットでは、高次の共振が起こらず、かつ、スロットインピーダンスが小さくなり過ぎないように、その形状およびサイズが決定される。Ｈ形状の中心点（すなわち横部分３１２ｄの中心点）から縦部分３１２ｅのいずれかの端部までの、横部分３１２ｄおよび縦部分３１２ｅに沿った長さの２倍をＬとする。Ｌは、λｏ／２＜Ｌ＜λｏを満たす長さに設定され得る。例えば、Ｌは約λｏ／２に設定され得る。

【0077】

本実施形態では、第２種のスロット３１２の２つの縦部分３１２ｅの一部は、第１の導電部材３１０を貫通する貫通孔となっている。一方、横部分３１２ｄは、第１の導電部材３１０を貫通せず、第１の導電部材３１０の内部に底を有する。当該横部分３１２ｄは、Ｙ方向において隣り合う２つの第１種のスロット３１１の間における第１の導電性表面３１０ａの反対側に位置する。横部分３１２ｄの底部の反対側に、隣り合う２つの第１種のスロット３１１の間における第１の導電性表面３１０ａの底部が位置する。

【0078】

本実施形態では、図１０に示すように、第１の導電部材３１０は、複数の凹部３１２ａおよび複数の凸部３１２ｂを、第２の導電性表面３１０ｂに有する。凹部３１２ａは、隣り合う部分よりも導波面３２２ａと第２の導電性表面３１０ｂとの間隔を広げる。凸部３１２ｂは、隣り合う部分よりも導波面３２２ａと第２の導電性表面３１０ｂとの間隔を狭める。各凹部３１２ａおよび各凸部３１２ｂは、複数の第２種のスロット３１２の１つにおける横部分３１２ｄおよび縦部分３１２ｅに隣接する。

【0079】

図１５Ａは、第２種のスロット３１２に設けられた凹部３１２ａの構成例を示す斜視図である。図１５Ａに示す第２種のスロット３１２では、横部分３１２ｄおよび２つの縦部分３１２ｅに隣接して一対のリッジ部３１２ｃが設けられている。一対のリッジ部３１２ｃの端面に、２つの凹部３１２ａがある。凹部３１２ａは、第２の導電性表面３１０ｂ側に露出したリッジ部３１２ｃの端面において第２の導電性表面３１０ｂよりも奥側に凹んだ部位である。凹部３１２ａを設けることにより、隣り合う部位よりも第２の導電性表面３１０ｂと導波面３２２ａとの間隔を広げて導波路のキャパシタンスを局所的に減らすことができる。

【0080】

図１５Ｂは、第２種のスロット３１２に設けられた凸部３１２ｂの構成例を示す斜視図である。図１５Ｂに示す第２種のスロット３１２では、一対のリッジ部３１２ｃの端面に、２つの凸部３１２ｂがある。凸部３１２ｂは、第２の導電性表面３１０ｂ側に露出したリッジ部３１２ｃの端面において第２の導電性表面３１０ｂよりも手前側に突出した部位である。凸部３１２ｂを設けることにより、隣り合う部位よりも第２の導電性表面３１０ｂと導波面３２２ａとの間隔を狭めて導波路のキャパシタンスを局所的に増やすことができる。

【0081】

本実施形態では、図１０に示すように、第２種のスロット３１２の一対のリッジ部３１２ｃの端面の位置が、電磁波の給電側（−Ｙ方向側）から導波路の終端側（＋Ｙ方向側）に進むにつれて導波面３２２ａに近づいている。但し、最も終端側に位置する第２種のスロット３１２は例外である。言い換えれば、最も終端側に位置する第２種のスロット３１２を除き、第２の導電性表面３１０ｂと導波面３２２ａとの間隔が、給電側から終端側に進むにつれて次第に狭くなっている。リッジ部３１２ｃの端面の位置が第２の導電性表面３１０ｂよりも奥である場合、その端面は凹部３１２ａになる。反対に、リッジ部３１２ｃの端面の位置が第２の導電性表面３１０ｂよりも手前である場合、その端面は凸部３１２ｂになる。図１０の例では、給電側の４つの第２種のスロット３１２は凹部３１２ａを有し、続く４つの第２種のスロット３１２は凸部３１２ｂを有し、最も終端側に位置する第２種のスロット３１２は凹部も凸部も有しない。

