特許 6476263 スロットアレーアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6476263

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】スロットアレーアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/10 20060101AFI20190218BHJP

   H01P 3/123 20060101ALI20190218BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20190218BHJP

   G01S 13/93 20060101ALI20190218BHJP

   G01S 7/02 20060101ALN20190218BHJP

   G01S 13/34 20060101ALN20190218BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/10

   H01P3/123

   H01Q21/06

   G01S13/93 220

   !G01S7/02 212

   !G01S13/34

【請求項の数】32

【全頁数】101

(21)【出願番号】特願2017-209612(P2017-209612)

(22)【出願日】2017年10月30日

(62)【分割の表示】特願2017-516973(P2017-516973)の分割

【原出願日】2016年11月4日

(65)【公開番号】特開2018-61261(P2018-61261A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2017年10月30日

(31)【優先権主張番号】特願2015-217657(P2015-217657)

(32)【優先日】2015年11月5日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2016-174841(P2016-174841)

(32)【優先日】2016年9月7日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232302

【氏名又は名称】日本電産株式会社

(73)【特許権者】

【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】加茂 宏幸

【審査官】 西村 純

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００８／０６５８５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特許第５５１４７３１（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特表２０１１−５２７１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０８１８０７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

Ｈ０１Ｐ １／００−１１／００

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／６４

Ｇ０１Ｓ １３／００−１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める複数の凸部を、前記導電性表面および／または前記導波面に有し、
前記複数の凸部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の凸部、第２の凸部、および第３の凸部を含み、
前記第１の凸部と前記第２の凸部との中心間距離は、前記第２の凸部と前記第３の凸部との中心間距離とは異なり、
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の凸部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、
スロットアレーアンテナ。

【請求項2】

前記複数のスロットは、縦部分と該縦部分に繋がる横部分からなる形状のスロットを含む、請求項１に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項3】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の凸部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の凸部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
請求項１または２に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項4】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の凸部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、請求項１から３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項5】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
請求項１から４のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項6】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の凸部と前記第２の凸部との中心間距離、および前記第２の凸部と前記第３の凸部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
請求項１から５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項7】

導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を広げる複数の幅広部を、前記導波面に有し、
前記複数の幅広部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の幅広部、第２の幅広部、および第３の幅広部を含み、
前記第１の幅広部と前記第２の幅広部との中心間距離は、前記第２の幅広部と前記第３の幅広部との中心間距離とは異なり、
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の幅広部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、
スロットアレーアンテナ。

【請求項8】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の幅広部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の幅広部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
請求項７に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項9】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の幅広部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、請求項７または８に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項10】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
請求項７から９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項11】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の幅広部と前記第２の幅広部との中心間距離、および前記第２の幅広部と前記第３の幅広部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
請求項７から１０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項12】

導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を狭める複数の狭小部を、前記導波面に有し、
前記複数の狭小部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の狭小部、第２の狭小部、および第３の狭小部を含み、
前記第１の狭小部と前記第２の狭小部との中心間距離は、前記第２の狭小部と前記第３の狭小部との中心間距離とは異なり、
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の狭小部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、
スロットアレーアンテナ。

【請求項13】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の狭小部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の狭小部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
請求項１２に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項14】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の狭小部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、請求項１２または１３に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項15】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
請求項１２から１４のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項16】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の狭小部と前記第２の狭小部との中心間距離、および前記第２の狭小部と前記第３の狭小部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
請求項１２から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項17】

導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のキャパシタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含み、
前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所、第２の箇所、および第３の箇所を含み、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離は、前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離とは異なり、
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の箇所のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、
スロットアレーアンテナ。

【請求項18】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の箇所は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の箇所は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
請求項１７に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項19】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の箇所の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、請求項１７または１８に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項20】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
請求項１７から１９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項21】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離、および前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
請求項１７から２０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項22】

導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のインダクタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含み、
前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所、第２の箇所、および第３の箇所を含み、
前記第１箇所と前記第２箇所との中心間距離は、前記第２箇所と前記第３箇所との中心間距離とは異なり、
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の箇所のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、
スロットアレーアンテナ。

【請求項23】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の箇所は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の箇所は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
請求項２２に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項24】

前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の箇所の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、請求項２２または２３に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項25】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
請求項２２から２４のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項26】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離、および前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
請求項２２から２５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項27】

前記導波面は、前記複数のスロットに対向する平坦部分を有している、請求項１から２６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項28】

前記導波部材を含む複数の導波部材を備え、
前記導電部材は、前記複数のスロットによって構成されるスロット列を含む複数のスロット列を有し、
前記複数のスロット列の各々は、前記第１の方向に配列された複数のスロットを含み、
前記複数の導波部材の導波面は、前記複数のスロット列にそれぞれ対向し、
前記複数のスロット列および前記複数の導波部材は、前記第１の方向と交差する第２の方向に並ぶ、
請求項１から２７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項29】

前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記人工磁気導体は、各々が、前記導電性表面に対向する先端部と、前記他の導電性表面に接続された基部とを持つ複数の導電性ロッドを有する、
請求項１から２８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項30】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の方向および前記複数の導電性ロッドの前記基部から前記先端部に向かう方向の両方に垂直な方向における、前記導波部材の幅、各導電性ロッドの幅、および隣り合う２つの導電性ロッドの間の空間の幅、ならびに前記複数の導電性ロッドの各々の前記基部から前記導電性表面までの距離は、λｏ／２未満である、請求項２９に記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項31】

前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離は、λｏよりも短い、請求項１から３０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【請求項32】

請求項１から３１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナと、
前記スロットアレーアンテナに接続されたマイクロ波集積回路と、
を備えるレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スロットアレーアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

線上または面上に複数のアンテナ素子（以下、「放射エレメント」とも称する。）が配列されたアレーアンテナが、様々な用途、例えばレーダおよび通信システムに利用されている。アレーアンテナから電磁波を放射するには、電磁波を生成する回路から各アンテナ素子に電磁波（例えば高周波の信号波）を供給（給電）する必要がある。このような給電は、導波路を介して行われる。導波路は、アンテナ素子で受けた電磁波を受信回路に送るためにも用いられる。

【0003】

従来、アレーアンテナへの給電には、マイクロストリップ線路が用いられることが多かった。しかし、アレーアンテナによって送信または受信する電磁波の周波数が、例えば３０ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超える高い周波数である場合、マイクロストリップ線路の誘電体損失が大きくなり、アンテナの効率が低下する。このため、このような高周波領域では、マイクロストリップ線路に代わる導波路が必要になる。

【0004】

マイクロストリップ線路の代わりに導波管を用いて各アンテナ素子への給電を行えば、３０ＧＨｚを超える周波数領域でも損失を低減できることが知られている。導波管は、中空導波管（ｈｏｌｌｏｗ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）とも呼ばれ、円形または方形の断面を持つ金属製の管である。導波管の内部では、管の形状およびサイズに応じた電磁界モードが形成される。このため、電磁波は特定の電磁界モードで管内を伝搬することができる。管の内部は中空であるため、伝搬すべき電磁波の周波数が高くなっても誘電体損失の問題は生じない。しかしながら、導波管を用いてアンテナ素子を高密度に配置することは困難である。なぜなら、導波管の中空部分は、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要があり、また、導波管の管(金属壁)そのものの厚さを確保する必要もあるからである。

【0005】

特許文献１から３、ならびに非特許文献１および２は、それぞれ、リッジ型導波路の両側に配置された人工磁気導体（ＡＭＣ: Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用して電磁波の導波を行う導波構造を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１０／０５０１２２号

【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

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Kirino et al., "A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna Using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 60, No. 2, February 2012, pp 840-853

【非特許文献2】Kildal et al., "Local Metamaterial-Based Waveguides in Gaps Between Parallel Metal Plates", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 8, 2009, pp84-87

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本願の発明者の一人は、人工磁気導体を利用したリッジ型導波路を利用してアンテナアレイを構成することを着想し、特許文献１に開示した。しかし、そのスロットアレーアンテナでは、複数のアンテナ素子に、目的に応じた適正な放射を行わせることができなかった。本開示の実施形態は、従来のマイクロストリップ線路および導波管に代わる導波路構造を備え、かつ、複数のアンテナ素子に目的に応じた適正な放射を行わせることのできるスロットアレー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ーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める複数の凸部を、前記導電性表面または前記導波面に有する。前記複数の凸部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の凸部、第２の凸部、および第３の凸部を含む。前記第１の凸部と前記第２の凸部との中心間距離は、前記第２の凸部と前記第３の凸部との中心間距離とは異なっている。

【0010】

本開示の他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を拡大する複数の凹部を、前記導電性表面または前記導波面に有する。前記複数の凹部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の凹部、第２の凹部、および第３の凹部を含む。前記第１の凹部と前記第２の凹部との中心間距離は、前記第２の凹部と前記第３の凹部との中心間距離とは異なっている。

【0011】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を広げる複数の幅広部を、前記導波面に有する。前記複数の幅広部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の幅広部、第２の幅広部、および第３の幅広部を含む。前記第１の幅広部と前記第２の幅広部との中心間距離は、前記第２の幅広部と前記第３の幅広部との中心間距離とは異なっている。

【0012】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を狭める複数の狭小部を、前記導波面に有する。前記複数の狭小部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の狭小部、第２の狭小部、および第３の狭小部を含む。前記第１の狭小部と前記第２の狭小部との中心間距離は、前記第２の狭小部と前記第３の狭小部との中心間距離とは異なっている。

【0013】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と
、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のキャパシタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含む。前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所、第２の箇所、および第３の箇所を含む。前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離は、前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離とは異なっている。

【0014】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のインダクタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含む。前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１箇所、第２箇所、および第３箇所を含む。前記第１箇所と前記第２箇所との中心間距離は、前記第２箇所と前記第３箇所との中心間距離とは異なっている。

【0015】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、自由空間中における中心波長がλｏである帯域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スロットアレーアンテナであって、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のインダクタンスおよびキャパシタンスのうちの少なくとも一方が極小を示す少なくとも１つの極小箇所、および、極大を示す少なくとも１つの極大箇所を含み、前記少なくとも１つの極小箇所および前記少なくとも１つの極大箇所は、前記第１の方向に並んでおり、前記少なくとも１つの極小箇所は、１．１５λｏ／８よりも隔たって前記極大箇所の１つと隣り合う、第１種の極小箇所を含む。

【0016】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、自由空間中における中心波長がλｏである帯域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。前記スロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波面の幅はλｏ／２未満である。前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、付加要素を、前記導電性表面および前記導波面の少なくとも一方に有する。前記付加要素は、第１種の付加要素および第２種の付加要素の少なくとも一方を含む。前記第１種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める凸部、または隣り合う部位よりも前記導波面の幅を広げる幅広部である。前記第２種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を広げる凹部、または隣り合う部位よりも前記導波面の幅を狭める狭小部である。（ａ）前記第１種の付加要素は、前記第２種の付加要素、または前記付加要素が配置されていない中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記第１種の付加要素の中心位置と、前記第２種の付加要素または前記中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、または、（ｂ）前記第２種の付加要素は、前記第１種の付加要素、または前記付加要素が配置されていない中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記第１種の付加要素の中心位置と、前記第２種の付加要素または前記中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている。

【0017】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、自由空間中における中心波
長がλｏである帯域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。前記スロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波面の幅はλｏ／２未満である。前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、付加要素を、前記導電性表面および前記導波面の少なくとも一方に有する。前記複数の付加要素は、第３種の付加要素および第４種の付加要素の少なくとも一方を含む。前記第３種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める凸部であって、かつ隣り合う部位よりも前記導波面の幅が狭い。前記第４種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を広げる凹部であって、かつ隣り合う部位よりも前記導波面の幅が広い。（ｃ）前記第３種の付加要素は、前記第４種の付加要素、または前記付加要素が配置されていない中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記第３種の付加要素の中心位置と、前記第４種の付加要素または前記中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、または、（ｄ）前記第４種の付加要素は、前記第３種の付加要素、または前記付加要素が配置されていない中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記第４種の付加要素の中心位置と、前記第３種の付加要素または前記中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている。

【0018】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離の１／２以上の周期で変動している。

【0019】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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。前記スロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波面の幅は、λｏ未満である。前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、１．１５λｏ／４よりも長い周期で変動している。

【0020】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏである帯域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。前記スロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波面の幅は、λｏ未満である。前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方を、隣り合う部位から変化させる複数の付加要素を、前記導波面または前記導電性表面に有する。前記複数の付加要素が存在しない場合に、波長λｏの電磁波が、前記導電部材と前記導波部材との間の導波路を伝搬する際の波長をλ_Rとするとき、前記導電性表面
と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、λ_R／４よりも長い周期で変動している。

【0021】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面と前記導波面との間の導波路におけるキャパシタンスおよびインダクタンスの少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離の１／２以上の周期で変動している。

【0022】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導電性表面と前記導波面との間隔は、前記第１の方向に沿って変動している。前記導電部材と前記導波部材との間の導波路は、前記導電性表面と前記導波面との間隔が異なる少なくとも３つの箇所を有する。

【0023】

本開示のさらに他の態様に係るスロットアレーアンテナは、導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側の人工磁気導体と、を備える。前記導波面の幅は、前記第１の方向に沿って変動している。前記導波面は、前記幅が異なる少なくとも３つの箇所を有する。

【0024】

これらの一般的および特定の態様は、システム、方法、およびコンピュータプログラム、ならびにシステム、方法、およびコンピュータプログラムの任意の組み合わせを用いて実現され得る。

【0025】

本開示の実施形態のさらなる利益および利点は、明細書および図面から明らかになるであろう。この利益および／または利点は、種々の実施形態と、明細書および図面に開示された事項によって個別に提供され得る。１以上の同様のものを得るために、全てが設けられている必要はない。

【発明の効果】

【0026】

本開示の実施形態によると、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ため、各アンテナ素子の位置で所望の励振状態を実現することができる。このため、複数のアンテナ素子に、目的に応じた適正な放射を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】図１は、リッジ導波路を有するスロットアレーアンテナ２０１の構成例を模式的に示す斜視図である。

【図2A】図２Ａは、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。

【図2B】図２Ｂは、本開示の他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。

【図2C】図２Ｃは、本開示のさらに他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。

【図2D】図２Ｄは、本開示のさらに他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。

【図2E】図２Ｅは、特許文献１に開示されたスロットアレーアンテナに類似する構造を備えたスロットアレーアンテナを模式的に示す断面図である。

【図3A】図３Ａは、図２Ｂに示す構成における隣接する２つのスロット１１２の間のキャパシタンスのＹ方向の依存性を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、図２Ｅに示す構成における隣接する２つのスロット１１２の間のキャパシタンスのＹ方向の依存性を示す図である。

【図4】図４は、リッジ１２２の上面（導波面）の高さを滑らかに変動させた構成例を示す図である。

【図5A】図５Ａは、本開示の他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図5B】図５Ｂは、本開示のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図5C】図５Ｃは、本開示のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図5D】図５Ｄは、本開示のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナ２００の構成を模式的に示す斜視図である。

【図7A】図７Ａは、ＸＺ面に平行な、１つのスロット１１２の中心を通る断面の構成を模式的に示す図である。

【図7B】図７Ｂは、ＸＺ面に平行な、１つのスロット１１２の中心を通る断面の構成の他の例を模式的に示す図である。

【図8】図８は、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にあるスロットアレーアンテナ２００を模式的に示す斜視図である。

【図9】図９は、図７Ａ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10】図１０は、理想的な定在波直列給電がなされているアレーアンテナの一例を示す原理図である。

【図11】図１１は、図１０に示すアレーアンテナにおいて、アンテナ入力端子側（図１０の左側）から見た各点でのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。

【図12】図１２は、放射エレメントの両端の電圧に着目した場合の図１０のアレーアンテナの等価回路を示す図である。

【図13A】図１３Ａは、特許文献１に開示された構造に類似する構造を備えたアレーアンテナ４０１の一例（比較例）を示す斜視図である。

【図13B】図１３Ｂは、特許文献１に開示された構造に類似する構造を備えたアレーアンテナ４０１の一例（比較例）を示す断面図である。

【図14A】図１４Ａは、実施形態１におけるアレーアンテナ５０１を示す斜視図である。

【図14B】図１４Ｂは、実施形態１におけるアレーアンテナ５０１を示す断面図である。

【図15】図１５は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す直列給電アレーアンテナの等価回路を示している。

【図16】図１６は、図１５に示す等価回路の点０〜１６のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。

【図17】図１７は、図１４Ａおよび図１４Ｂに示す直列給電によるアレーアンテナの等価回路を示す図である。

【図18】図１８は、図１７に示す等価回路における点０〜１４のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。

【図19A】図１９Ａは、実施形態２におけるアレーアンテナ１００１の構造を示す斜視図である。

【図19B】図１９Ｂは、図１９Ａに示すアレーアンテナを、複数の放射スロット１１２の各々の中心およびリッジ１２２の中心を通る平面で切断した場合の断面図である。

【図20】図２０は、実施形態２における定在波直列給電が適用されたアレーアンテナの等価回路を示す図である。

【図21】図２１は、図２０に示す等価回路の点０〜１０のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。

【図22A】図２２Ａは、本開示の他の実施形態を示す模式断面図である。

【図22B】図２２Ｂは、本開示のさらに他の実施形態を示す模式断面図である。

【図23A】図２３Ａは、本開示のさらに他の実施形態を示す図である。

【図23B】図２３Ｂは、本開示のさらに他の実施形態を示す図である。

【図24A】図２４Ａは、ホーンを有するスロットアンテナ２００の構成例を示す斜視図である。

【図24B】図２４Ｂは、図２４Ａに示す第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０のそれぞれを＋Ｚ方向からみた上面図である。

【図25A】図２５Ａ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。

【図25B】図２５Ｂは、導波部材１２２が第２の導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。

【図25C】図２５Ｃは、第２の導電部材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25D】図２５Ｄ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25E】図２５Ｅ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を有する構造の他の例を示す図である。

【図25F】図２５Ｆ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、第１の導電部材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25G】図２５Ｇは、図２５Ｆの構造において、更に、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26A】図２６Ａは、第１の導電部材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26B】図２６Ｂは、さらに、第２の導電部材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27】図２７は、第２の導電部材１２０上において２個の導波部材１２２が平行に延びる形態を示す斜視図である。

【図28A】図２８Ａは、１６個のスロットが４行４列に配列されたアレーアンテナのＺ方向からみた上面図である。

【図28B】図２８Ｂは、図２８ＡのＢ−Ｂ線断面図である。

【図29A】図２９Ａは、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。

【図29B】図２９Ｂは、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕの平面レイアウトの他の例を示す図である。

【図30】図３０は、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。

【図31A】図３１Ａは、スロットの形状の他の例を示す図である。

【図31B】図３１Ｂは、スロットの形状の他の例を示す図である。

【図31C】図３１Ｃは、スロットの形状の他の例を示す図である。

【図31D】図３１Ｄは、スロットの形状の他の例を示す図である。

【図32】図３２は、図３１Ａから図３１Ｄに示す４種類のスロット１１２ａ〜１１２ｄを、導波部材１２２上に配置した場合の平面レイアウトを示す図である。

【図33】図３３は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す図である。

【図34】図３４は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す図である。

【図35A】図３５Ａは、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋとの関係を示す図である。

【図35B】図３５Ｂは、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示す図である。

【図36】図３６は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。

【図37】図３７は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。

【図38】図３８は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。

【図39】図３９は、応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。

【図40】図４０は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示す図である。

【図41】図４１は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示す図である。

【図42】図４２は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示す図である。

【図43】図４３は、３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の関係を示す図である。

【図44】図４４は、複素平面上の合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の関係を示す図である。

【図45】図４５は、変形例による相対速度および距離を求める処理の手順を示すフローチャートである。

【図46】図４６は、スロットアレーアンテナを有するレーダシステム５１０、およびカメラ７００を備えるフュージョン装置に関する図である。

【図47】図４７は、ミリ波レーダ５１０とカメラ７００を車室内のほぼ同じ位置に置くことで、それぞれの視野・視線が一致し、照合処理が容易になることを示す図である。

【図48】図４８は、ミリ波レーダによる監視システム１５００の構成例を示す図である。

【図49】図４９は、デジタル式通信システム８００Ａの構成を示すブロック図である。

【図50】図５０は、電波の放射パターンを変化させることのできる送信機８１０Ｂを含む通信システム８００Ｂの例を示すブロック図である。

【図51】図５１は、ＭＩＭＯ機能を実装した通信システム８００Ｃの例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

＜本開示の基礎となった知見＞
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

【0029】

アンテナおよび導波路の薄型化が求められる用途（例えば車載ミリ波レーダの用途）では、薄型化に適したアレーアンテナが広く採用されている。アレーアンテナに求められる性能には、利得と指向特性とがある。利得はレーダの検出距離を決定する。指向特性は、検出領域、角度分解能、およびイメージ抑圧度を決定する。アレーアンテナの各アンテナ素子（放射エレメント）には、給電路を介して信号波（例えば高周波の信号波）が供給される。信号波の供給方法は、アレーアンテナに求められる性能によって異なる。例えば、利得を最大化することを目的とする場合、給電路上に定在波を形成し、給電路に直列に挿
入されたアンテナ素子に高周波信号を与える方式（以下、「定在波直列給電」と称する。）が利用され得る。

【0030】

前述の特許文献１および非特許文献１に開示されているリッジ導波路は、人工磁気導体として機能し得るワッフルアイアン構造中に設けられている。このような人工磁気導体を、本開示に基づいて利用するリッジ導波路（以下、ＷＲＧ：Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅと称する場合がある。）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。

【0031】

図１は、リッジ導波路を有するスロットアレーアンテナ２０１の構成例を模式的に示す斜視図である。図示されるスロットアレーアンテナ２０１は、第１の導電部材１１０と、これに対向する第２の導電部材１２０とを備えている。第１の導電部材１１０の表面は導電性の材料で構成される。第１の導電部材１１０は、放射エレメントとして、複数のスロット１１２を有している。第２の導電部材１２０の上には、複数のスロット１１２からなるスロット列に対向する導電性の導波面１２２ａを有する導波部材（リッジ）１２２と、複数の導電性ロッド１２４とが設けられている。複数の導電性ロッド１２４は、導波部材１２２の両側に配置され、第２の導電部材１２０の導電性表面とともに人工磁気導体を形成する。電磁波は人工磁気導体と第１の導電部材１１０の導電性表面との間の空間を伝搬できない。このため、電磁波（信号波）は、導波面１２２ａと第１の導電部材１１０の導電性表面との間に形成される導波路を伝搬しながら、各スロット１１２を励振する。これにより、各スロット１１２から電磁波が放射される。以下の説明では、リッジ１２２の幅方向をＸ軸方向とし、リッジ１２２が延びる方向をＹ軸方向とし、リッジ１２２の上面である導波面１２２ａに垂直な方向をＺ軸方向とする直交座標系を用いる。

【0032】

図１に示す構成では、導波部材１２２は平坦な導波面１２２ａを有する。このような構成に対し、特許文献１は、導波面１２２ａの高さまたは幅をリッジ１２２が延びる方向に沿って波長に比べて十分に短い周期で変化させた構成を開示している。このような構成により、給電路の特性インピーダンスを変化させ、導波路内での信号波の波長を短縮できることが開示されている。

【0033】

しかしながら、本発明者らは、このような従来のリッジ導波路では、目的とするアンテナ特性を得ることが困難であることを見出した。まず、この課題について説明する。以下の説明において、「アンテナ素子」または「放射エレメント」の用語は、一般的なアレーアンテナを説明するときに用いられる。一方、「放射スロット」（単に「スロット」とも称する。）の用語は、本開示によるスロットアレーアンテナまたはその実施形態を説明するときに用いられる。また、「スロットアレーアンテナ」とは、放射エレメントとして複数のスロットを備えたアレーアンテナを意味する。スロットアレーアンテナを「スロットアンテナアレイ」と称する場合もある。

【0034】

アレーアンテナにおいては、目的によって各放射エレメントを励振させる方法が異なる。例えば、ＷＲＧ導波路を用いたレーダ装置では、レーダ効率を最大にする、あるいはレーダ効率を犠牲にしてサイドローブを低減する、といった目標となるレーダ特性に応じて、各放射エレメントの励振方法が異なる。ここでは、一例として、レーダ効率を最大化するために、アレーアンテナの利得を最大化するための設計方法を説明する。アレーアンテナの利得を最大化するためには、アレーを構成する放射エレメントの配置密度を最大化し、全ての放射エレメントを等振幅かつ等位相で励振すればよいことが知られている。これを実現するためには、例えば前述の定在波直列給電が用いられる。定在波直列給電とは、「定在波が形成されている線路上の一波長離れた位置では電圧および電流が同じである」という性質を利用して、アレーアンテナの全ての放射エレメントを等振幅かつ等位相で励
振する給電法である。

【0035】

ここで、一般的な定在波直列給電の設計手順を説明する。まず、給電線路の両端の少なくとも一方で電磁波（信号波）を全反射させ、給電線路上に定在波が形成されるように導波路を構成する。次に、給電線路上で一波長ずつ離れた、定在波電流の振幅が最大になる複数の位置に、定在波に大きな影響を与えない程度に小さい同一のインピーダンスを有する複数の放射エレメントを線路に直列に挿入する。これにより、定在波直列給電による等振幅かつ等位相の励振が実現する。

【0036】

このように、定在波直列給電の原理は理解し易い。しかし、このような構成を、ＷＲＧを用いたアレーアンテナに適用しても、等振幅かつ等位相の励振は実現されないことが判明した。本発明者らの検討によれば、全ての放射エレメントを等振幅かつ等位相で励振するためには、ＷＲＧ上に他の部分とはキャパシタンスまたはインダクタンスの異なる部分（例えば、高さまたは幅が他の部分とは異なる部分）を設けて、ＷＲＧを伝搬する信号波の位相を調整することが必要となることがわかった。このような位相の調整は、全ての放射エレメントを等振幅かつ等位相で励振する場合に限らず、例えば効率を犠牲にしてサイドローブを低減する等の他の目的を実現する場合にも必要である。例えば、各スロットの位置で所望の励振状態が実現するように、隣り合う放射エレメント間で位相および振幅に差を与える等の調整が行われ得る。また、定在波給電を選択する場合のみならず、進行波給電を選択する場合も、同様の位相の調整が必要になる。

【0037】

しかしながら、前述の特許文献１に開示されている従来のＷＲＧを用いたアレーアンテナでは、同一の凹部（切込）または幅広の部分が一定の短い周期で線路全体に配置されているだけで、信号波の位相を調整するための構造は設けられていない。より具体的には、特許文献１に開示された構成では、凹部も幅広の部分も設けられていない状態における導波路内での信号波の波長をλ_Rとして、λ_R／４未満の周期で凹部または幅広の部分が周期的に配置されている。このような構造は、分布定数回路としての伝送線路上の特性インピーダンスを変化させ、結果として導波路内での信号波の波長を短縮させる。しかし、各スロットの励振状態を、目的とするアンテナ特性に応じて調整することができない。

【0038】

その理由は、特許文献１に開示されているリッジ導波路の上に複数のスロットを配置してスロットアレーアンテナを構成する場合、スロットのインピーダンスが導波路を伝搬する信号波の波形を大きく歪める程に大きいからであると推定される。そのため、特許文献１に開示された微細な周期構造を採用した場合、複数のスロットの各々から放射される電磁波の強度および位相を、目的に応じて調整することができない。このことは、ＷＲＧを用いたレーダ装置において、目標のレーダ特性（例えば、効率を最大にする、あるいは、効率を犠牲にしてサイドローブを低減する等の特性）を得るためには、導波路とスロットとを独立に設計できない（即ち、双方を同時に最適化する必要がある）ことを意味する。本発明者の一人が特許文献１の発明を出願した際には、スロットのインピーダンスがそのような影響を与えることは、全く認識されていなかった。

【0039】

本件発明を成すに当たって、本発明者らは、隣接する２つのスロットの間において、凹部または凸部などの付加要素を、伝送線路に沿ってλ_R／４未満の短い周期で一様に分布
させるのではなく、λ_R／４よりも長い配置間隔で複数の付加要素が配置された領域を部
分的に導入することを検討した。本発明者らは、さらに、隣接する２つのスロットの間において、凹部または凸部などの付加要素を、伝送線路に沿って非周期的に配置することを検討した。本発明者らはまた、導電部材と導波部材との間隔および／または導波部材の導波面の幅（インダクタンスおよび／またはキャパシタンス）を、導波面に沿って３段階以上に変化させた構造を検討した。それにより、導波路内での信号波の波長の調整と、スロットにおける信号波の強度および伝搬する信号波の位相の調節を行うことに成功した。λ
_Rは自由空間における波長λｏよりも長いが、１．１５λｏ未満である。よって、上記の
「λ_R／４よりも長い配置間隔」とは、「１．１５λｏ／４よりも長い配置間隔」と読み
替えることもできる。なお、上記の配置間隔がλ_R／４よりも大きいものの、その差が小
さい場合は、伝搬する信号波の位相の調節量が十分には得られない場合もある。その様な場合は、１．５λｏ／４以上の配置間隔で付加要素を配置した部位を導入する。

【0040】

本明細書において、「付加要素」とは、インダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも一方を局所的に変化させる伝送線路上の構造を意味する。本明細書において、「インダクタンス」および「キャパシタンス」とは、伝送線路に沿った方向（すなわち、スロット列の配列方向）について、自由空間波長λｏの１０分の１以下の単位長さあたりのインダクタンスおよびキャパシタンスの値をそれぞれ意味する。付加要素は、凹部または凸部に限らず、例えば導波面の幅が隣接する他の部分よりも大きい「幅広部」、または幅が隣接する他の部分よりも小さい「狭小部」であってもよい。あるいは、誘電率が他の部分とは異なる材料で形成された部分であってもよい。そのような付加要素は、典型的には導波部材（例えば導電部材上のリッジ）が有する導電性の導波面に設けられるが、導波面に対向する導電部材の導電性表面に設けられていてもよい。

【0041】

ここで、図２Ａから図２Ｅを参照しながら、本開示の例示的な実施形態の構成を、特許文献１の構成と対比して説明する。

【0042】

図２Ａは、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。このスロットアレーアンテナは、導波部材１２２の構造が異なる点を除けば、図１に示す構成と同様の構成を有する。図２Ａは、図１における複数のスロット１１２の中心を通るＹＺ面に平行な平面でスロットアレーアンテナを切断した場合の断面図に相当する。このスロットアレーアンテナは、第１の方向（Ｙ方向とする）に配列された複数のスロット１１２（スロット列）を有する第１の導電部材１１０と、それに対向する第２の導電部材１２０と、第２の導電部材１２０上の導波部材（リッジ）１２２とを備える。図１に示す例とは異なり、リッジ１２２上には、複数の凹部が設けられている。凹部の位置には、複数のスロット１１２の位置での信号波の位相を変化させて、目的に適う特性が得られる位置が選択された。この例では、凹部１２２ｃ１、１２２ｃ２の位置は、隣接する２つのスロット１１２の中点に対向する位置に対して対称な２つの位置であるが、後述するように他の位置であってもよい。

【0043】

図２Ａに示す構成において、凹部１２２ｃ１は凸部１２２ｂ１および１２２ｂ２と隣り合っている。凹部１２２ｃ１の中央部と凸部１２２ｂ１の中央部とのＹ方向の距離ｂは、このスロットアレーアンテナで送信または受信される周波数帯の電磁波（電波）の中心周波数に対応する自由空間波長λｏの１．１５／８よりも長い。より好ましくは、λｏの１．５／８倍以上である。言い換えれば、複数の凹部のうち、凸部１２２ｂ１の両側にある隣り合う２つの凹部１２２ｃ１、１２２ｃ４の中心間の距離は１．１５λｏ／４よりも長い。ここで、隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離をａとする。距離ａは、例えば、導波路を伝搬する電磁波の波長λｇと同程度の長さに設計され得る。波長λｇは、付加要素を配置することによって前述の波長λ_Rから変化した波長である。設計によって異
なるが、λｇは、例えばλ_Rよりも短い。その場合、ａ＜λ_Rとなるため、凸部１２２ｂ１の両側の隣り合う２つの凹部１２２ｃ１、１２２ｃ４の中心間の距離（＞λ_R／４）は、
距離ａの１／４よりも長い。なお、図２Ａの構成において、凹部１２２ｃ１と、他の凸部１２２ｂ２との中心間の距離は、１．１５λｏ／８以下であってもよい。

【0044】

図２Ａの構成では、各凹部は、伝送線路のインダクタンスを局所的に増加させる要素として機能する。この例では、各凹部の底部および各凸部の頂部は平坦である。このため、各凹部の中央におけるＹ方向の位置を、インダクタンスが極大を示す「極大箇所」とし、
各凸部の中央におけるＹ方向の位置を、インダクタンスが極小を示す「極小箇所」とする。すると、上記距離ｂは、１つの極大箇所と、それに隣り合う極小箇所との間の距離であり、ｂ＞１．１５λｏ／８を満たす。より好ましくは、ｂ＞１．５λｏ／８λｏである。

【0045】

図２Ａの構成では、導波部材１２２における複数の凸部は、Ｙ方向（第１の方向）に隣り合って順に並ぶ第１の凸部１２２ｂ１、第２の凸部１２２ｂ２、および第３の凸部１２２ｂ３を含んでいる。第１の凸部１２２ｂ１と第２の凸部１２２ｂ２との中心間距離は、第２の凸部１２２ｂ２と第３の凸部１２２ｂ３との中心間距離とは異なっている。同様に、導波部材１２２における複数の凹部は、Ｙ方向に隣り合って順に並ぶ第１の凹部１２２ｃ１、第２の凹部１２２ｃ２、第３の凹部１２２ｃ３を含んでいる。第１の凹部１２２ｃ１と第２の凹部１２２ｃ２との中心間距離は、第２の凹部１２２ｃ２と第３の凹部１２２ｃ３との中心間距離とは異なっている。このように、図２Ａに示す構成では、少なくとも図示されている領域内において、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔が、Ｙ方向に沿って非周期的に（aperiodically）変動している。上記の第１から第３の凸部（ま
たは第１から第３の凹部）は、複数のスロット１１２のうちの両端の２つのスロットの間に設けられていれば、その位置は任意である。凸部または凹部は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに設けられていてもよい。

【0046】

図２Ａの構成においては、第１の凸部１２２ｂ１は、１つのスロット１１２（第１のスロット）に対向する位置にあり、第３の凸部１２２ｂ３は、当該スロット１１２に隣り合う他のスロット１１２（第２のスロット）に対向する位置にあり、第２の凸部１２２ｂ２は、それらの２つのスロット１１２に対向する２つの位置の間にある。第２の凸部１２２ｂ２は、導電性表面１１０ａの法線方向から見たとき、当該２つのスロット１１２の中点に重なる位置にある。また、導電部材１１０の導電性表面１１０ａの法線方向から見たとき、第１の凹部１２２ｃ１および第２の凹部１２２ｃ２は、隣り合う２つのスロット１１２の間に位置し、第３の凹部１２２ｃ３は、当該２つのスロット１１２の外側に位置している。さらに、導電性表面１１０ａの法線方向から見たとき、第１の凹部１２２ｃ１および第２の凹部１２２ｃ２の間（第２の凸部１２２ｂ２）に、当該２つのスロット１１２の中点が位置している。このような構成以外にも、例えば、導電性表面１１０ａの法線方向から見たとき、第１から第３の凹部１２２ｃ１、１２２ｃ２、１２２ｃ３の全てが、隣り合う２つのスロット１１２の間に位置していてもよい。これらの構成では、導電性表面１１０ａの法線方向から見たとき、第１から第３の凹部１２２ｃ１、１２２ｃ２、１２２ｃ３の少なくとも２つが、隣り合う２つのスロット１１２の間に位置する。第１の凹部１２２ｃ１と第２の凹部１２２ｃ２との中心間距離、および第２の凹部１２２ｃ２と第３の凹部１２２ｃ３との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／４よりも大きく設計され得る。また、第１の凸部１２２ｂ１と第２の凸部１２２ｂ２との中心間距離、および第２の凸部１２２ｂ１と第３の凸部１２２ｂ３との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／４よりも大きく設計され得る。