【0082】

本実施形態のように、第２種のスロット３１２における一対のリッジ部３１２ｃの端面の高さを調整することにより、ＷＲＧ導波路と第２種のスロット３１２との結合の強さを調整することできる。この調整を適切に行うことにより、複数の第１種のスロット３１１に、目的に応じた適正な放射を行わせることができる。図１０の例では、導波路の給電側端部（＋Ｙ方向側）から導波路の終端（−Ｙ方向側）に進むにしたがって、導波路と第２種のスロット３１２との結合が強くなる。このような構成により、スロットアレイアンテナ３００は、例えばコセカント２乗特性を実現することができる。

【0083】

コセカント２乗特性とは、正面方向からの角度をθとして、放射される電磁波の強度がcosecθ（＝１／sinθ）の２乗に概ね比例する特性をいう。スロットアレイアンテナ３００がコセカント２乗特性を有していれば、例えば無線通信基地局に設置されるアンテナとして用いられた場合に、電波を近距離から遠距離にわたって同程度の受信強度を実現できる。

【0084】

本実施形態では、複数の第２種のスロット３１２の全てについて、横部分および縦部分に隣接する部位と、第３の導電性表面３２０ａとの距離が異なっている。このような形態に限らず、複数の第２種のスロット３１２のうち、横部分および縦部分に隣接する部位と、第３の導電性表面３２０ａとの距離が互いに異なる２つ以上の第２種のスロットを含む任意の形態を採用してもよい。

【0085】

（実施形態２）
図１６は、本開示の第２の実施形態によるスロットアレイアンテナ３００Ａの構成を示す斜視図である。図１７は、スロットアレイアンテナ３００Ａの構造の一部を拡大して示す断面図である。

【0086】

本実施形態では、Ｙ方向に並ぶ複数の第１種のスロット３１１の基部３１１ａの深さが、スロットによって異なっている。図１７に示すように、複数の第１種のスロット３１１は、基部３１１ａの深さが異なる第１種のスロット３１１Ａおよび３１１Ｂを含む。

【0087】

図１７に示される例では、第１種のスロット３１１Ａの基部３１１ａの深さよりも、第１種のスロット３１１Ｂの基部３１１ａの深さの方が大きい。すなわち、第１種のスロット３１１Ａの基部３１１ａは、第１種のスロット３１１Ｂの基部３１１ａよりも高い位置にある。第１種のスロット３１１Ａと第１種のスロット３１１Ｂとが、第１の方向（Ｙ方向）に沿って交互に配置されている。Ｙ方向に隣り合う２つの第１種のスロット３１１Ａおよび３１１Ｂは、１つの第２種のスロット３１２に接続されている。第１種のスロット３１１Ａよりも第１種のスロット３１１Ｂの方が給電部に近い。

【0088】

このように、基部３１１ａの深さをスロットによって変えることで、導波部材３２２上の導波路を伝搬する電磁波の位相を調整することができる。第１種のスロット３１１Ａ、３１１Ｂの構成は、基部３１１ａの深さが異なる点を除けば、第１の実施形態における第１種のスロット３１１の構成と同様である。第２種のスロット３１２の構成は、第１の実施形態における第２種のスロット３１２の構成と同様である。

【0089】

図１８は、第２の導電部材３２０およびその上の導波部材３２２および複数の導電性ロッド３２４を示す斜視図である。図１９は、第１種のスロット３１１、第２種のスロット３１２、導波部材３２２、および導電性ロッド３２４の配置関係を示す上面図である。本実施形態における導波部材３２２は、第１の実施形態における導波部材３２２よりも短い。図１７から図１９に示すように、本実施形態では、導波路の終端側における導波部材３２２の端部３２２ｅが、Ｈ形状の第２種のスロット３１２の横部分の直下付近に位置する。このように、導波部材３２２の長さを短くすることにより、終端側の放射素子からの放射量が少なくなるように調整することができる。

【0090】

以上の実施形態におけるスロットアレイアンテナは、Ｙ方向（第１の方向）に沿って並ぶ複数のスロットの列を１列のみ備えている。本開示はそのような構成に限定されず、第１の方向に交差する方向に並ぶ複数のスロット列を備えたスロットアレイアンテナを構成することができる。そのような構成により、２次元的に放射素子が配置されたアレイアンテナを実現することができる。