【0047】

同様の非周期的な構成は、凹部または凸部を設ける代わりに、幅広部または狭小部を設けた場合でも実現可能である。例えば、導波部材１２２が、隣り合う部位よりも導波面１２２ａの幅を広げる複数の幅広部を導波面１２２ａに有している場合を考える。この場合、複数の幅広部は、Ｙ方向に隣り合って順に並ぶ第１の幅広部、第２の幅広部、および第３の幅広部を含み、第１の幅広部と第２の幅広部との中心間距離が、第２の幅広部と第３の幅広部との中心間距離とは異なるように配置され得る。同様に、導波部材１２２が、隣り合う部位よりも導波面１２２ａの幅を狭める複数の狭小部を導波面１２２ａに有している場合を考える。この場合、複数の狭小部は、Ｙ方向に隣り合って順に並ぶ第１の狭小部、第２の狭小部、および第３の狭小部を含み、第１の狭小部と第２の狭小部との中心間距離が、第２の狭小部と第３の狭小部との中心間距離とは異なるように配置され得る。第１から第３の幅広部（または第１から第３の狭小部）は、複数のスロット１１２のうちの両
端の２つのスロットの間に設けられていれば、その位置は任意である。

【0048】

図２Ａの構成では、導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａの間の導波路は、当該導波路のインダクタンス（またはキャパシタンス）が極大または極小を示す複数の箇所を含んでいる。それらの複数の箇所は、Ｙ方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所（凸部１２２ｂ１）、第２の箇所（凹部１２２ｃ１）、および第３の箇所（凸部１２２ｂ２）を含んでいる。第１の箇所と第２の箇所との中心間距離は、第２の箇所と第３の箇所との中心間距離とは異なっている。このように、複数のスロットが設けられた領域内で、少なくとも部分的に非周期的なインダクタンスまたはキャパシタンスの変動を生じさせる構造により、導波路内を伝搬する電磁波の位相を、所望の特性に応じて調整することができる。上記の第１から第３の箇所は、両端の２つのスロットの間に設けられていれば、その位置は任意である。

【0049】

図２Ｂは、本開示の他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。このスロットアレーアンテナは、凸部１２２ｂが、隣接する２つのスロット１１２の中点に対向する位置に配置されている。凸部１２２ｂの位置は、図示される位置に限らず、他の位置であってもよい。このような構成において、各凸部１２２ｂは、伝送線路のキャパシタンスを局所的に増加させる要素として機能する。この例においても、各凸部１２２ｂの頂部および各凹部１２２ｃの底部が平坦である。このため、各凸部１２２ｂの中央におけるＹ方向の位置を、キャパシタンスが極大を示す「極大箇所」とし、各凹部１２２ｃの中央におけるＹ方向の位置を、インダクタンスが極小を示す「極小箇所」とする。すると、この例でも、極大箇所と、それに隣り合う極小箇所との間の距離ｂは、ｂ＞１．１５λｏ／８を満たす。より好ましくは、ｂ＞１．５λｏ／８である。凸部１２２ｂの代わりに幅広部を設けたり、導波面１２２ａではなく導電性表面１１０ａに凸部を設けたりした構成でも、同様の特性を得ることができる。

【0050】

図２Ｂの構成では、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔が、Ｙ方向に沿って周期的に変動している。但し、その変動の周期が１．１５λｏ／４またはλ_R／４よりも
長い点で、特許文献１の構成とは異なる。図２Ｂに示す例では、周期は、隣り合う２つのスロット１１２の中心間距離（スロット間隔）に一致している。このような周期的な構成を採用する場合、周期は、例えばスロット間隔の１／２以上の値に設定され得る。すなわち、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔、および導波面１２２ａの幅の少なくとも一方（または導波路のインダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも一方）は、Ｙ方向に沿って、隣り合う２つのスロット１１２の中心間距離の１／２以上の周期で変動していてもよい。

【0051】

図２Ｃは、本開示のさらに他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。このスロットアレーアンテナでは、複数の凹部が、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ａに配置されている。複数の凹部のＹ方向における位置は、図２Ａにおける複数の凹部のＹ方向における位置と同一である。導波部材１２２の導波面１２２ａには、凸部も凹部も配置されておらず、平坦である。

【0052】

図２Ｄは、本開示のさらに他の実施形態におけるスロットアレーアンテナの構造を模式的に示す断面図である。このスロットアレーアンテナでは、凹部および凸部の両方が、導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａのいずれにも配置されている。

【0053】

図２Ｃ、２Ｄに示すように、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ａに、凸部および凹部の少なくとも一方を配置してもよい。その場合、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向（Ｘ方向）における凹部または凸部の幅は、導波部材１２２の幅よりも広いことが製造上、好ましい。導電部材１１０における凹部または凸部と、導波部材１２２との
Ｘ方向における位置合わせに要求される精度を緩和することができる。ただしこれに限定されず、導電部材１１０における凹部または凸部のＸ方向の幅は、導波部材１２２の導波面１２２ａの幅と同じ、あるいはより狭くてもよい。

【0054】

図２Ａから２Ｄに示す実施形態におけるスロットアレーアンテナでは、導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａによって形成される導波路は、導波路のインダクタンスおよびキャパシタンスのうちの少なくとも一方が極小を示す少なくとも１つの極小箇所、および、導波路のインダクタンスおよびキャパシタンスのうちの少なくとも一方が極大を示す少なくとも１つの極大箇所を含む。「極小箇所」は、導波路（または伝送線路）のインダクタンスまたはキャパシタンスを示すＹ方向の座標についての関数が極小値をとるＹ方向の位置の近傍の箇所である。一方、「極大箇所」は、当該関数が極大値をとるＹ方向の位置の近傍の箇所である。図２Ａから２Ｄに示す例のように、底部が平坦な凹部または頂部が平坦な凸部がインダクタンスまたはキャパシタンスの極大または極小を生じさせている場合は、凹部または凸部の中央部が「極大箇所」または「極小箇所」であるものとする。図２Ａおよび２Ｃに示す構成例では、各凹部の中央が、インダクタンスを極大にする「極大箇所」であり、各凸部の中央が、インダクタンスを極小にする「極小箇所」である。一方、図２Ｂに示す構成例では、各凸部１２２ｂの中央が、キャパシタンスを極大にする「極大箇所」であり、各凹部１２２ｃの中央が、キャパシタンスを極小にする「極小箇所」である。図２Ｄに示す例でも同様に、複数の極大箇所および複数の極小箇所を有する。

【0055】

極小箇所には、１．１５λｏ／８よりも隔たって極大箇所の１つと隣り合う第１種の極小箇所が含まれる。図２Ａに示す構成例では、凸部１２２ｂ１の中央の位置が第１種の極小箇所に該当する。図２Ｂに示す構成例では、凹部１２２ｃの中央の位置が第１種の極小箇所に該当する。いずれの例においても、第１種の極小箇所と、それに隣り合う極大箇所とのＹ方向の距離ｂは、１．１５λｏ／８よりも長い。より好ましくは、ｂ＞１．５λｏ／８である。

【0056】

図２Ｅは、特許文献１に開示されたスロットアレーアンテナに類似する構造を備えたスロットアレーアンテナ（比較例）を模式的に示す断面図である。このスロットアレーアンテナでは、リッジ１２２上に複数の微細な凹部１２２ｃが周期的に配列されている。この配列の周期は、複数の凹部１２２ｃが設けられていない状態における導波路内での信号波の波長をλ_Rとして、λ_R／４未満である。波長λ_Rは、自由空間波長λｏの１．１５倍未
満なので、凹部１２２ｃの配列の周期は、１．１５λｏ／４未満である。したがって、図２Ｅに示す構成では、凹部の中心と、隣接する凸部の中心とのＹ方向の距離ｂは、１．１５λｏ／８よりも短い。

【0057】

ここで、図３Ａと図３Ｂとを参照しながら、図２Ｂに示す構成と、図２Ｅに示す構成とを対比する。

【0058】

図３Ａは、図２Ｂに示す構成における導波路のキャパシタンスのＹ方向の依存性を模式的に示すグラフである。図３Ｂは、図２Ｅに示す構成における導波路のキャパシタンスのＹ方向の依存性を模式的に示すグラフである。これらのグラフにおいて、１つのスロット１１２の位置をＹ座標の原点とし、Ｙ＝０〜ａの範囲についてのキャパシタンスの変化が示されている。なお、図３Ａおよび図３Ｂは、キャパシタンスのＹ方向の変化の傾向を示すものであり、厳密なものではない。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、図２Ｂの構成および図２Ｅの構成のいずれでも、Ｙ方向に沿ってキャパシタンスは変化する。しかし、その変化の周期が異なる。図２Ｂの構成では、スロット付近でキャパシタンスは極小を示した後、凸部１２２ｂ近傍で極大を示す。極小を示す極小箇所と、これにＹ方向において隣り合って極大を示す極大箇所は、スロット間隔ａの約２分の１だけ隔たっている。これに対して、図２Ｅの構成では、凹部が存在しない場合のリッジ導波路上における電磁波の波
長λ_Rの４分の１未満の細かな周期で振動している。

【0059】

各スロットから位相の揃った電磁波が放射されるようにスロットアレイが設計されている場合、Ｙ方向において隣り合うスロットの間隔は、伝送線路上における伝送波の波長λｇとほぼ一致する。よって、その場合、図２Ｂの構成では、波長λｇと同程度の長い周期でキャパシタンスが変動しているのに対して、図２Ｅの構成では、波長λ_Rの４分の１未
満の短い周期でキャパシタンスが振動していると言える。波長λ_Rの４分の１未満の短い
変調構造では、伝送波は個々の変調によっては殆ど反射されることはなく、伝送波は一様に近い媒体中を伝搬するように振舞う。これに対して、波長λ_Rの４分の１以上の長い変
調構造では、伝送波は個々の変調によって反射され得る。

【0060】

なお、図２Ａおよび図２Ｂの構成の説明において、「波長」という言葉を用いたが、これは説明の便宜のためである。キャパシタンスまたはインダクタンスが長い間隔で変動している場合、伝送波は複雑な反射を起こす筈であり、実際の伝送波の波長は直接的にはまだ確認できていない。しかし、キャパシタンスまたはインダクタンスに長い周期の変動を加えることで、ＷＲＧを使用するスロットアンテナにおいては、各スロットの励振状態を、目的とするアンテナ特性を実現するように、適切に調整することができる。そして、そのような状態においては、おそらくは伝送波の波長λｇは隣り合う２つのスロット１１２の間隔とほぼ一致しているものと推測される。キャパシタンスまたはインダクタンスが長い周期で変動している場合でも、その状況に応じた波長λｇが定義され得るものと仮定して、以後説明する。

【0061】

上記のように、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施形態では、特許文献１に開示された構成とは異なり、インダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも一方が、隣接する２つのスロットの間において、導波部材に沿った方向に、波長λ_Rの４分の１よりも長い変調構
造によって変化している。この変化の態様は、凸部、凹部、幅広部、狭小部などの付加要素の位置を調整することにより、自在に変化させることができる。また、例えば図４に例示するように、リッジ１２２の上面（導波面）の高さを滑らかに変動させることによっても同様の効果が得られる。同様の効果は、導波面の幅を滑らかに変動させることによっても得られる。このように、本開示の実施形態は、第１の導電部材１１０の導電性表面と導波部材１２２の導波面との距離を滑らかに変動させた構成、および導波面の幅を滑らかに変動させた構成を含む。本開示の実施形態は、凸部または凹部が配列された構成のような、付加要素を明確に特定できる構成に限定されない。

【0062】

本明細書において、隣り合う部位よりも第１の導電部材の導電性表面と導波部材の導波面との間隔を狭める凸部、および隣り合う部位よりも導波面の幅を広げる幅広部を、「第１種の付加要素」と称することがある。第１種の付加要素は、伝送線路のキャパシタンスを増加させる機能を有する。また、隣り合う部位よりも第１の導電部材の導電性表面と導波部材の導波面との間隔を広げる凹部、および隣り合う部位よりも導波面の幅を狭める狭小部を、「第２種の付加要素」と称することがある。第２種の付加要素は、伝送線路のインダクタンスを増加させる機能を有する。ある態様において、付加要素は、第１種の付加要素および第２種の付加要素の少なくとも一方を含む。第１種の付加要素は、第２種の付加要素、または付加要素が配置されていない部位（本明細書において「中立部」と称することがある。）と隣接し得る。同様に、第２種の付加要素は、第１種の付加要素または中立部と隣接し得る。それらの互いに隣接する２つの要素の中心間距離は、導波路中での波長λ_Rの１／８倍よりも長い、または自由空間中における中心波長λｏの１．１５／８倍
よりも長い。より好ましくは、λｏの１．５／８倍以上である。

【0063】

本開示の実施形態においては、凸部かつ狭小部、または凹部かつ幅広部と言えるような特殊な構造を付加要素として用いてもよい。本明細書において、隣り合う部位よりも導電
性表面と導波面との間隔を狭める凸部であって、かつ隣り合う部位よりも導波面の幅が狭い狭小部でもある構造を、「第３種の付加要素」と称することがある。また、隣り合う部位よりも導電性表面と導波面との間隔を広げる凹部であって、かつ隣り合う部位よりも導波面の幅が広い幅広部でもある構造を、「第４種の付加要素」と称することがある。第３種の付加要素および第４種の付加要素は、その構造によって、キャパシタンス成分として機能するか、インダクタンス成分として機能するかが変わる。付加要素は、このような第３種の付加要素および第４種の付加要素の少なくとも一方を含んでいてもよい。第３種の付加要素は、第４種の付加要素、または付加要素が配置されていない中立部と隣接し得る。同様に、第４種の付加要素は、第３種の付加要素または中立部と隣接し得る。それらの互いに隣接する２つの要素の中心間距離は、λ_Rの１／８倍よりも長い、またはλｏの１
．１５／８倍よりも長い。この中心間距離は、より好ましくは、λｏの１．５／８倍以上である。

【0064】

本開示の実施形態では、特許文献１に開示されているような、凹凸等がない場合における導波路中の波長λ_Rの１／４倍未満の周期をもつ構造が設けられていてもよい。図５Ａ
は、そのような構成の例を模式的に示す断面図である。この例では、極小箇所１２２ｃの中に、導波路方向の長さがλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満である微小付加要素
が複数配置されている。この例では、微小付加要素は凹部１２２ｃ’である。隣り合う２つの凹部１２２ｃ’の間は凸部１２２ｂ’とみなすことができる。隣り合う２つの凹部１２２ｃ’の中心間の距離ｂ２はλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満である。各凹部
１２２ｃ’において、局所的なキャパシタンスは極小を示す。よって、この構造では、極小箇所がλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満だけ隔たって並んでいる。λ_R／８未満の距離だけ隔たって並ぶ極小箇所を、本明細書において、「近接極小箇所」と称することがある。複数の近接極小箇所１２２ｃ’が並ぶことで、全体として１つの大きい凹部と類似の作用を有する部位１２２ｃが構成されている。複数の近接極小箇所を含むそのような凹部１２２ｃの中心と、これに隣り合う凸部１２２ｂの中心との距離ｂはλ_R／８よりも
長い。このように、本開示の実施形態では、一部にλ_R／４未満の周期を持つ構造が含ま
れていてもよい。

【0065】

図５Ｂは、本開示のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。この例では、付加要素は、各々のＹ方向の長さｂ３がλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満である複
数の微小付加要素である凸部１２２ｄを含む。複数の凸部１２２ｄは、Ｙ方向に隣り合って並び、極小箇所および極大箇所を含む範囲にわたって配置されている。これらの凸部１２２ｄのうちの隣り合う２つの凸部の中心間の距離は、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔Ｌ３の半分未満であり、かつ、λ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満で
ある。これらの凸部１２２ｄの位置において、局所的なキャパシタンスは極大を示す。よって、この構造は、極大箇所がλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満だけ隔たって並
ぶ構造となっている。λ_R／８未満だけ隔たって並ぶ極大箇所を、本明細書において、「
近接極大箇所」と称し、前述した「極大箇所」とは区別する。図５Ｂにおいて、近接極大箇所の中心間距離は、いずれの部位においてもλ_R／８未満または１．１５λｏ／８未満
だけ隔たっている。しかし、近接極大箇所の中心間距離は、隣り合う２つのスロット１１２間の中点で小さく、それ以外の場所で大きい。図５Ｂの例では、スロット１１２間の中点付近で複数の近接極大箇所がｂ３の間隔で並んで１つの極大箇所（または極大部）として機能する部位１２２ｂ’’を構成する。そして隣り合う２つの極大部１２２ｂ’’の間では、複数の近接極大箇所がｂ３より大きなｂ４の間隔で並び、１つの極小箇所（または極小部）として機能する部位１２２ｃ’’を構成する。この例のように、微細な付加要素の濃淡（密度の違い）によって平均的なインダクタンスまたはキャパシタンスの、λ_R／
８以上の距離に亘る変動を生じさせてもよい。このような形態では、「極大箇所」および「極小箇所」は、複数の微小付加要素を包含するある程度の拡がりを持つ領域を指す。

【0066】

図５Ｃは、本開示のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。この実施形態では、導波部材１２２が、高さの異なる２種類の凸部を有している。２種類の凸部は、交互に等間隔で並んでいる。導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隔は、Ｙ方向に沿って周期的に変動している。言い換えれば、導波路のインダクタンスおよび／またはキャパシタンスが、Ｙ方向に沿って周期的に変動している。この変動の周期は、スロット間隔の１／２よりも短い。この例では、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔の異なる３種類の箇所がＹ方向に隣り合って並んでいる。このように、導波部材１２２に高さの異なる複数の凸部を設けた構造を採用してもよい。それぞれの凸部の高さを、所望の特性に応じて適切に設定することにより、導波路を伝搬する電磁波の位相を調整し、各スロット１１２の励振状態を調整することができる。高さの異なる複数の凸部に限らず、深さの異なる複数の凹部、または幅の異なる複数の幅広部もしくは狭小部を設けることによって同様の調整を行ってもよい。導波部材１２２に限らず、導電部材１１０に複数の凸部または複数の凹部を設けてもよい。複数のスロット１１２のうちの両端の２つのスロットの間において、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔、または導波面１２２ａの幅が４段階以上に変化していてもよい。

【0067】

図５Ｄは、図５Ｃの例よりも導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔（ギャップ）の異なる箇所を増加させ、より短い距離でギャップが変動する構成の例を示す図である。この例では、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔の異なる６種類の箇所が存在している。ギャップは、λ_R／４または１．１５λｏ／４よりも短い距離で変化するが
、凹凸の各繰り返し単位について見た場合、その繰り返し周期はλ_R／４または１．１５
λｏ／４よりも長い。

【0068】

図５Ｃおよび図５Ｄに示す例のように、導電部材１１０と導波部材１２２との間の導波路は、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔が異なる少なくとも３種類の箇所を有し得る。同様に、導波部材１２２は、導波面１２２ａの幅の異なる少なくとも３つの箇所を有していてもよい。そのような少なくとも３種類の箇所の全てが、複数のスロット１１２のうちの隣接する２つのスロットの間に設けられている必要はなく、両端の２つのスロットの間に設けられていればよい。これらの態様では、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間隔、または導波面１２２ａの幅は、導波面１２２ａに沿って周期的に変化していてもよいし、非周期的に変化していてもよい。周期的に変化している場合、その周期は、前述のλ_R／４または１．１５λｏ／４以下であってもよい。

【0069】

本開示の実施形態における付加要素は、ある特性インピーダンスをもつ分布定数回路に局所的に付加された集中定数素子的な要素とみなすことができる。そのような付加要素を適切な位置に配置することにより、用途または目的に応じた柔軟な調整が可能となる。例えば、導波路内の信号波の波長を所望の長さに調整し、かつ、定在波直列給電または進行波給電を適用して等振幅かつ等位相の励振を行い、利得を最大化することができる。また、複数のスロット間で意図的に所望の位相差を与えて指向特性を調整したり、進行波給電を適用して複数のスロットから所望の強度の電磁波を放射させたりすることもできる。このように、本開示の技術は、幅広い目的または用途に適用することができる。

【0070】

以下、本開示の実施形態によるスロットアレーアンテナのより具体的な構成例を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

【0071】

＜基本構成例＞
まず、本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナの基本的な構成の例を説明する。

【0072】

本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナでは、導波部材の両側に配置された人工磁気導体を利用して電磁波の導波を行い、導電部材が有する複数のスロットで電磁波の放射または入射を行うことができる。人工磁気導体を用いることにより、導波部材（例えば、導電性の導波面を有するリッジ）の両側に高周波信号が漏洩することを抑制することができる。

【0073】

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（伝搬阻止帯域または禁止帯域）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。

【0074】

特許文献１および２、ならびに非特許文献１および２に開示されているように、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を実現することができる。また、導電性ロッドは、１次元的または２次元的に分布していればよく、特定の周期と明瞭な行と列を伴って配置される必要はない。このようなロッドは、導電性の部材から突出した部分（突出部）であり、ポストまたはピンと呼ばれることもある。本開示のある実施形態におけるスロットアレーアンテナは、対向する一対の導電性部材（導電プレート）を備えている。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有している。リッジの上面（導電性を有する面）は、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している。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる周波数を有する電磁波は、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。

【0075】

図６は、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナ２００（以下、「スロットアンテナ２００」と称することもある。）の構成を模式的に示す斜視図である。図６では、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。図示されているスロットアレーアンテナ２００は、対向して平行に配置されたプレート状の第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０を備えている。第１の導電部材１１０は、第１の方向（Ｙ方向）に沿って配列された複数のスロット１１２を有している。第２の導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。

【0076】

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。

【0077】

図７Ａは、ＸＺ面に平行な、１つのスロット１１２の中心を通る断面の構成を模式的に示す図である。図７Ａに示されるように、第１の導電部材１１０は、第２の導電部材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、必ずしも平滑な平面である必要はなく、湾曲していたり、微細な凹凸を有したりしていてもよい。

【0078】

図８は、わかりやすさのため、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にあるスロットアレーアンテナ２００を模式的に示す斜視図である。現実のスロットアレーアンテナ２００では、図６および図７Ａに示すように、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔は狭く、第１の導電部材１１０は、第２の導電部材１２０の導電性ロッド１２４を覆うように配置されている。

【0079】

図８に示されているように、本実施形態における導波部材１２２の導波面１２２ａは、複数の凸部１２２ｂを付加要素として備えている。これらの凸部１２２ｂは、両端の２つのスロット間の領域において、λ_Rの１／４よりも長い間隔で分布している。図８に示す
例では、各凸部１２２ｂは、図２Ｂの構成と同様に、隣接する２つのスロットの中点に対向する位置に配置されているが、他の位置に配置されていてもよい。凸部１２２ｂを適切な位置に配置することにより、各スロットにおける励振の振幅と位相の調整が可能になる。後述する実施形態のように、各スロットを等振幅かつ等位相で励振する等の効果を得ることもできる。付加要素は、凸部に限らず、凹部、幅広部、狭小部の少なくとも１つを含んでいてもよい。凸部または凹部を含む場合には、導波面１２２ａは、隣接する２つの凹部または隣接する２つの凸部の間に、λ_Rの１／４以上である平坦部分を含み得る。図８
の例では付加要素が導波部材１２２上に設けられているが、第１の導電部材１１０に設けられていてもよい。

【0080】

再び図７Ａを参照する。第２の導電部材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広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い状態であってもよい。また、第２の導電部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。第２の導電部材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の表面が導電体で接続されていればよい。また、第２の導電部材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、第２の導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、第１の導電部材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。

【0081】

第２の導電部材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８から分かるように、この例における導波部材１２２は、第２の導電部材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している。しかし、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なく、第１の導電部材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。第２の導電部材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、第１の導電部材１１０もこの単一構造体の一部であってもよい。

【0082】

導波部材１２２の導波面１２２ａは、Ｙ方向に沿って延びるストライプ形状を有する。本明細書において「ストライプ形状」とは、縞（stripes）の形状を意味するのではなく
、単一のストライプ（a stripe）の形状を意味する。一方向に直線的に延びる形状だけでなく、途中で曲がったり、分岐したりする形状も「ストライプ形状」に含まれる。なお、導波面１２２ａ上に高さまたは幅の変化する部分が設けられている場合も、導波面１２２ａの法線方向から見て一方向に沿って延びる部分を含む形状であれば、「ストライプ形状」に該当する。「ストライプ形状」を「ストリップ形状」と称することもある。導波面１２２ａは、複数のスロット１１２に対向する領域において、Ｙ方向に直線的に延びている必要はなく、途中で曲がったり、分岐していたりしてもよい。

【0083】

導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と第１の導電部材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。スロットアレーアンテナ２００の導波路内を伝搬する信号波の周波数（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との間の間隙の大きさによって調整され得る。

【0084】

本実施形態では、第１の導電部材１１０の全体が導電性の材料で構成され、各スロット１１２は、第１の導電部材１１０に設けられた開口である。しかし、スロット１１２はこのような構造に限定されない。例えば、第１の導電部材１１０が内部の誘電体層と表面の導電層とを含む構成では、導電層にのみ開口が設けられ、誘電体層には開口が設けられていない構造であってもスロットとして機能する。

【0085】

第１の導電部材１１０と導波部材１２２との間の導波路は、両端が開放されている。スロット間隔は、例えば導波路中における電磁波の波長λｇの整数倍（典型的には１倍）に設定される。ここでλｇは、リッジに凹凸その他の構造を付与したリッジ導波路における電磁波の波長を意味する。本開示の技術を用いる場合、λｇは、そのような構造がない場合のリッジ導波路における電磁波の波長λ_Rよりも大きくすることも小さくすることもで
きる。しかし、本実施形態ではλｇはλ_Rよりも小さい。図８には示されていないが、導
波部材１２２のＹ方向における両端に近接して、チョーク構造が設けられ得る。チョーク構造は、典型的には、長さがおよそλｇ／４の付加的な伝送線路と、その付加的な伝送線路の端部に配置された深さが約λｏ／４の複数の溝または高さが約λｏ／４の複数のロッドの列とから構成され得る。チョーク構造は、入射波と反射波との間に約１８０°（π）の位相差を与え、導波部材１２２の両端から電磁波が漏洩することを抑制する。このようなチョーク構造は、第２の導電部材１２０上に限らず、第１の導電部材１１０に設けられていてもよい。

【0086】

図示されていないが、スロットアンテナ２００における導波構造は、不図示の送信回路または受信回路（すなわち電子回路）に接続されるポート（開口部）を有する。ポートは、例えば図８に示す導波部材１２２の一端または中間の位置（例えば中央部）に設けられ得る。ポートを介して送信回路から送られてきた信号波は、リッジ１２２上の導波路を伝搬し、各スロット１１２から放射される。一方、各スロット１１２から導波路に導入された電磁波は、ポートを介して受信回路まで伝搬する。第２の導電部材１２０の裏側に、送信回路または受信回路に接続された他の導波路を備えた構造体（本明細書において「分配
層」と称することがある。）が設けられていてもよい。その場合、ポートは、分配層における導波路と導波部材１２２上の導波路とを繋ぐ役割を担う。

【0087】

なお、隣接する２つのスロットの中心間隔を波長λｇとは異なる値にしてもよい。そのようにすることにより、複数のスロット１１２の位置で位相差が生じるため、放射される電磁波が強め合う方位を正面方向からＹＺ面内の他の方位にずらすことができる。このように、図８に示すスロットアンテナ２００によれば、ＹＺ面内における指向性を調整することができる。

【0088】

本実施形態では、前述のように、アンテナの利得および指向性の調整を、導波面１２２ａ上の凸部１２２ｂなどの付加要素の形状、位置、および数を調整することによって実現できる。付加要素の構造および配置は、目的とする性能によって様々であり、図示される態様に限定されない。

【0089】

このような、導波路に複数のスロットを設けたアンテナを、スロットの配列方向である第１の方向に交差する第２の方向（例えば第１の方向に垂直なＸ方向）に複数個配列してもよい。そのような複数のスロットが平板状の導電部材に二次元的に設けられたアレーアンテナは、フラットパネルアレーアンテナとも呼ばれる。そのようなアレーアンテナは、平行に並んだ複数のスロット列と、複数の導波部材とを備える。複数の導波部材は各々導波面を有し、それらの導波面は複数のスロット列に各々対向する。複数の導波面上には、前述のような付加要素が、目的とするアンテナ性能に応じて適宜形成され得る。なお、用途によっては、平行に並ぶ複数のスロット列の長さ（スロット列の両端のスロットの間の長さ）は互いに異なっていてもよい。Ｘ方向に隣り合う２つの列の間で、各スロットのＹ方向の位置をずらした千鳥状の（staggered）配列としてもよい。また、用途によっては
複数のスロット列および複数の導波部材は、平行ではなく角度を持たせて配列させてもよい。

【0090】

＜各部材の寸法等の例＞
次に、図９を参照しながら、本実施形態における各部材の寸法、形状、配置等の例を説明する。

【0091】

図９は、図７Ａ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。スロットアレーアンテナは、所定の帯域（動作周波数帯域）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。以下の説明において、第１の導電部材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（動作周波数帯域に広がりがある場合は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（最短波長）をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、第２の導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図９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、配置などの例は、以下のとおりである。

【0092】

（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、λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）に設定され得る。この範囲内であれば、自由空間波長がλｏ以上の信号波について、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λｏ／２未満（より好ましくは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。

【0093】

（２）導電性ロッドの基部から第１の導電部材の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１の導電部材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λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）に設定され得る。当該距離がλｏ／２以上の場合、自由空間波長がλｏの信号波について、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減少する。

【0094】

導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、第１の導電部材１１０と第２の導電部材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、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設定され得る。第１の導電部材１１０と第２の導電部材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、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔がλｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）であれば、第１の導電部材１１０および／または第２の導電部材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、第１および第２の導電部材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。

【0095】

図７Ａ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７Ｂ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持つ場合に、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λｏまたはλｍの半分よりも短ければ、図７Ｂに示す装置は、本開示の実施形態におけるスロットアンテナとして機能し得る。

【0096】

（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、λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）に設定される。当該距離がλｏ／２以上の場合、自由空間波長がλｏの電磁波について、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を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の内、少なくとも導波部材１２２（後述）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、先端と導電性表面の間に空隙がある状態、或いは、導電性ロッドの先端と導電性表面との何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とが絶縁層を間に介して接触している状態、の何れかを指す。

【0097】

（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λｏ／２未満（好ましくは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λｏ／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。λｏ／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。

【0098】

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なく、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なく、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、第２の導電部材１２０上の位置に応じて変化していてよい。

【0099】

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なく、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。

【0100】

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、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く、例えばマッシュルーム形状を有していてもよい。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構造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λｏ／２未満であることが好ましい。導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が楕円形状であるときは、長軸の長さがλｏ／２未満（さらに好ましくは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λｏ／２未満（さらに好ましくはλｍ／２未満）であることが好ましい。

【0101】

（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、λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満、例えばλｏ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｏ／２以上になると、自由空間波長がλｏの電磁波について、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。

【0102】

（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、λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）に設定される。当該距離がλｏ／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λｏ／２以上となるからである。同様に、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）の高さについても、λｏ／２未満またはλｍ／２未満に設定される。

【0103】

（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、λｏ／２未満（好ましくはλｍ／２未満）に設定される。当該距離がλｏ／２以上の場合、自由空間波長がλｏの電磁波について、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、当該距離はλｏ／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λｏ／１６以上とすることが好ましい。

【0104】

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。

【0105】

（８）スロットの配列間隔およびサイズ
スロットアンテナ２００における隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離（スロット間隔）ａは、導波路を伝搬する信号波の導波路中での波長（動作周波数帯域に広がりがある場合は中心周波数に対応する中心波長）をλｇとして、例えばλｇの整数倍（典型的にはλｇと同じ値）に設定され得る。これにより、定在波直列給電を適用した場合に、各スロットの位置で等振幅かつ等位相の状態が実現し得る。なお、隣接する２つのスロットの中心間隔ａは、要求される指向特性によって決まるため、λｇに一致しない場合もある。本実施形態ではスロット１１２の数は６個であるが、スロット１１２の数は２個以上の任意の数であってよい。

【0106】

図８および図９に示す例では、各スロットは、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に短い矩形に近い平面形状を有している。各スロットのＸ方向のサイズ（長さ）をＬ、Ｙ方向のサイズ（幅）をＷとすると、ＬおよびＷは、高次モードの振動が起こらず、かつ、スロットのインピーダンスが小さくなり過ぎない値に設定される。例えば、Ｌはλｏ／２＜Ｌ＜λｏの範囲内に設定される。Ｗは、λｏ／２未満であり得る。なお、高次モードを積極的に利用することを目的に、Ｌをλｏより大きくすることもあり得る。

【0107】

次に、以上の構成を有するスロットアレーアンテナの、より具体的な実施形態を説明する。

【0108】

＜実施形態１＞
実施形態１は、定在波直列給電を適用して、複数のスロットを等振幅かつ等位相で励振し、高い利得を実現するスロットアレーアンテナ（以下、単に「アレーアンテナ」とも称する。）に関する。本開示におけるスロットアレーアンテナは、必ずしも複数のスロットを等振幅かつ等位相で励振する構成に限定されないが、本実施形態では、発明の理解を容易にするために、最も単純な例である、等振幅等位相の励振を実現し、利得を最大化し得るスロットアレーアンテナを説明する。

【0109】

まず、定在波直列給電の原理を説明する。

【0110】

図１０は、理想的な定在波直列給電がなされているアレーアンテナの一例を示す原理図である。図１１は、図１０に示すアレーアンテナにおいて、アンテナ入力端子側（図１０の左側）から見た各点でのインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。図１２は、放射エレメントの両端の電圧に着目した場合の図１０のアレーアンテナの等価回路を示している。

【0111】

図１０に示される理想的な定在波直列給電がなされているアレーアンテナでは、各放射エレメントのインピーダンスは、給電路の特性インピーダンスＺｏに較べて十分小さく且つ純抵抗成分Ｒだけを有する。また、各放射エレメントは、定在波電流の振幅が最大となる位置に直列に挿入されている。よって、図１１に示されるように、各放射エレメントの
両端のインピーダンス軌跡（１→２、３→４、および５→６）は、スミスチャートにおける実軸上の短絡インピーダンスに近い領域にある。さらに、隣接する２つの放射エレメントを繋ぐ線路の両端の長さが波長λに等しいので、その間のインピーダンス軌跡（２→３および４→５）は、スミスチャートの中心の周囲を時計回りに２回転した後に元の点に戻る。つまり、各放射エレメントの電圧の振幅と位相だけに着目すると、図１２の等価回路に示すように入力信号（電圧Ｖ）が全ての放射エレメントに等分される。よって全ての放射エレメントが等振幅等位相で励振されることとなる。

【0112】

次に、ＷＲＧと放射スロットとを用いたアレーアンテナに定在波直列給電を適用しようとした場合において、特許文献１に開示された構成と、本実施形態における構成とを比較することにより、本実施形態のアレーアンテナが有する効果を説明する。

【0113】

図１３Ａおよび図１３Ｂは、特許文献１に開示された構造が一部適用された構造を備えたアレーアンテナ４０１の一例（比較例）を示している。図１３Ａは、アレーアンテナ４０１の構造を示す斜視図であり、図１３Ｂは、複数のスロット１１２の各々の中心およびリッジ１２２の中心を通る平面でアレーアンテナ４０１を切断した場合の断面図である。

【0114】

図１４Ａおよび図１４Ｂは、本実施形態におけるアレーアンテナ５０１を示している。図１４Ａは、アレーアンテナ５０１の構造を示す斜視図であり、図１４Ｂは、複数のスロット１１２の各々の中心およびリッジ１２２の中心を通る平面でアレーアンテナ５０１を切断した場合の断面図である。