【0091】

図２０は、複数の放射素子が２次元的に並ぶスロットアレイアンテナの例を示す斜視図である。図２１は、スロットアレイアンテナ３００Ｂから第１の導電部材３１０を除去して第２の導電部材３２０が露出した構成を示す斜視図である。このスロットアレイアンテナ３００Ｂでは、第１の導電部材３１０が、Ｘ方向およびＹ方向に２次元的に並ぶ複数の第１種のスロット３１１を有する。第２の導電部材３２０は、Ｘ方向に並ぶ複数の導波部材３２２を有する。各導波部材３２２の両側に複数の導電性ロッド３２４の列が配置されている。各導波部材３２２の給電側の端部は、ポート３２７に接続されている。各ポート３２７は貫通孔であり、不図示のマイクロ波集積回路などの電子回路に接続される。そのような電子回路は、送信回路または受信回路として機能する。電子回路は、例えば図２１に示す第２の導電部材３２０の背面側に設けられ得る。各導波部材３２２上の導波路への給電については、様々な構成を採用することができる。それらの例は、例えば米国特許第１００４２０４５、米国特許第１００９０６００、米国特許第１０１５８１５８、国際特許出願公開第２０１８／２０７７９６、国際特許出願公開第２０１８／２０７８３８、米国特許出願第１６／１２１７６８に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

【0092】

図２２は、スロットアレイアンテナ３００Ｂの終端側の部分の断面構造を示す図である。図２２に示すように、Ｙ方向に並ぶ複数の第１種のスロット３１１は、図１７の例と同様、基部３１１ａの深さがスロットによって異なっている。１つの第２種のスロット３１２に接続される隣り合う２つの第１種のスロット３１１のうち、給電側の第１種のスロット３１１Ｂの基部３１１ａの深さの方が終端側の第１種のスロット３１１Ａの基部３１１ａの深さよりも大きい。Ｘ方向において隣り合う複数の第１種のスロットの基部３１１ａの深さはいずれも同じである。

【0093】

図２３は、第１の導電部材３１０の背面側の構造を示す斜視図である。図２３に示すように、複数の第２種のスロット３１２がＸ方向およびＹ方向に沿って２次元的に配置されている。給電側における５列の第２種のスロット３１２Ａ１、３１２Ａ２、３１２Ａ３、３１２Ａ４、３１２Ａ５の内側には、一対のリッジ部の端面が第２の導電性表面３１０ｂよりも奥に窪んだ凹部３１２ａ１、３１２ａ２、３１２ａ３が設けられている。図２３の例では、最も給電側に位置する２列の第２種のスロット３１２Ａ１、３１２Ａ２の凹部３１２ａ１の深さが最も大きく、次いで、３列目および４列目の第２種のスロット３１２Ａ３、３１２Ａ４の凹部３１２ａ２、５列目の第２種のスロット３１２Ａ５の凹部３１２ａ３の順に、終端側に近づくにつれてリッジ部の端面の位置が高くなっている。一方、終端側における４列の第２種のスロット３１２Ｂ１、３１２Ｂ２、３１２Ｂ３、３１２Ｂ４には凹部が設けられていない。

【0094】

第１の実施形態と同様に、本実施形態のスロットアレイアンテナにおいても、導波部材３２２によって規定される導波路と各第２種のスロット３１２との結合を調整することができる。例えば、コセカント２乗特性を実現することができる。

【0095】

本実施形態では、複数の第２種のスロット３１２の各々における一対のリッジ部の端面は、第２の導電性表面３１０ｂと同一の平面上または第２の導電性表面３１０ｂよりも奥にある。しかし、このような構造に限定されない。例えば、実施形態１と同様に、一部の第２種のスロット３１２の一対のリッジ部の端面が、第２の導電性表面３１０ｂから突出する凸部であってもよい。複数の第２種のスロット３１２の少なくとも１つにおいて、横部分および縦部分に隣接する位置に、適切な深さの凹部、または適切な高さの凸部を設けた構造により、要求される性能に応じて放射特性を調整することができる。

【0096】

なお、本実施形態における２次元に放射素子を並べた構成は、実施形態１および後述する他の実施形態の構造に適用することもできる。

【0097】

（実施形態３）
図２４Ａは、第３の実施形態におけるスロットアレイアンテナ３００Ｃの構造を模式的に示す斜視図である。図２４Ｂは、スロットアレイアンテナ３００Ｃにおける第１の導電部材３１０の正面側の構成を示す斜視図である。図２４Ｃは、第１の導電部材３１０の構造を示す透過斜視図である。図２４Ｄは、第１の導電部材３１０の背面側の構造を示す斜視図である。