【0115】

前述したように、理想的な定在波直列給電がなされている場合、各放射エレメントのインピーダンスが、給電路の特性インピーダンスに較べて十分に小さい純抵抗成分のみをもつ。しかし、本発明者らの検討によれば、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す例、ならびに図１４Ａおよび図１４Ｂに示す例のように、ＷＲＧに放射スロット１１２を用いる場合には、各放射スロット１１２のインピーダンスが給電路の特性インピーダンスと同程度あるいはそれ以上の大きさになることが判明した。つまり、実際には放射スロット１１２を挿入する前と挿入した後とでは、電圧の振幅が最大になる位置と、電流の振幅が最大になる位置とが、波長λに比して無視できない程の大きさ変化してしまう。このことは、目的の放射特性を得るために、導波路とスロットとを独立して設計できない（即ち、双方を同時に最適化する必要がある）ことを意味する。このような課題は、従来は全く認識されていなかった。電波励振口であるスロットのインピーダンスが給電路のインピーダンスに比べて無視できないために、ＷＲＧを用いたスロットアレーアンテナでは、上記の定在波法に代わる新たな設計方法が必要である。

【0116】

本発明者らは、上記の課題を解決するために、従来の定在波法に代わる新たな方法（以下、「拡張定在波法」と称することがある。）を発明するに至った。この拡張定在波法では、定在波給電の概念を拡張し、前述した理想的な定在波直列給電の判定法のうち、アレーアンテナの各点のインピーダンス軌跡に基づいて等振幅等位相励振の状態にあるかどうかを判定する方法を用いる。つまり、等振幅等位相励振が実現されているかどうかの判定法として、以下の２条件を採用する。
（１）全ての放射スロットの両端のインピーダンス軌跡が実軸上にある。
（２）隣接する２つの放射エレメントを繋ぐ領域の両端のインピーダンス軌跡がスミスチャートの中心の周囲を２回転した後に一致する。

【0117】

本実施形態では、上記の（１）および（２）の条件を満足するように、伝送路のインダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも一方を変化させる付加要素が、適切な位置に配置される。これにより、等振幅等位相励振を実現することができる。

【0118】

以下、本実施形態の構成を、比較例の構成と対比しながら説明する。

【0119】

図１３Ａおよび図１３Ｂに示す比較例では、凹部１２２ｃは一定の短い間隔で周期的に配列されている。凹部１２２ｃの配列の周期は、特許文献１の構成では、凹部１２２ｃが設けられていない場合の導波路内における信号波の波長λ_Rの１／４未満である。波長λ_Rは、隣接する２つのスロットの中心間の距離に近い長さである。このような短い周期で複数の凹部１２２ｃが形成された伝送線路は、通常、一定の特性インピーダンスを有する分布定数回路と考えることができ、現に特許文献１でもそのように説明されている。しかし、本発明者らは、凹部１２２ｃ等の付加要素を集中定数素子的な要素として取り扱うことを着想し、その着想に基づいて本願発明を完成させた。

【0120】

本実施形態では、図１４Ｂに示すように、凹部１２２ｃが放射スロット１１２に対向する領域以外の領域内に形成されている。さらに、隣接する２つの放射スロット１１２の間の領域において、当該２つの放射スロット１１２の中点の両側で、凹部１２２ｃが同じ組み合わせで且つ対称的な配置になるように設けられている。なお、図１４Ｂに示すように、凹部１２２ｃの深さは、場所によって異なっていてもよい。また、必要に応じて、放射スロット１１２に対向する領域に、凹部を配置する構成を採用してもよい。

【0121】

図１５は、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す比較例における直列給電アレーアンテナの等価回路を示している。図１５において、放射スロットがもつ放射インピーダンス（純抵抗）をＲｓ、凹部が設けられていない線路部の特性インピーダンスをＺ０、凹部が設けられていない線路部の長さをｄ、凹部による等価直列インダクタンス成分をＬ、放射スロットとＷＲＧ間に形成された寄生容量をＣと表している。

【0122】

図１６は、図１５に示す等価回路の点０〜１６のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。図１６において、点同士を結ぶ矢印は、放射スロットの抵抗Ｒｓと寄生容量Ｃとの合成インピーダンス、線路部の特性インピーダンスＺｏ、および直列インダクタンス成分Ｌによるインピーダンスの軌跡を示している。

【0123】

図１５と図１６とを対応させて観察することにより、比較例のアレーアンテナの等価回路におけるインピーダンス軌跡と、その軌跡に至る理由が理解できる。図１５および図１６に示されるように、インピーダンス軌跡は開放端０に始まる。線路部（インピーダンスＺｏ）が等価回路に挿入された場合（０→１、２→３、４→５、６→７、１０→１１、１２→１３、１４→１５）には、スミスチャートの中心の回りに半径一定の円上を反射位相が遅れる方向に回転する。放射インピーダンス（抵抗Ｒｓ）と寄生容量Ｃとの並列合成インピーダンスが挿入された場合（１→２、８→９、１５→１６）および等価直列インダクタンスＬが挿入された場合（３→４、５→６、７→８、９→１０、１１→１２、１３→１４）は、挿入されたインピーダンスに特有の軌跡を通ってスミスチャート上を移動する。

【0124】

ここで、図１６に示すインピーダンス軌跡は、Ｚｏ、Ｒｓ、ω、Ｃ、Ｌ、ｄの値を、図１５に記載されている４つの式を満足するように設定した場合に得られた。ωは信号波の角周波数であり、図１５に記載されているλｇは、導波路中の信号波の波長を表す。これらの値は、放射エレメントが配置されていない状態におけるＷＲＧ上の波長を制御するために同一の凹凸形状を一定周期で線路全体に配置する、という従来技術の制約のもとで、上述した等振幅等位相励振の判定基準をできる限り満たすようにして決定された値である。すなわち、これらの値は、点２〜８および点９〜１５のインピーダンス軌跡がスミスチャートの中心の周りに２回転した後にできるだけ元の点に近づくように、凹部間の線路長さと凹部の深さを選択した結果として決定された。言い換えると、図１６に示されているインピーダンス軌跡は、従来のアレーアンテナにおいて、最も等振幅等位相の励振状態に近づけた最適状態を表している。

【0125】

しかし、結果としては、図１６からわかるように、全ての放射スロットの両端のインピーダンス軌跡（１→２、８→９、１５→１６）は実軸上になく、さらに、隣接する２つの放射エレメントを繋ぐ領域の両端のインピーダンス軌跡（２→８、９→１５；図１６中に★印で示した破線枠内）がスミスチャートの中心の周囲を２回転はしているものの一致していない。このことは、従来のアレーアンテナでは等振幅等位相を狙って設計しても等振幅等位相の励振が実現できず、よって利得が最大化できないことを意味している。そしてその原因は、放射エレメントが配置されていない状態におけるＷＲＧ上の波長を制御するために同一の凹凸形状を一定周期で線路全体に配置しただけの構造であることによる。放射スロットと凹部との位置関係に特定の関連性を与え、寄生容量Ｃを各スロットにおいて一定にしたとしても、この状況は変わらない。実際、図１５に示されるように、図１６に示されるインピーダンス軌跡は、寄生容量Ｃが各スロットにおいて等しい条件下で得られたものである。

【0126】

なお、寄生容量Ｃを消す方法として、各スロットと重なる領域には凹部を設けないという構造を選択することが考えられる。また、寄生容量Ｃを各スロットで異ならせることにより、各スロットにおける励振条件を調節することも考えられる。しかし、これらはいずれも、そのままでは解決策にならない。従来、ＷＲＧを伝搬する電磁波の波長を制御するためには、凹部等が設けられていない構成におけるＷＲＧ中の電磁波の波長をλ_Rとして
、λ_R／４よりも小さい周期で、凹部等を一様に配置することが求められていた。その理
由は、複数のスロットの間隔とＷＲＧ中の電磁波の波長λｇとを一致させるために、分布定数回路としての給電路の特性インピーダンスを一様に変化させる必要があると考えられていたからである。上記の各スロットと重なる領域には凹部を設けない構造、および寄生容量Ｃを各スロットの位置で異ならせる構造では、λ_R／４以上の周期の構造をＷＲＧが
持つことになる。そのような非周期的あるいは非一様な構造において、ＷＲＧを用いたスロットアレーアンテナを構成する方法は従来知られていなかった。

【0127】

次に、本実施形態のアレーアンテナの動作を説明する。

【0128】

図１７は、図１４Ａおよび図１４Ｂに示す定在波直列給電によるアレーアンテナの等価回路を示している。図１７において、各放射スロットの放射インピーダンス（純抵抗）をＲｓ、凹部が設けられていない線路部の特性インピーダンスをＺｏ、凹部が設けられていない連続した線路部の長さをｄ１およびｄ２、凹部による等価直列インダクタンス成分をＬ１およびＬ２と表している。

【0129】

図１８は、図１７に示す等価回路における点０〜１４のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。図１８において、点同士を結ぶ矢印は、線路部の特性インピーダンスＺｏ、放射スロットの抵抗Ｒｓ、および直列インダクタンス成分Ｌによるインピーダンス軌跡を示している。

【0130】

図１７と図１８とを対応させて観察することにより、本実施形態のアレーアンテナの等価回路におけるインピーダンス軌跡と、その軌跡に至る理由が理解できる。図１７および図１８に示されるように、インピーダンス軌跡は開放端０に始まる。線路部（インピーダンスＺｏ）が等価回路に挿入された場合（０→１、２→３、４→５、６→７、８→９、１０→１１、１２→１３）にはスミスチャートの中心の回りに半径一定の円上を反射位相が遅れる方向に回転する。放射インピーダンス（抵抗Ｒｓ）が挿入された場合（１→２、７→８、１３→１４）および等価直列インダクタンスＬが挿入された場合（３→４、５→６、９→１０、１１→１２）は、挿入されたインピーダンスに特有の軌跡を通ってスミスチャート上を移動する。

【0131】

ここで、図１８に示すインピーダンス軌跡は、Ｚｏ、Ｒｓ、ω、Ｌ１、Ｌ２、ｄ１、ｄ２の値を、図１７に記載されている５つの式を満足するように設定した場合に得られた。これらの値は、図１４Ａおよび図１４Ｂに示す本実施形態のアレーアンテナで実現できる範囲において、上述した等振幅等位相励振の判定基準をできる限り満たすように、凹部１２２ｃの位置と凹部１２２ｃの深さとを選択した結果として決定された。言い換えると、図１８に示されているインピーダンス軌跡は、本実施形態のアレーアンテナにおいて、等振幅等位相の励振状態に最も近づけた最適状態を表している。したがって、現実の装置におけるインピーダンス軌跡は、図１８に示すような理想的なインピーダンス軌跡とは異なっていてもよい。

【0132】

本実施形態のアレーアンテナでは、最適状態において、全ての放射スロットの両端のインピーダンス軌跡（１→２、７→８、１３→１４）が実軸上にあり、さらに、隣接する２つの放射エレメントを繋ぐ領域の両端のインピーダンス軌跡（２→７、８→１３；図１８中に★印で示した破線枠内）がスミスチャートの中心の周囲を２回転した後に元の点と一致している。このことは、本実施形態のアレーアンテナでは等振幅等位相の励振が実現でき、よって利得が最大化できることを意味している。

【0133】

以上のように、本実施形態によれば、拡張定在波法を用いて、複数の凹部を導波面の適切な位置に配置することにより、理想的な定在波励振を実現でき、アレーアンテナの利得を最大化することができる。

【0134】

＜実施形態２＞
図１９Ａは、本開示の第２の実施形態におけるアレーアンテナ１００１の構造を示す斜視図である。図１９Ｂは、図１９Ａに示すアレーアンテナを、複数の放射スロット１１２の各々の中心およびリッジ１２２の中心を通る平面で切断した場合の断面図である。本実施形態でも、定在波直列給電の原理に従って、全ての放射スロット１１２は、放射インピーダンスが純抵抗成分になるように共振状態に設計されている。また、全ての放射スロット１１２は同一の形状を有する。

【0135】

本実施形態では、ＷＲＧ上には、定在波の波長および位相を制御するために、他の線路部分とは異なる構造、つまり凸部１２２ｂが付加要素として配置されている。隣接する２つの放射スロット１１２の間の領域において、当該２つの放射スロット１１２の中点の両側で、凸部１２２ｂが同じ組み合わせで且つ対照的な配置になるように配置されている。特に、図１９Ａおよび図１９Ｂに示す実施形態では、対称的に配置された２つの凸部が中点で重なり、１つの合成された凸部１２２ｂが形成されている。

【0136】

図２０は、本実施形態における定在波直列給電が適用されたアレーアンテナの等価回路を示している。図２０において、各放射スロットの放射インピーダンス（純抵抗）をＲｓ、凸部が配置されていない線路部の特性インピーダンスをＺｏ、凸部が配置されていない連続した線路部の長さをｄ３、凸部による並列キャパシタンス成分をＣ１およびＣ２と表している。

【0137】

図２１は、図２０に示す等価回路の点０〜１０のインピーダンス軌跡をスミスチャート上に示した図である。図２１において、点同士を結ぶ矢印は、線路部の特性インピーダンスＺｏ、放射スロットの抵抗Ｒｓ、および並列キャパシタンス成分Ｃ１、Ｃ２によるインピーダンス軌跡を示している。

【0138】

図２０と図２１とを対応させて観察することにより、本実施形態のアレーアンテナの等価回路のインピーダンス軌跡と、その軌跡に至る理由が理解できる。図２０と図２１に示すように、インピーダンス軌跡は開放端０に始まる。各線路部（インピーダンスＺｏ）が
等価回路に挿入された場合（０→１、２→３、４→５、６→７、８→９）には、スミスチャートの中心の回りに半径一定の円上を反射位相が遅れる方向に回転する。放射インピーダンス（抵抗Ｒｓ）が挿入された場合（１→２、５→６、９→１０）および等価並列キャパシタンスＣ１、Ｃ２が挿入された場合（３→４、７→８）は、挿入されたインピーダンスに特有の軌跡を通ってスミスチャート上を移動する。

【0139】

ここで、図２１に示すインピーダンス軌跡は、Ｚｏ、Ｒｓ、ω、Ｃ１、Ｃ２、ｄ３の値を、図２０に記載されている４つの式を満足するように設定した場合に得られた。これらの値は、図１９Ａおよび図１９Ｂに示す本実施形態のアレーアンテナで実現できる範囲において、上述した等振幅等位相励振の判定基準をできる限り満たすように、凸部を置く位置と凸部の高さとを選択した結果として決定された。言い換えると、図２１に示されているインピーダンス軌跡は、本実施形態のアレーアンテナにおいて、等振幅等位相の励振状態に最も近づけた最適状態を表している。

【0140】

その結果として、本実施形態のアレーアンテナでは、全ての放射スロットの両端のインピーダンス軌跡（１→２、５→６、９→１０）が実軸上にあり、さらに、隣接する２つの放射エレメントを繋ぐ領域の両端のインピーダンス軌跡（２→５、６→９；図２１中に★印で示した破線枠内）がスミスチャートの中心の周囲を２回転した後に元の点と一致している。このことは、本実施形態のアレーアンテナでも等振幅等位相の励振が実現でき、よって利得が最大化できることを意味している。そして、その結果に至った理由は、ＷＲＧ上の放射スロットの開口と重ならない領域にのみ凸部を配置することにより、放射スロットの位置で寄生容量が付加されないこと、および、隣接する２つの放射スロット間の領域において、当該２つの放射スロットの中点の両側で、凸部が同じ組み合わせで且つ対称的な配置になるように設けられていることによる。

【0141】

以上のように、本実施形態によっても、拡張定在波法を用いて、複数の凸部を適切な位置に配置することにより、理想的な定在波励振を実現でき、アレーアンテナの利得を最大化することができる。

【0142】

上記のように、実施形態１、２では、λ_R／４以上の大きさの構造、すなわち、インピ
ーダンスまたはインダクタンスが、極小箇所から隣接する極大箇所まで変化するのに要する距離がλ_R／８以上である構造をＷＲＧに導入することにより、各スロットの励振状態
が調節されている。実施形態１、２では、その手法を用いて等振幅等位相の励振を実現したが、等振幅等位相以外の励振を実現するためにλ_R／４以上の大きさの構造を導入する
ことも可能である。

【0143】

＜他の実施形態＞
以下、他の実施形態を例示する。

【0144】

上記の実施形態１、２では、ＷＲＧ上に凹部および凸部の一方が設けられているが、凹部および凸部の両方が設けられていてもよい。

【0145】

例えば、図２２Ａに示すように、隣接する２つのスロット１１２の中点に対向する領域に凸部１２２ｂを設け、その両側に凹部１２２ｃを設けてもよい。また、図２２Ｂに示すように、隣接する２つのスロット１１２の中点に対向する位置に対称に２つの凹部１２２ｃを設け、さらにその外側に２つの凸部１２２ｂを設けてもよい。これらの構成では、インピーダンス軌跡が、図１８および図２１を参照しながら説明した軌跡とは異なる。しかし、このような構成によっても、凸部の位置および高さ、ならびに凹部の位置および深さを適切に調整することによって上記（１）、（２）の条件を満足させることにより、所望の励振状態を実現し得る。さらに、利得を最大化するという目的とは異なる目的（例えば
、効率を犠牲にしてサイドローブを低減する等）のために、上記（１）、（２）の条件を敢えて満足しないように設計することも可能である。その場合、各放射スロットの位置で所望の励振状態が実現するように、適切な形状の付加要素を適切な位置に配置し、さらには各スロットの形状および配置間隔を調節すればよい。

【0146】

例えば、上記の実施形態１、２で実現された等振幅等位相の状態を出発点とし、そこからスロット間隔を少しだけ変化させることで、各スロットから放射される電波の位相を必要量だけシフトさせることができる。スロットの形状をわずかに変更することで、各スロットから放射される電波の振幅に差をつけることができる。付加要素およびスロットの、形状および位置、さらにはＷＲＧ導波路各部の寸法は、例えば電磁界シミュレーションまたは進化的アルゴリズム等を利用して決定することができる。

【0147】

以上の実施形態１、２では、等振幅等位相の励振を実現するために、凹部または凸部などの付加要素が、隣接する２個のスロットの間において、２個のスロットの中点位置または中点位置に対向する導波面上の位置に関して対称に分布している。しかし、そのような対称的な分布でなくとも、付加要素の構造および位置を適切に設計することにより、同等の性能を実現することができる。

【0148】

図２３Ａは、導波部材１２２のさらに他の構造の例を示す図である。図２３Ａは、＋Ｚ方向から第２の導電部材１２０、導波部材１２２、および複数のロッド１２４をみた上面図である。図２３Ａでは、導波面１２２ａにおいて複数のスロットに対向する部分が破線で示されている。この例では、導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間の距離を変動させるのではなく、導波面１２２ａの幅を変動させている。このような構成においても、隣接する２つのスロットの中央付近のキャパシタンスが大きくなるため、図１９Ａおよび図１９Ｂに示す構成と同様の効果が得られる。この例では幅広部１２２ｅを前述の凸部の代わりに用いているが、狭小部を前述の凹部の代わりに用いてもよい。さらに、高さおよび幅の両方を、付加要素が配置されていない部分（中立部）から変化させた構造を付加要素として用いてもよい。また、凸部、凹部、幅広部、狭小部に代えて、誘電率が周囲の誘電率とは異なる部分を付加要素として導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの間の適切な位置に配置してもよい。

【0149】

図２３Ｂは、導波部材１２２のさらに他の構造の例を示す図である。図の表示様式は、図２３Ａと同一である。図２３Ａでは導波部材１２２の伸びる方向に沿って幅広部１２２ｅが等間隔に配置されていたが、この例では等間隔ではない。図２３ＢのＹ方向上から数えて１番目の幅広部１２２ｅと２番目の幅広部１２２ｅの間の間隔は、２番目の幅広部１２２ｅと３番目の幅広部１２２ｅの間隔よりも大きい。また、導波部材１２２は狭小部１２２ｆも含む。４番目の幅広部１２２ｅに続いて、狭小部１２２ｆが４つ並ぶ。その内、Ｙ方向上から数えて１番目の狭小部１２２ｆと２番目の狭小部１２２ｆの間の間隔は、２番目の狭小部１２２ｆと３番目の狭小部１２２ｆの間隔よりも小さい。

【0150】

この様に、幅広部や狭小部（幅狭部）の配置間隔を局所的に異ならせたり、幅広部および狭小部の両方を配置したりすることで、スロットアレイアンテナに必要な特性を付与することができる。

【0151】

次に、本開示の実施形態の他の構成例を説明する。

【0152】

・ホーンを有する構造
図２４Ａは、ホーンを有するスロットアンテナ２００の構成例を示す斜視図である。図２４Ｂは、図２４Ａに示す第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０のそれぞれを＋Ｚ方向からみた上面図である。図２４Ａおよび図２４Ｂは、簡単のため、第１の導電
部材１１０が、２つのスロット１１２と、それらをそれぞれ取り囲む２つのホーン１１４を有する例を示している。スロット１１２の数およびホーン１１４の数は３つ以上であってもよい。

【0153】

各ホーン１１４は、少なくとも表面が導電性の材料で構成された４つの側壁（すなわち２組の一対の導電壁）を有している。各側壁は、第１の導電部材１１０の表面に垂直な方向に対して傾斜している。ホーン１１４を設けることにより、各スロット１１２から放射される電磁波の指向性を向上させることができる。ホーン１１４の形状は、図示されるものに限定されない。例えば、各側壁が第１の導電部材１１０の表面に垂直な部分を有していてもよい。

【0154】

・導波部材、導電部材、および導電性ロッドの変形例
次に、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０、および導電性ロッド１２４の変形例を説明する。

【0155】

図２５Ａ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。第１の導電部材１１０および第２の導電部材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、第１の導電部材１１０、および第２の導電部材１２０の各々は、全体が導電性を有していなくてもよい。

【0156】

図２５Ｂは、導波部材１２２が第２の導電部材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、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０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と第２の導電部材１２０との間には間隙が存在する。このように、導波部材１２２は第２の導電部材１２０に接続されていなくてもよい。

【0157】

図２５Ｃは、第２の導電部材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。第２の導電部材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、第１の導電部材１１０は、金属などの導電性材料で構成されている。

【0158】

図２５Ｄおよび図２５Ｅ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２５Ｄは、導電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２５Ｅは、導電部材１２０が、樹脂などの誘電体製の部材の表面を、金属などの導電体で覆い、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ことによって生成された不動態皮膜などの酸化皮膜であってもよい。

【0159】

最表面の誘電体層は、ＷＲＧ導波路を伝搬する電磁波の損失を増加させる。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、およびＷＲＧ導波路によっては伝搬できない程度に周波数の低い交流電圧のかかる導線が、導電性ロッド１２４に接触し得る場所に配置されていても、短絡を防ぐことができる。

【0160】

図２５Ｆ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、第１の導電部材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９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。

【0161】

図２５Ｇは、図２５Ｆの構造において、更に、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９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良い。

【0162】

図２６Ａは、第１の導電部材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２６Ｂは、さらに、第２の導電部材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。

【0163】

第２の導電部材１２０上には、複数の導波部材１２２が配置されていてもよい。図２７は、第２の導電部材１２０上において２個の導波部材１２２が平行に延びる形態を示す斜視図である。複数の導波部材１２２を１つの導波構造内に設けることにより、複数のスロットが２次元的に短い間隔で配列されたアレーアンテナを実現することができる。図２７の構成では、２つの導波部材１２２の間に３列の導電性ロッド１２４を含む人工磁気導体が存在する。なお、複数の導波部材１２２が位置する領域全体の両側にも人工磁気導体が配置される。

【0164】

図２８Ａは、１６個のスロットが４行４列に配列されたアレーアンテナのＺ方向からみた上面図である。図２８Ｂは、図２８ＡのＢ−Ｂ線断面図である。このアレーアンテナにおける第１の導電部材１１０は、複数のスロット１１２にそれぞれ対応して配置された複数のホーン１１４を備えている。図示されるアレーアンテナにおいては、スロット１１２に直接的に結合する導波部材１２２Ｕを備える第１の導波路装置１００ａと、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合する他の導波部材１２２Ｌを備える第２の導波路装置１００ｂとが積層されている。第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌおよび導電性ロッド１２４Ｌは、第３の導電部材１４０上に配置されている。第２の導波路装置１００ｂは、基本的には、第１の導波路装置１００ａの構成と同様の構成を備えている。

【0165】

図２８Ａに示すように、導電部材１１０は、第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に直交する第２の方向（Ｘ方向）に配列された複数のスロット１１２を備える。各導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａは、Ｙ方向に延びており、複数のスロット１１２のうち、Ｙ方向に並んだ４つのスロットに対向している。この例では導電部材１１０は、４行４列に配列された１６個のスロット１１２を有しているが、スロット１１２の数はこの例に限定されない。各導波部材１２２Ｕは、複数のスロット１１２のうち、Ｙ方向に並んだ全てのスロットに対向している例に限らず、Ｙ方向に隣接する少なくとも２つのスロットに対向していればよい。隣接する２つの導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａの中心間隔は、例えば波長λｏよりも短く設定される。

【0166】

図２９Ａは、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。図３０は、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図から明らかなように、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕは直線状に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌは分岐部および屈曲部の両方を有している。第２の導波路装置１００ｂにおける「第２の導電部材１２０」と「第３の導電部材１４０」との組み合わせは、第１の導波路装置１００ａにおける「第１の導電部材１１
０」と「第２の導電部材１２０」との組み合わせに相当する。

【0167】

第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕは、第２の導電部材１２０が有するポート（開口部）１４５Ｕを通じて第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌに結合する。言い換えると、第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌを伝搬してきた電磁波は、ポート１４５Ｕを通って第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに達し、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬することができる。このとき、各スロット１１２は、導波路を伝搬してきた電磁波を空間に向けて放射するアンテナ素子として機能する。反対に、空間を伝搬してきた電磁波がスロット１１２に入射すると、その電磁波はスロット１１２の直下に位置する第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合し、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬する。第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、ポート１４５Ｕを通って第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌに達し、第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌを伝搬することも可能である。第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌは、第３の導電部材１４０のポート１４５Ｌを介して、外部にある導波路装置または高周波回路（電子回路）に結合され得る。図３０には、一例として、ポート１４５Ｌに接続された電子回路１９０が示されている。電子回路１９０は、特定の位置に限定されず、任意の位置に配置されていてよい。電子回路１９０は、例えば、第３の導電部材１４０の背面側（図２８Ｂにおける下側）の回路基板に配置され得る。そのような電子回路は、マイクロ波集積回路であり、例えば、ミリ波を生成あるいは受信するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり得る。

【0168】

図２８Ａに示される第１の導電部材１１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図２９Ａに示される第２の導電部材１２０、導波部材１２２Ｕ、および導電性ロッド１２４Ｕの全体を「励振層」と呼び、図３０に示される第３の導電部材１４０、導波部材１２２Ｌ、および導電性ロッド１２４Ｌの全体を「分配層」と呼んでもよい。また「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼んでもよい。「放射層」、「励振層」および「分配層」は、それぞれ、一枚の金属プレートを加工することによって量産され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。

【0169】

この例におけるアレーアンテナでは、図２８Ｂからわかるように、プレート状の放射層、励振層および分配層が積層されているため、全体としてフラットかつ低姿勢(ｌｏｗ
ｐｒｏｆｉｌｅ)のフラットパネルアンテナが実現している。例えば、図２８Ｂに示す断
面構成を持つ積層構造体の高さ(厚さ)を１０ｍｍ以下にすることができる。

【0170】

図３０に示される導波部材１２２Ｌによれば、第３の導電部材１４０のポート１４５Ｌから第２の導電部材１２０の各ポート１４５Ｕ(図２９Ａ参照)までの、導波部材１２２Ｌに沿った距離が、全て等しい値に設定されている。このため、第３の導電部材１４０のポート１４５Ｌから、導波部材１２２Ｌに入力された信号波は、第２の導電部材１２０の４つのポート１４５Ｕのそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第２の導電部材１２０上に配置された４個の導波部材１２２Ｕは、同位相で励振され得る。

【0171】

アンテナ素子として機能する全てのスロット１１２が同位相で電磁波を放射する必要はない。励振層および分配層における導波部材１２２Ｕおよび１２２Ｌのネットワークパターンは任意であり、各導波部材１２２Ｕおよび１２２Ｌが互いに異なる信号を独立して伝搬するように構成されていてもよい。

【0172】

図２９Ａの構成では、隣り合う２つの導波部材１２２Ｕの間に、複数の導電性ロッド１２４を含む人工磁気導体が配置されているが、この人工磁気導体が配置されていなくても
よい。

【0173】

図２９Ｂは、複数の導波部材１２２のうちの隣り合う２つの導波部材１２２の間に人工磁気導体が配置されていない例を示す図である。複数のスロット１１２を同一の位相で励振する場合には、隣り合う２つの導波部材１２２に沿って伝搬する電磁波が混合しても問題はない。よって、２つの導波部材１２２の間に導電性ロッド１２４などの人工磁気導体を設けなくてもよい。その場合でも、複数の導波部材１２２が並ぶ連続領域の両側には人工磁気導体が配置される。本開示では、図２９Ｂに示すように、複数の導波部材１２２が並ぶ連続領域の両側に人工磁気導体が配置されている構造であれば、複数の導波部材１２２の各々の両側に人工磁気導体が位置しているものと解釈する。このような例では、隣接する２つの導波部材１２２Ｕの間のＸ方向における間隙の長さは、λｍ／２未満に設定される。

【0174】

なお、本明細書では、本発明者の一人である桐野による論文（非特許文献１）、および同時期に関連する内容の研究を発表したKildalらの論文の記載を尊重して、「人工磁気導体」という用語を用いて本開示の技術を記載している。しかし、本発明者らの検討の結果、本開示に係る発明には、従来の定義における「人工磁気導体」を、必ずしも必須としないことが明らかになってきている。即ち、人工磁気導体には、周期構造が必須であると考えられてきたが、本開示に係る発明を実施するためには、必ずしも周期構造は必須ではない。

【0175】

本開示において、人工磁気導体は、導電性ロッドの列によって実現されている。よって、導波面から離れる方向に漏れ出てゆく電磁波を止めるためには、導波部材（リッジ）に沿って並ぶ導電性ロッドの列が、導波部材の片側に少なくとも２つあることが必須であると考えられてきた。導電性ロッド列の配置「周期」は、列が最低限２本なければ存在しないからである。しかし、本発明者らの検討によれば、平行に延びる２つの導波部材の間に、導電性ロッドの列が１列しか配置されていない場合でも、一方の導波部材から他方の導波部材に漏れ出る信号の強度は−１０ｄＢ以下に抑えられる。これは、多くの用途において実用上十分な値である。不完全な周期構造しか持たない状態で、このような十分なレベルの分離が達成される理由は、今のところ不明である。しかし、この事実を考慮し、本開示においては、「人工磁気導体」という概念を拡張し、「人工磁気導体」の用語が、便宜上導電性ロッドが１列のみ配置された構造をも包含することとする。

【0176】

・スロットの変形例
次に、スロット１１２の形状の変形例を説明する。これまでの例では、スロット１１２の平面形状は矩形（長方形）であるものとしたが、スロット１１２は他の形状を有していてもよい。以下、図３１Ａ〜３１Ｄを参照しながら、スロットの形状の他の例を説明する。

【0177】

図３１Ａは、両端部が楕円の一部に類似する形状を有するスロット１１２ａの例を示している。このスロット１１２ａの長さ、すなわち長手方向のサイズ（図中において矢印で示す長さ）Ｌ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、動作周波数の中心周波数に対応する自由空間中での波長をλｏとして、λｏ／２＜Ｌ＜λｏ、例えば約λｏ／２に設定される。

【0178】

図３１Ｂは、一対の縦部分１１３Ｌおよび一対の縦部分１１３Ｌを繋ぐ横部分１１３Ｔからなる形状（本明細書において「Ｈ形状」と称する。）を有するスロット１１２ｂの例を示している。横部分１１３Ｔは、一対の縦部分１１３Ｌにほぼ垂直であり、一対の縦部分１１３Ｌ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１１２ｂでも、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。上記条件を満たすために、Ｈ形状の中心点（横部分１１３Ｔの中心点）から端部（縦部分１１３Ｌのいずれかの端部）までの、横部分１１３Ｔおよび縦部分１１３Ｌの半部分の２つに沿った長さの２倍の寸法をＬとして、λｏ／２＜Ｌ＜λｏ、例えば約λｏ／２に設定される。これに基づいて、横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を例えばλｏ／２未満にでき、横部分１１３Ｔの長さ方向のスロット間隔を短縮することができる。

【0179】

図３１Ｃは、横部分１１３Ｔおよび横部分１１３Ｔの両端から延びる一対の縦部分１１３Ｌを有するスロット１１２ｃの例を示している。一対の縦部分１１３Ｌの横部分１１３Ｔから延びる方向は横部分１１３Ｔにほぼ垂直であり、互いに逆である。この例でも横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を、例えばλｏ／２未満にできるため、横部分１１３Ｔの長さ方向のスロット間隔を短縮することができる。

【0180】

図３１Ｄは、横部分１１３Ｔおよび横部分１１３Ｔの両端から横部分１１３Ｔに垂直な同じ方向に延びる一対の縦部分１１３Ｌを有するスロット１１２ｄの例を示している。この例でも横部分１１３Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を、例えばλｏ／２未満にできるため、横部分１１３Ｔの長さ方向のスロット間隔を短縮することができる。

【0181】

図３２は、図３１Ａ〜３１Ｄに示す４種類のスロット１１２ａ〜１１２ｄを、導波部材１２２上に配置した場合の平面レイアウトを示す図である。図示されるように、スロット１１２ｂ〜１１２ｄを用いることにより、スロット１１２ａを用いた場合と比較して、横部１１３Ｔの長さ方向（「横方向」と称する。）のサイズを短くすることができる。このため、複数の導波部材１２２を平行に並べた構造において、横方向のスロットの間隔を短くすることができる。

【0182】

なお、以上の例では、スロットの長手方向または横部の延びている方向が導波部材１２２の幅方向と一致しているが、両者の方向が互いに交差していてもよい。そのような構成では、放射される電磁波の偏波面を傾けることができる。これにより、例えば車載レーダに利用した場合、自車両が放射した電磁波と対向車から放射された電磁波とを区別することができる。

【0183】

以上のように、本開示の実施形態によれば、例えば、導電部材上の複数のスロットの間隔を狭くし、かつ、等振幅かつ等位相の励振を行うことが可能である。このため、小型かつ高利得のレーダ装置、レーダシステム、または無線通信システム等を実現することができる。本開示の実施形態は、等振幅かつ等位相の励振を行う形態に限定されない。例えば、レーダの出力効率を犠牲にしてサイドローブを低減する等の他の目的を実現することもできる。各スロットの位置における振幅および位相を個別に調整できるため、任意の放射パターンで電磁波を放射することが可能である。また、定在波給電に限定されず、進行波給電を適用してもよい。このように、本開示の技術は、幅広い目的および用途に適用することができる。

【0184】

本開示における導波路装置およびスロットアレーアンテナ（アンテナ装置）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好適に用いられ得る。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ーアンテナと、当該スロットアレーアンテナに接続された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。本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、小型化が可能なＷＲＧ構造を備えているため、従来の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著しく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、例えば車両のリアビューミラーの鏡面の反対側の
面のような狭小な場所、またはＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）のような小型の移動体にも容易に搭載することができる。なお、レーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。

【0185】

本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、無線通信システムにも利用できる。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ーアンテナと、通信回路（送信回路または受信回路）とを備える。無線通信システムへの応用例の詳細については、後述する。

【0186】

本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、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。アレーアンテナはまた、店舗その他の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。

【0187】

＜応用例１：車載レーダシステム＞
次に、上述したスロットアレーアンテナを利用する応用例として、スロットアレーアンテナを備えた車載レーダシステムの一例を説明する。車載レーダシステムに利用される送信波は、例えば７６ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の周波数を有し、その自由空間中の波長λｏは約４ｍｍである。

【0188】

自動車の衝突防止システムおよび自動運転などの安全技術には、特に自車両の前方を走行する１または複数の車両（物標）の識別が不可欠である。車両の識別方法として、従来、レーダシステムを用いた到来波の方向を推定する技術の開発が進められてきた。