【0098】

本実施形態におけるスロットアレイアンテナ３００Ｃでは、第１の導電部材３１０側に導波部材３２２および複数の導電性ロッド３２４が設けられている。前述の各実施形態では、導波部材３２２は、第２の導電部材３２０の第３の導電性表面３２０ａから突出するリッジ状の構造を有する。これに対し、本実施形態では、導波部材３２２は、第１の導電部材３１０の第２の導電性表面３１０ｂから突出するリッジ状の構造を有する。複数の導電性ロッド３２４も同様に、第２の導電性表面３１０ｂに接続されている。

【0099】

図２４Ａから図２４Ｃに示すように、本実施形態においても、複数の第１種のスロット３１１の各々の、第１の導電性表面３１０ａにおける開口が延びる方向は、第１の方向（Ｙ方向）に対して傾斜した第２の方向に配向している。図２４Ｄに示すように、導波部材（リッジ）３２２は、第３の導電性表面３２０ａに対向する導電性の導波面３２２ａを有し、Ｙ方向に沿って延びている。複数の導電性ロッド３２４は、導波部材３２２の周囲に配置され、導波面３２２ａに沿って伝搬する電磁波の漏洩を抑制する。本実施形態では、第２種のスロット３１２の横部分の位置で、導波部材３２２およびその導波面３２２ａが分断されている。言い換えれば、導波部材３２２は、互いに分離され同一の方向に延びる複数のリッジを含む。これらのリッジの端面間の間隙は、第２種のスロットの横部分に連続している。

【0100】

このような構造によれば、導波部材３２２における１つのリッジの導波面３２２ａに沿って伝搬する電磁波は、その一部が第２種のスロット３１２および２つの第１種のスロット３１１を介して外部空間に放射され、他の一部は、その先にある他のリッジに沿って伝搬する。本実施形態の構成によっても、前述の実施形態と同様、複数の第１種のスロット３１１から電磁波を放射することができる。

【0101】

以上の実施形態における第２種のスロット３１２は、いずれもＨ形状を有する。しかし、第２種のスロット３１２の形状はＨ形状に限定されない。以下、第２種のスロット３１２の他の形状の例を説明する。

【0102】

図２５Ａは、Ｚ形状を有する第２種のスロット３１２Ｚの例を示している。この第２種のスロット３１２Ｚは、アルファベットの「Ｚ」に類似する断面形状を有する。スロット３１２Ｚは、一方向に延びる横部分３１２ｄと、横部分３１２ｄの両端部に接続され、横部分３１２ｄに交差する方向に延びる２つの縦部分３１２ｅとを有する。横部分３１２ｄの両端部を起点とした場合に２つの縦部分３１２ｅが延びる方向は、互いに逆である。

【0103】

図２５Ｂは、Ｕ形状を有する第２種のスロット３１２Ｕの例を示している。この第２種のスロット３１２Ｕは、アルファベットの「Ｕ」に類似する断面形状を有する。スロット３１２Ｕも、一方向に延びる横部分３１２ｄと、横部分３１２ｄの両端部に接続され、横部分３１２ｄに交差する方向に延びる２つの縦部分３１２ｅとを有する。Ｚ形状のスロット３１２Ｚとは異なり、横部分３１２ｄの両端部を起点とした場合に２つの縦部分３１２ｅが延びる方向は、同一である。

【0104】

図２５Ｃは、Ｌ形状を有する第２種のスロット３１２Ｌの例を示している。この第２種のスロット３１２Ｌは、アルファベットの「Ｌ」に類似する断面形状を有する。スロット３１２Ｌは、一方向に延びる横部分３１２ｄと、横部分３１２ｄの一方の端部に接続され、横部分３１２ｄに交差する方向に延びる縦部分３１２ｅとを有する。この第２種のスロット３１２Ｌは、横部分３１２ｄに接続される縦部分３１２ｅを１つのみ有する点で、前述の各第２種のスロットとは異なる。このようなＬ形状の構造においても、第２種のスロット３１２Ｌを、隣り合う２つの第１種のスロット３１１に第１の導電部材３１０の内部で繋げた構造は可能である。例えば、図２５Ｄに示すように、第２種のスロット３１２Ｌの横部分３１２ｄと一方の第１種のスロット３１１が重なり、第２種のスロット３１２Ｌの縦部分３１２ｅと他方の第１種のスロット３１１が重なる構造を採用してもよい。図２５Ｄの構成では、複数の第１種のスロット３１１が配列される方向と、複数の第２種のスロット３１２が配列される方向とが一致しない。