【0189】

図３３は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す。自車両５００は、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナを有する車載レーダシステムを備えている。自車両５００の車載レーダシステムが高周波の送信信号を放射すると、その送信信号は先行車両５０２に到達して先行車両５０２で反射され、その一部は再び自車両５００に戻る。車載レーダシステムは、その信号を受信して、先行車両５０２の位置、先行車両５０２までの距離、速度等を算出する。

【0190】

図３４は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す。車載レーダシステム５１０は車内に配置されている。より具体的には、車載レーダシステム５１０は、リアビューミラーの鏡面と反対側の面に配置されている。車載レーダシステム５１０は、車内から車両５００の進行方向に向けて高周波の送信信号を放射し、進行方向から到来した信号を受信する。

【0191】

本応用例による車載レーダシステム５１０は、本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナを有している。スロットアレーアンテナは、互いに平行な複数の導波部材を有し得る。複数の導波部材の各々が延びる方向が鉛直方向に一致し、複数の導波部材の配列方向が水平方向に一致するように配置される。このため、複数のスロットを正面から見た
ときの横方向および縦方向の寸法をより小さくできる。

【0192】

上述のアレーアンテナを含むアンテナ装置の寸法の一例は、横×縦×奥行きが、６０×３０×１０ｍｍである。７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダシステムのサイズとしては非常に小型であることが理解される。

【0193】

なお、従来の多くの車載レーダシステムは、車外、例えばフロントノーズの先端部に設置されている。その理由は、車載レーダシステムのサイズが比較的大きく、本開示のように車内に設置することが困難であるからである。本応用例による車載レーダシステム５１０は、前述のように車内に設置できるが、フロントノーズの先端に搭載してもよい。フロントノーズにおいて、車載レーダシステムが占める領域を減少させられるため、他の部品の配置が容易になる。

【0194】

本応用例によれば、送信アンテナに用いられる複数の導波部材（リッジ）の間隔を狭くすることができるため、隣接する複数の導波部材に対向して設けられる複数のスロットの間隔も狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制することができる。例えば、横方向に隣接する２つのスロットの中心間隔を送信波の自由空間波長λｏよりも短く（約４ｍｍ未満に）した場合には、グレーティングローブは前方には発生しない。これにより、グレーティングローブの影響を抑制できる。なお、グレーティングローブは、アンテナ素子の配列間隔が電磁波の波長の半分よりも大きくなると出現する。しかし、配列間隔が波長未満であればグレーティングローブは前方には現れない。このため、本応用例のように、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子が前方にのみ感度を持つ場合は、アンテナ素子の配置間隔が波長よりも小さければ、グレーティングローブは実質的には影響しない。送信アンテナのアレーファクタを調整することにより、送信アンテナの指向性を調整することができる。複数の導波部材上を伝送される電磁波の位相を個別に調整できるように、位相シフタを設けてもよい。位相シフタを設けることにより、送信アンテナの指向性を任意の方向に変更することができる。位相シフタの構成は周知であるため、その構成の説明は省略する。

【0195】

本応用例における受信アンテナは、グレーティングローブに由来する反射波の受信を低減できるため、以下に説明する処理の精度を向上させることができる。以下、受信処理の一例を説明する。

【0196】

図３５Ａは、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋ（ｋ：１〜Ｋの整数；以下同じ。Ｋは異なる方位に存在する物標の数。）との関係を示している。アレーアンテナＡＡは、直線状に配列されたＭ個のアンテナ素子を有する。原理上、アンテナは送信および受信の両方に利用することが可能であるため、アレーアンテナＡＡは送信アンテナおよび受信アンテナの両方を含み得る。以下では受信アンテナが受信した到来波を処理する方法の例を説明する。

【0197】

アレーアンテナＡＡは、様々な角度から同時に入射する複数の到来波を受ける。複数の到来波の中には、同じ車載レーダシステム５１０の送信アンテナから放射され、物標で反射された到来波が含まれる。さらに、複数の到来波の中には、他の車両から放射された直接的または間接的な到来波も含まれる。

【0198】

到来波の入射角度（すなわち到来方向を示す角度）は、アレーアンテナＡＡのブロードサイドＢを基準とする角度を表している。到来波の入射角度は、アンテナ素子群が並ぶ直線方向に垂直な方向に対する角度を表す。

【0199】

いま、ｋ番目の到来波に注目する。「ｋ番目の到来波」とは、異なる方位に存在するＫ
個の物標からアレーアンテナにＫ個の到来波が入射しているときにおける、入射角θ_kに
よって識別される到来波を意味する。

【0200】

図３５Ｂは、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示している。アレーアンテナＡＡが受信した信号は、Ｍ個の要素を持つ「ベクトル」として、数１のように表現できる。
（数１）
Ｓ＝［ｓ₁，ｓ₂，…，ｓ_M］^T

【0201】

ここで、ｓ_m（ｍ：１〜Ｍの整数；以下同じ。）は、ｍ番目のアンテナ素子が受信した
信号の値である。上付きのＴは転置を意味する。Ｓは列ベクトルである。列ベクトルＳは、アレーアンテナの構成によって決まる方向ベクトル（ステアリングベクトルまたはモードベクトルと称する。）と、物標（波源または信号源とも称する。）における信号を示す複素ベクトルとの積によって与えられる。波源の個数がＫであるとき、各波源から個々のアンテナ素子に到来する信号の波が線形的に重畳される。このとき、ｓ_mは数２のように
表現できる。

【数2】

【0202】

数２におけるａ_k、θ_kおよびφ_kは、それぞれ、ｋ番目の到来波の振幅、到来波の入射
角度、および初期位相である。λは到来波の波長を示し、ｊは虚数単位である。

【0203】

数２から理解されるように、ｓ_mは、実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）とから構成される複
素数として表現されている。

【0204】

ノイズ（内部雑音または熱雑音）を考慮してさらに一般化すると、アレー受信信号Ｘは数３のように表現できる。
（数３）
Ｘ＝Ｓ＋Ｎ
Ｎはノイズのベクトル表現である。

【0205】

信号処理回路は、数３に示されるアレー受信信号Ｘを用いて到来波の自己相関行列Ｒｘｘ（数４）を求め、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求める。

【数4】

【0206】

ここで、上付きのＨは複素共役転置（エルミート共役）を表す。

【0207】

求めた複数の固有値のうち、熱雑音によって定まる所定値以上の値を有する固有値（信号空間固有値）の個数が、到来波の個数に対応する。そして、反射波の到来方向の尤度が
最も大きくなる（最尤度となる）角度を算出することにより、物標の数および各物標が存在する角度を特定することができる。この処理は、最尤推定法として公知である。

【0208】

次に、図３６を参照する。図３６は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。図３６に示される車両走行制御装置６００は、車両に実装されたレーダシステム５１０と、レーダシステム５１０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、レーダ信号処理装置５３０とを有している。

【0209】

アレーアンテナＡＡは、複数のアンテナ素子を有しており、その各々が１個または複数個の到来波に応答して受信信号を出力する。上述のように、アレーアンテナＡＡは高周波のミリ波を放射することも可能である。

【0210】

レーダシステム５１０のうち、アレーアンテナＡＡは車両に取り付けられる必要がある。しかしながらレーダ信号処理装置５３０の少なくとも一部の機能は、車両走行制御装置６００の外部（例えば自車両の外）に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２によって実現されてもよい。その場合、レーダ信号処理装置５３０のうちで車両内に位置する部分は、車両の外部に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２に、信号またはデータの双方向通信が行えるように、常時または随時に接続され得る。通信は、車両が備える通信デバイス５４０、および一般の通信ネットワークを介して行われる。

【0211】

データベース５５２は、各種の信号処理アルゴリズムを規定するプログラムを格納していてもよい。レーダシステム５１０の動作に必要なデータおよびプログラムの内容は、通信デバイス５４０を介して外部から更新され得る。このように、レーダシステム５１０の少なくとも一部の機能は、クラウドコンピューティングの技術により、自車両の外部(他
の車両の内部を含む)において実現し得る。したがって、本開示における「車載」のレー
ダシステムは、構成要素のすべてが車両に搭載されていることを必要としない。ただし、本願では、簡単のため、特に断らない限り、本開示の構成要素のすべてが１台の車両（自車両）に搭載されている形態を説明する。

【0212】

レーダ信号処理装置５３０は、信号処理回路５６０を有している。この信号処理回路５６０は、アレーアンテナＡＡから直接または間接に受信信号を受け取り、受信信号、または受信信号から生成した二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力する。受信信号から二次信号を生成する回路（不示）の一部または全部は、信号処理回路５６０の内部に設けられている必要はない。このような回路（前処理回路）の一部または全部は、アレーアンテナＡＡとレーダ信号処理装置５３０との間に設けられていてもよい。

【0213】

信号処理回路５６０は、受信信号または二次信号を用いて演算を行い、到来波の個数を示す信号を出力するように構成されている。ここで、「到来波の個数を示す信号」は、自車両の前方を走行する１または複数の先行車両の数を示す信号ということができる。

【0214】

この信号処理回路５６０は、公知のレーダ信号処理装置が実行する各種の信号処理を実行するように構成されていればよい。例えば、信号処理回路５６０は、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などの「超分解能アルゴリズム」（スーパーレゾリューション法）、または相対的に分解能が低い他の到来方向推定アルゴリズムを実行するように構成され得る。

【0215】

図３６に示す到来波推定ユニットＡＵは、任意の到来方向推定アルゴリズムにより、到来波の方位を示す角度を推定し、推定結果を示す信号を出力する。信号処理回路５６０は
、到来波推定ユニットＡＵによって実行される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。

【0216】

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５６０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５６０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５６０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５６０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５６０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５６０として機能し得る。

【0217】

走行支援電子制御装置５２０は、レーダ信号処理装置５３０から出力される各種の信号に基づいて車両の走行支援を行うように構成されている。走行支援電子制御装置５２０は、所定の機能を発揮するように各種の電子制御ユニットに指示を行う。所定の機能は、例えば、先行車両までの距離（車間距離）が予め設定された値よりも短くなったときに警報を発してドライバにブレーキ操作を促す機能、ブレーキを制御する機能、アクセルを制御する機能を含む。例えば、自車両のアダプティブクルーズコントロールを行う動作モードのとき、走行支援電子制御装置５２０は、各種の電子制御ユニット（不図示）およびアクチュエータに所定の信号を送り、自車両から先行車両までの距離を予め設定された値に維持したり、自車両の走行速度を予め設定された値に維持したりする。

【0218】

ＭＵＳＩＣ法による場合、信号処理回路５６０は、自己相関行列の各固有値を求め、それらのうちの熱雑音によって定まる所定値（熱雑音電力）より大きい固有値（信号空間固有値）の個数を示す信号を、到来波の個数を示す信号として出力する。

【0219】

次に、図３７を参照する。図３７は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。図３７の車両走行制御装置６００におけるレーダシステム５１０は、受信専用のアレーアンテナ（受信アンテナとも称する。）Ｒｘおよび送信専用のアレーアンテナ（送信アンテナとも称する。）Ｔｘを含むアレーアンテナＡＡと、物体検知装置５７０とを有している。

【0220】

送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘの少なくとも一方は、上述した導波路構造を有している。送信アンテナＴｘは、例えばミリ波である送信波を放射する。受信専用の受信アンテナＲｘは、１個または複数個の到来波（例えばミリ波）に応答して受信信号を出力する。

【0221】

送受信回路５８０は、送信波のための送信信号を送信アンテナＴｘに送り、また、受信アンテナＲｘで受けた受信波による受信信号の「前処理」を行う。前処理の一部または全部は、レーダ信号処理装置５３０の信号処理回路５６０によって実行されてもよい。送受信回路５８０が行う前処理の典型的な例は、受信信号からビート信号を生成すること、および、アナログ形式の受信信号をデジタル形式の受信信号に変換することを含み得る。

【0222】

なお、本開示によるレーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、道路または建物に固定されて使用され得る。

【0223】

続いて、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を説明する。

【0224】

図３８は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。図３８に示される車両走行制御装置６００は、レーダシステム５１０と、車載カメラシステム７００とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、アレーアンテナＡＡに接続された送受信回路５８０と、信号処理回路５６０とを有している。

【0225】

車載カメラシステム７００は、車両に搭載される車載カメラ７１０と、車載カメラ７１０によって取得された画像または映像を処理する画像処理回路７２０とを有している。

【0226】

本応用例における車両走行制御装置６００は、アレーアンテナＡＡおよび車載カメラ７１０に接続された物体検知装置５７０と、物体検知装置５７０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。この物体検知装置５７０は、前述したレーダ信号処理装置５３０（信号処理回路５６０を含む）に加えて、送受信回路５８０および画像処理回路７２０を含んでいる。物体検知装置５７０は、レーダシステム５１０によって得られる情報だけではなく、画像処理回路７２０によって得られる情報を利用して、道路上または道路近傍における物標を検知することができる。例えば自車両が同一方向の２本以上の車線のいずれかを走行している最中において、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを、画像処理回路７２０によって判別し、その判別の結果を信号処理回路５６０に与えることができる。信号処理回路５６０は、所定の到来方向推定アルゴリズム（例えばＭＵＳＩＣ法）によって先行車両の数および方位を認識するとき、画像処理回路７２０からの情報を参照することにより、先行車両の配置について、より信頼度の高い情報を提供することが可能になる。

【0227】

なお、車載カメラシステム７００は、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを特定する手段の一例である。他の手段を利用して自車両の車線位置を特定してもよい。例えば、超広帯域無線（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）を利用して、複数車線のどの車線を自車両が走行しているかを特定することができる。超広帯域無線が位置測定および／またはレーダとして利用可能なことは広く知られている。超広帯域無線を利用すれば、レーダの距離分解能が高まるため、前方に多数の車両が存在する場合でも、距離の差に基づいて個々の物標を区別して検知できる。このため、路肩のガードレール、または中央分離帯からの距離を精度よく特定することが可能である。各車線の幅は、各国の法律などで予め定められている。これらの情報を利用して、自車両が現在走行中の車線の位置を特定することができる。なお、超広帯域無線は一例である。他の無線による電波を利用してもよい。また、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）をレーダと組み合わせて用いてもよい。ＬＩＤＡＲは、「レーザレーダ」と呼ばれることもある。

【0228】

アレーアンテナＡＡは、一般的な車載用ミリ波アレーアンテナであり得る。本応用例における送信アンテナＴｘは、ミリ波を送信波として車両の前方に放射する。送信波の一部は、典型的には先行車両である物標によって反射される。これにより、物標を波源とする反射波が発生する。反射波の一部は、到来波としてアレーアンテナ（受信アンテナ）ＡＡに到達する。アレーアンテナＡＡを構成している複数のアンテナ素子の各々は、１個または複数個の到来波に応答して、受信信号を出力する。反射波の波源として機能する物標の個数がＫ個（Ｋは１以上の整数）である場合、到来波の個数はＫ個であるが、到来波の個数Ｋは既知ではない。

【0229】

図３６の例では、レーダシステム５１０はアレーアンテナＡＡも含めて一体的にリアビューミラーに配置されるとした。しかしながら、アレーアンテナＡＡの個数および位置は、特定の個数および特定の位置に限定されない。アレーアンテナＡＡは、車両の後方に位置する物標を検知できるように車両の後面に配置されてもよい。また、車両の前面または
後面に複数のアレーアンテナＡＡが配置されていてもよい。アレーアンテナＡＡは、車両の室内に配置されていてもよい。アレーアンテナＡＡとして、各アンテナ素子が上述したホーンを有するホーンアンテナが採用される場合でも、そのようなアンテナ素子を備えるアレーアンテナは車両の室内に配置され得る。

【0230】

信号処理回路５６０は、受信アンテナＲｘによって受信され、送受信回路５８０によって前処理された受信信号を受け取り、処理する。この処理は、受信信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、
または、受信信号から二次信号を生成して二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、を含む。

【0231】

図３８の例では、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号を受け取る選択回路５９６が物体検知装置５７０内に設けられている。選択回路５９６は、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号の一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に与える。

【0232】

図３９は、本応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。

【0233】

図３９に示すように、アレーアンテナＡＡは、ミリ波の送信を行う送信アンテナＴｘと、物標で反射された到来波を受信する受信アンテナＲｘとを備えている。図面上では送信アンテナＴｘは１つであるが、特性の異なる２種類以上の送信アンテナが設けられていてもよい。アレーアンテナＡＡは、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）のアンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mを備えている。複数のアンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mの各々は、到来波に応答して、受信信号ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_M（図３５Ｂ）を出力する。

【0234】

アレーアンテナＡＡにおいて、アンテナ素子１１₁〜１１_Mは、例えば、固定された間隔を空けて直線状または面状に配列されている。到来波は、アンテナ素子１１₁〜１１_Mが配列されている面の法線に対する角度θの方向からアレーアンテナＡＡに入射する。このため、到来波の到来方向は、この角度θによって規定される。

【0235】

１個の物標からの到来波がアレーアンテナＡＡに入射するとき、アンテナ素子１１₁〜
１１_Mには、同一の角度θの方位から平面波が入射すると近似できる。異なる方位にある
Ｋ個の物標からアレーアンテナＡＡにＫ個の到来波が入射しているとき、相互に異なる角度θ₁〜θ_Kによって個々の到来波を識別することができる。

【0236】

図３９に示されるように、物体検知装置５７０は、送受信回路５８０と信号処理回路５６０とを含む。

【0237】

送受信回路５８０は、三角波生成回路５８１、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御可変発振器）５８２、分配器５８３、ミキサ５８４、フィルタ５８５、スイッチ５８６、Ａ／Ｄコンバータ５８７、制御器５８８を備える。本応用例におけるレーダシステムは、ＦＭＣＷ方式でミリ波の送受信を行うように構成されているが、本開示のレーダシステムは、この方式に限定されない。送受信回路５８０は、アレーアンテナＡＡからの受信信号と送信アンテナＴｘのための送信信号とに基づいて、ビート信号を生成するように構成されている。

【0238】

信号処理回路５６０は、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６を備える。信号処理回路５６０は、送受信回路５８０のＡ／Ｄコンバータ５８７からの信号を処理し、検出された物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を示す信号をそれぞれ
出力するように構成されている。