【0105】

前述の各実施形態におけるＨ形状の第２種のスロット３１２の代わりに、図２５Ａから図２５Ｃに例示されるいずれかの第２種のスロットを用いてもよい。

【0106】

（実施形態４）
図２６Ａは、本開示の第４の実施形態によるスロットアレイアンテナ３００Ｄの構造を示す斜視図である。図２６Ｂは、スロットアレイアンテナ３００Ｄの内部構造を示す透過斜視図である。図２６Ｃは、第１種のスロット３１１と第２種のスロット３１２の配置関係を示す上面図である。

【0107】

本実施形態では、１つの第２種のスロット３１２が１つの第１種のスロット３１１に繋がっている点で、前述の各実施形態とは異なる。本実施形態における各第２種のスロット３１２は、楕円に近い形状を有する。各第２種のスロット３１２が延びる方向は、導波部材３２２が延びる第１の方向（Ｙ方向）に平行である。複数の第２種のスロット３１２の各々は、導波部材３２２の導波面の中心線に対して＋Ｘ方向または−Ｘ方向に変位している。このように、変位の方向は、Ｙ方向において隣り合う２つの第２種のスロット３１２で互いに反対である。このように、本実施形態における複数の第２種のスロット３１２の配列は、千鳥配列（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）である。第１種のスロット３１１の開口が延びる方向は、前述の各実施形態と同様、第１の方向に対して傾斜した第２の方向である。第２種のスロット３１２の各々は、第１の導電部材３１０の内部において、第１種のスロット３１１と接続する接続箇所を１つのみ有する。この接続箇所において、第１の導電部材３１０は貫通孔３１３を有する。

【0108】

図２７Ａは、本実施形態の変形例による第１の導電部材３１０の構造を示す斜視図である。図２７Ｂは、本変形例における第１の導電部材３１０を正面側から見た図である。図２７Ｃは、本変形例における第１の導電部材３１０を背面側から見た図である。この例では、各第１種のスロット３１１は基部３１１ａと溝部３１１ｂとを有する。溝部３１１ｂは、第１種のスロット３１１の内壁面に隣接する。隣り合う２つの第１種のスロット３１１において、溝部３１１ｂは、各スロットの中央部から互いに反対の方向に変位している。このような構造により、第２種のスロット３１２と第１種のスロット３１１との接続箇所を、第１の方向に一定の間隔で配列させることができ、良好な放射を実現することができる。

【0109】

本開示の実施形態におけるスロットアレイアンテナは、例えば無線通信システムに利用され得る。そのような無線通信システムは、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレイアンテナと、スロットアレイアンテナに接続された通信回路（送信回路または受信回路）とを備える。送信回路は、例えば、送信すべき信号を表す信号波をスロットアレイアンテナ内の導波路に供給するように構成され得る。受信回路は、スロットアレイアンテナを介して受信された信号波を復調してアナログまたはデジタルの信号として出力するように構成され得る。

【0110】

近年、マッシブＭＩＭＯと呼ばれる通信技術が知られている。マッシブＭＩＭＯは、場合によっては１００個以上のアンテナ素子を用いることによって通信容量の飛躍的な拡大を実現する技術である。マッシブＭＩＭＯによれば、同一の周波数帯を用いて多数のユーザーの同時接続が可能になる。マッシブＭＩＭＯは、２０ＧＨｚ帯などの、比較的高い周波数を利用する際に有用であり、第５世代移動通信システム（５Ｇ）などの通信に利用され得る。本開示の実施形態によるアンテナアレイは、このようなマッシブＭＩＭＯを用いる通信システムにおいて利用され得る。

【0111】

本開示の実施形態におけるスロットアレイアンテナは、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置またはレーダシステムにも用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレイアンテナと、当該スロットアレイアンテナに接続されたＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路とを備える。レーダシステムは、当該レーダ装置と、当該レーダ装置のマイクロ波集積回路に接続された信号処理回路とを備える。信号処理回路は、例えば、マイクロ波集積回路によって受信された信号に基づき、到来波の方位を推定する処理等を行う。信号処理回路は、例えば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などのアルゴリズムを実行して、到来波の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成され得る。信号処理回路は、さらに、公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成されていてもよい。

【0112】

本開示における「信号処理回路」の用語は、単一の回路に限られず、複数の回路の組み合わせを概念的に１つの機能部品として捉えた態様も含む。信号処理回路は、１個または複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）によって実現されてもよい。例えば、信号処理回路の一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であってもよい。その場合、信号処理回路は、複数の演算素子（例えば汎用ロジックおよびマルチプライヤ）および複数のメモリ素子（例えばルックアップテーブルまたはメモリブロック）を含む。または、信号処理回路は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であってもよい。信号処理回路は、プロセッサコアとメモリとを含む回路であってもよい。これらは信号処理回路として機能し得る。

【0113】

本開示の実施形態におけるアンテナ装置と、小型化が可能なＷＲＧ構造とを組み合わせた場合、従来の中空導波管を用いた構成と比較して、アンテナ素子が配列される面の面積を小さくすることができる。このため、当該アンテナ装置を搭載したレーダシステムを、狭小な場所にも容易に搭載することができる。レーダシステムは、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。

【0114】

本開示の実施形態におけるスロットアレイアンテナは、さらに、屋内測位システム（ＩＰＳ：Ｉｎｄｏｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）におけるアンテナとしても利用することができる。屋内測位システムでは、建物内にいる人、または無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体の位置を特定することができる。スロットアレイアンテナはまた、店舗または施設に来場した人が有する情報端末（スマートフォン等）に情報を提供するシステムにおいて用いられる電波発信機（ビーコン）に用いることもできる。そのようなシステムでは、ビーコンは、例えば数秒に１回、ＩＤなどの情報を重畳した電磁波を発する。その電磁波を情報端末が受信すると、情報端末は、通信回線を介して遠隔地のサーバコンピュータに、受け取った情報を送信する。サーバコンピュータは、情報端末から得た情報から、その情報端末の位置を特定し、その位置に応じた情報（例えば、商品案内またはクーポン）を、当該情報端末に提供する。

【0115】

ＷＲＧ構造を有するスロットアレイアンテナを備えたレーダシステム、通信システム、および各種監視システムの応用例が、例えば米国特許第９７８６９９５号明細書および米国特許第１００２７０３２号明細書に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。本開示のスロットアレイアンテナは、これらの文献に開示された各応用例に適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0116】

本開示のスロットアレイアンテナは、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型および高利得のアンテナが要求される各種のシステムの構築に用いられ得る。そのようなシステムの例としては、車載レーダシステム、各種の監視システム、屋内測位システム、およびＭａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯなどの無線通信システム等に好適に用いられ得る。

【符号の説明】

【0117】

１００ 導波路装置
１１０、１２０ 導電部材
１１０ａ、１１０ｂ 導電部材の導電性表面
１１２ スロット
１２２ 導波部材
１２２ａ 導波部材の導波面
１２４ 導電性ロッド
１２４ａ 導電性ロッドの先端部
１２４ｂ 導電性ロッドの基部
１２５ 人工磁気導体の表面
１２６ 中空導波管
１２７ 貫通孔（ポート）
２００ スロットアレイアンテナ
３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ スロットアレイアンテナ
３１０ 第１の導電部材
３１０ａ 第１の導電性表面
３１０ｂ 第２の導電性表面
３１１、３１１Ａ、３１１Ｂ 第１種のスロット
３１１ａ 第１種のスロットの基部
３１２、３１２Ａ、３１２Ｂ 第２種のスロット
３１２ａ 凹部
３１２ｂ 凸部
３１２ｃ 第２種のスロットのリッジ部
３１２ｄ 第２種のスロットの横部分
３１２ｅ 第２種のスロットの縦部分
３１３ 貫通孔
３２０ 第２の導電部材
３２０ａ 第３の導電性表面
３２２ 導波部材
３２４ 導電性ロッド
４００ 電子回路
５３０ 中空導波管
５３２ 中空導波管の内部空間

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図25D】

【図26A】

【図26B】

【図26C】

【図27A】

【図27B】

【図27C】