【0239】

まず、送受信回路５８０の構成および動作を詳細に説明する。

【0240】

三角波生成回路５８１は三角波信号を生成し、ＶＣＯ５８２に与える。ＶＣＯ５８２は、三角波信号に基づいて変調された周波数を有する送信信号を出力する。図４０は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示している。この波形の変調幅はΔｆ、中心周波数はｆ０である。このようにして周波数が変調された送信信号は分配器５８３に与えられる。分配器５８３は、ＶＣＯ５８２から得た送信信号を、各ミキサ５８４および送信アンテナＴｘに分配する。こうして、送信アンテナは、図４０に示されるように三角波状に変調された周波数を有するミリ波を放射する。

【0241】

図４０には、送信信号に加えて、単一の先行車両で反射された到来波による受信信号の例が記載されている。受信信号は、送信信号に比べて遅延している。この遅延は、自車両と先行車両との距離に比例している。また、受信信号の周波数は、ドップラー効果により、先行車両の相対速度に応じて増減する。

【0242】

受信信号と送信信号とを混合すると、周波数の差異に基づいてビート信号が生成される。このビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号の周波数が増加する期間（上り）と、送信信号の周波数が減少する期間（下り）とで異なる。各期間におけるビート周波数が求められると、それらのビート周波数に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。

【0243】

図４１は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示している。図４１のグラフにおいて、横軸が周波数、縦軸が信号強度である。このようなグラフは、ビート信号の時間−周波数変換を行うことによって得られる。ビート周波数ｆｕ、ｆｄが得られると、公知の式に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。本応用例では、以下に説明する構成および動作により、アレーアンテナＡＡの各アンテナ素子に対応したビート周波数を求め、それに基づいて物標の位置情報を推定することが可能になる。

【0244】

図３９に示される例において、各アンテナ素子１１₁〜１１_Mに対応したチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mからの受信信号は、増幅器によって増幅され、対応するミキサ５８４に入力される。ミキサ５８４の各々は、増幅された受信信号に送信信号を混合する。この混合により、受信信号と送信信号との間にある周波数差に対応したビート信号が生成される。生成されたビート信号は、対応するフィルタ５８５に与えられる。フィルタ５８５は、チャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号の帯域制限を行い、帯域制限されたビート信号をスイッチ５８６に与える。

【0245】

スイッチ５８６は、制御器５８８から入力されるサンプリング信号に応答してスイッチングを実行する。制御器５８８は、例えばマイクロコンピュータによって構成され得る。制御器５８８は、ＲＯＭなどのメモリに格納されたコンピュータプログラムに基づいて、送受信回路５８０の全体を制御する。制御器５８８は、送受信回路５８０の内部に設けられている必要はなく、信号処理回路５６０の内部に設けられていてもよい。つまり、送受信回路５８０は信号処理回路５６０からの制御信号にしたがって動作してもよい。または、送受信回路５８０および信号処理回路５６０の全体を制御する中央演算ユニットなどによって、制御器５８８の機能の一部または全部が実現されていてもよい。

【0246】

フィルタ５８５の各々を通過したチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号は、スイッチ５８６を介して、順次、Ａ／Ｄコンバータ５８７に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ５８７は
、スイッチ５８６から入力されるチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mのビート信号を、サンプリング信号に同期してデジタル信号に変換する。

【0247】

以下、信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。本応用例では、ＦＭＣＷ方式によって、物標までの距離および物標の相対速度を推定する。レーダシステムは、以下に説明するＦＭＣＷ方式に限定されず、２周波ＣＷまたはスペクトル拡散などの他の方式を用いても実施可能である。

【0248】

図３９に示される例において、信号処理回路５６０は、メモリ５３１、受信強度算出部５３２、距離検出部５３３、速度検出部５３４、ＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）処理部５３５、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、物標出力処理部５３９および到来波推定ユニットＡＵを備えている。前述したように、信号処理回路５６０の一部または全部がＦＰＧＡによって実現されていてもよく、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合によって実現されていてもよい。メモリ５３１、受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、および到来波推定ユニットＡＵは、それぞれ、別個のハードウェアによって実現される個々の部品であってもよいし、１つの信号処理回路における機能上のブロックであってもよい。

【0249】

図４２は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示している。このような構成を有する信号処理回路５６０も、メモリ装置ＭＤに格納されたコンピュータプログラムの働きにより、図３９に示す受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、到来波推定ユニットＡＵの機能が果たされ得る。

【0250】

本応用例における信号処理回路５６０は、デジタル信号に変換された各ビート信号を受信信号の二次信号として、先行車両の位置情報を推定し、推定結果を示す信号を出力するよう構成されている。以下、本応用例における信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。

【0251】

信号処理回路５６０内のメモリ５３１は、Ａ／Ｄコンバータ５８７から出力されるデジタル信号をチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとに格納する。メモリ５３１は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクおよび／または光ディスクなどの一般的な記憶媒体によって構成され得る。

【0252】

受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとのビート信号（図４０の下図）に対してフーリエ変換を行う。本明細書では、フーリエ変換後の複素数データの振幅を「信号強度」と称する。受信強度算出部５３２は、複数のアンテナ素子のいずれかの受信信号の複素数データ、または、複数のアンテナ素子のすべての受信信号の複素数データの加算値を周波数スペクトルに変換する。こうして得られたスペクトルの各ピーク値に対応するビート周波数、すなわち距離に依存した物標（先行車両）の存在を検出することができる。全アンテナ素子の受信信号の複素数データを加算すると、ノイズ成分が平均化されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。

【0253】

物標、すなわち先行車両が１個の場合、フーリエ変換の結果、図４１に示されるように、周波数が増加する期間（「上り」の期間）および減少する期間（「下り」の期間）に、それぞれ、１個のピーク値を有するスペクトルが得られる。「上り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｕ」、「下り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｄ」とする。

【0254】

受信強度算出部５３２は、ビート周波数毎の信号強度から、予め設定された数値（閾値）を超える信号強度を検出することによって、物標が存在していることを判定する。受信強度算出部５３２は、信号強度のピークを検出した場合、ピーク値のビート周波数（ｆｕ、ｆｄ）を対象物周波数として距離検出部５３３、速度検出部５３４へ出力する。受信強度算出部５３２は、周波数変調幅Δｆを示す情報を距離検出部５３３へ出力し、中心周波数ｆ０を示す情報を速度検出部５３４へ出力する。

【0255】

受信強度算出部５３２は、複数の物標に対応する信号強度のピークが検出された場合には、上りのピーク値と下りのピーク値とを予め定められた条件によって対応づける。同一の物標からの信号と判断されたピークに同一の番号を付与し、距離検出部５３３および速度検出部５３４に与える。

【0256】

複数の物標が存在する場合、フーリエ変換後、ビート信号の上り部分とビート信号の下り部分のそれぞれに物標の数と同じ数のピークが表れる。レーダと物標の距離に比例して、受信信号が遅延し、図４０における受信信号は右方向にシフトするので、レーダと物標との距離が離れるほど、ビート信号の周波数は、大きくなる。

【0257】

距離検出部５３３は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式により距離Ｒを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｒ＝｛Ｃ・Ｔ／（２・Δｆ）｝・｛（ｆｕ＋ｆｄ）／２｝

【0258】

また、速度検出部５３４は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式によって相対速度Ｖを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｖ＝｛Ｃ／（２・ｆ０）｝・｛（ｆｕ−ｆｄ）／２｝

【0259】

距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する式において、Ｃは光速度、Ｔは変調周期である。

【0260】

なお、距離Ｒの分解能下限値は、Ｃ／（２Δｆ）で表される。したがって、Δｆが大きくなるほど、距離Ｒの分解能が高まる。周波数ｆ０が７６ＧＨｚ帯の場合において、Δｆを６６０メガヘルツ（ＭＨｚ）程度に設定するとき、距離Ｒの分解能は例えば０．２３メートル（ｍ）程度である。このため、２台の先行車両が併走しているとき、ＦＭＣＷ方式では車両が１台なのか２台なのかを識別することが困難である場合がある。このような場合、角度分解能が極めて高い到来方向推定アルゴリズムを実行すれば、２台の先行車両の方位を分離して検出することが可能である。

【0261】

ＤＢＦ処理部５３５は、アンテナ素子１１₁、１１₂、・・・、１１_Mにおける信号の位
相差を利用して、入力される各アンテナに対応した時間軸でフーリエ変換された複素データを、アンテナ素子の配列方向にフーリエ変換する。そして、ＤＢＦ処理部５３５は、角度分解能に対応した角度チャネル毎のスペクトルの強度を示す空間複素数データを算出し、ビート周波数毎に方位検出部５３６に出力する。

【0262】

方位検出部５３６は、先行車両の方位を推定するために設けられている。方位検出部５３６は、算出されたビート周波数毎の空間複素数データの値の大きさのうち、一番大きな値を取る角度θを対象物が存在する方位として物標引継ぎ処理部５３７に出力する。

【0263】

なお、到来波の到来方向を示す角度θを推定する方法は、この例に限定されない。前述した種々の到来方向推定アルゴリズムを用いて行うことができる。

【0264】

物標引継ぎ処理部５３７は、今回算出した対象物の距離、相対速度、方位の値と、メモリ５３１から読み出した１サイクル前に算出された対象物の距離、相対速度、方位の値とのそれぞれの差分の絶対値を算出する。そして、差分の絶対値が、それぞれの値毎に決められた値よりも小さいとき、物標引継ぎ処理部５３７は、１サイクル前に検知した物標と今回検知した物標とを同じものと判定する。その場合、物標引継ぎ処理部５３７は、メモリ５３１から読み出したその物標の引継ぎ処理回数を１つだけ増やす。

【0265】

物標引継ぎ処理部５３７は、差分の絶対値が決められた値よりも大きな場合には、新しい対象物を検知したと判断する。物標引継ぎ処理部５３７は、今回の対象物の距離、相対速度、方位およびその対象物の物標引継ぎ処理回数をメモリ５３１に保存する。

【0266】

信号処理回路５６０で、受信した反射波を基にして生成された信号であるビート信号を周波数解析して得られるスペクトラムを用い、対象物との距離、相対速度を検出することができる。

【0267】

相関行列生成部５３８は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとのビート信号（図４０の下図）を用いて自己相関行列を求める。数４の自己相関行列において、各行列の成分は、ビート信号の実部および虚部によって表現される値である。相関行列生成部５３８は、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求め、得られた固有値の情報を到来波推定ユニットＡＵへ入力する。

【0268】

受信強度算出部５３２は、複数の対象物に対応する信号強度のピークが複数検出された場合、上りの部分および下りの部分のピーク値ごとに、周波数が小さいものから順番に番号をつけて、物標出力処理部５３９へ出力する。ここで、上りおよび下りの部分において、同じ番号のピークは、同じ対象物に対応しており、それぞれの識別番号を対象物の番号とする。なお、煩雑化を回避するため、図３９では、受信強度算出部５３２から物標出力処理部５３９への引出線の記載は省略している。

【0269】

物標出力処理部５３９は、対象物が前方構造物である場合に、その対象物の識別番号を物標として出力する。物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合、自車両の車線上にある対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。また、物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合であって、２つ以上の対象物が自車両の車線上にある場合、メモリ５３１から読み出した物標引継ぎ処理回数が多い対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。

【0270】

再び図３８を参照し、車載レーダシステム５１０が図３８に示す構成例に組み込まれた場合の例を説明する。画像処理回路７２０は、映像から物体の情報を取得し、その物体の情報から物標位置情報を検出する。画像処理回路７２０は、例えば、取得した映像内のオブジェクトの奥行き値を検出して物体の距離情報を推定したり、映像の特徴量から物体の大きさの情報などを検出したりすることにより、予め設定された物体の位置情報を検出するように構成されている。

【0271】

選択回路５９６は、信号処理回路５６０および画像処理回路７２０から受け取った位置情報を選択的に走行支援電子制御装置５２０に与える。選択回路５９６は、例えば、信号処理回路５６０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第１距離と、画像処理回路７２０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第２距離とを比較してどちらが自車両に対して近距離であるかを判定する。例えば、判定された結果に基づいて、自車両に近いほうの物体位置情報を選択回路５９６が選択して走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。なお、判定の結果、第１
距離および第２距離が同じ値であった場合には、選択回路５９６は、そのいずれか一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。

【0272】

なお、物標出力処理部５３９（図３９）は、受信強度算出部５３２から物標候補がないという情報が入力された場合には、物標なしとしてゼロを物体位置情報として出力する。そして、選択回路５９６は、物標出力処理部５３９からの物体位置情報に基づいて予め設定された閾値と比較することで信号処理回路５６０あるいは画像処理回路７２０の物体位置情報を使用するか選択している。

【0273】

物体検知装置５７０によって先行物体の位置情報を受け取った走行支援電子制御装置５２０は、予め設定された条件により、物体位置情報の距離や大きさ、自車両の速度、降雨、降雪、晴天などの路面状態などの条件と併せて、自車両を運転しているドライバに対して操作が安全あるいは容易となるような制御を行う。例えば、走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されていない場合、予め設定されている速度までスピードを上げるようにアクセル制御回路５２６に制御信号を送り、アクセル制御回路５２６を制御してアクセルペダルを踏み込むことと同等の動作を行う。

【0274】

走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されている場合において、自車両から所定の距離であることが分かれば、ブレーキバイワイヤなどの構成により、ブレーキ制御回路５２４を介してブレーキの制御を行う。すなわち、速度を落とし、車間距離を一定に保つように操作する。走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報を受けて、警告制御回路５２２に制御信号を送り、車内スピーカを介して先行物体が近づいていることをドライバに知らせるように音声またはランプの点灯を制御する。走行支援電子制御装置５２０は、先行車両の配置を含む物体位置情報を受け取り、予め設定された走行速度の範囲であれば、先行物体との衝突回避支援を行うために自動的にステアリングを左右どちらかに操作し易くするか、あるいは、強制的に車輪の方向を変更するようにステアリング側の油圧を制御することができる。

【0275】

物体検知装置５７０では、選択回路５９６が前回検出サイクルにおいて一定時間連続して検出していた物体位置情報のデータで、今回検出サイクルで検出できなかったデータに対して、カメラで検出したカメラ映像からの先行物体を示す物体位置情報が紐付けされれば、トラッキングを継続させる判断を行い、信号処理回路５６０からの物体位置情報を優先的に出力するようにしても構わない。

【0276】

信号処理回路５６０および画像処理回路７２０の出力を選択回路５９６に選択するための具体的構成の例および動作の例は、米国特許第８４４６３１２号明細書、米国特許第８７３００９６号明細書、および米国特許第８７３００９９号明細書に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。

【0277】

［第１の変形例］
上記の応用例の車載用レーダシステムにおいて、周波数変調連続波ＦＭＣＷの１回の周波数変調の（掃引）条件、つまり変調に要する時間幅（掃引時間）は、例えば１ミリ秒である。しかし、掃引時間を１００マイクロ秒程度に短くすることもできる。

【0278】

ただし、そのような高速の掃引条件を実現するためには、送信波の放射に関連する構成要素のみならず、当該掃引条件下での受信に関連する構成要素をも高速に動作させる必要が生じる。例えば、当該掃引条件下で高速に動作するＡ／Ｄコンバータ５８７（図３９）を設ける必要がある。Ａ／Ｄコンバータ５８７のサンプリング周波数は、例えば１０ＭＨｚである。サンプリング周波数は１０ＭＨｚよりも早くてもよい。

【0279】

本変形例においては、ドップラーシフトに基づく周波数成分を利用することなく、物標との相対速度を算出する。本実施形態では、掃引時間Ｔｍ＝１００マイクロ秒であり、非常に短い。検出可能なビート信号の最低周波数は１／Ｔｍであるので、この場合は１０ｋＨｚとなる。これは、およそ２０ｍ／秒の相対速度を持つ物標からの反射波のドップラーシフトに相当する。即ち、ドップラーシフトに頼る限り、これ以下の相対速度を検出することはできない。よって、ドップラーシフトに基づく計算方法とは異なる計算方法を採用することが好適である。

【0280】

本変形例では、一例として、送信波の周波数が増加するアップビート区間で得られた、送信波と受信波との差の信号（アップビート信号）を利用する処理を説明する。ＦＭＣＷの１回の掃引時間は１００マイクロ秒で、波形は、アップビート（上り）部分のみからなる鋸歯形状である。即ち、本実施形態において、三角波／ＣＷ波生成回路５８１が生成する信号波は鋸歯形状を有する。また、周波数の掃引幅は５００ＭＨｚである。ドップラーシフトに伴うピークは利用しないので、アップビート信号とダウンビート信号を生成して双方のピークを利用する処理は行わず、何れか一方の信号のみで処理を行う。ここではアップビート信号を利用する場合について説明するが、ダウンビート信号を用いる場合も同様の処理を行うことができる。

【0281】

Ａ／Ｄコンバータ５８７（図３９）は、１０ＭＨｚのサンプリング周波数で各アップビート信号をサンプリングして、数百個のデジタルデータ（以下「サンプリングデータ」と呼ぶ。）を出力する。サンプリングデータは、例えば、受信波が得られる時刻以後で、かつ、送信波の送信が終了した時刻までのアップビート信号に基づいて生成される。なお、一定数のサンプリングデータが得られた時点で処理を終了してもよい。

【0282】

本変形例では、連続して１２８回アップビート信号の送受信を行い、各々について数百個のサンプリングデータを得る。このアップビート信号の数は１２８個に限られない。２５６個であってもよいし、あるいは８個であってもよい。目的に応じて様々の個数を選択することができる。

【0283】

得られたサンプリングデータは、メモリ５３１に格納される。受信強度算出部５３２はサンプリングデータに２次元の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。具体的には、まず、１回の掃引で得られたサンプリングデータ毎に、１回目のＦＦＴ処理（周波数解析処理）を実行してパワースペクトルを生成する。次に、速度検出部５３４は、処理結果を、全ての掃引結果に渡って集めて２回目のＦＦＴ処理を実行する。

【0284】

同一物標からの反射波により各掃引期間で検出される、パワースペクトルのピーク成分の周波数はいずれも同じである。一方、物標が異なるとピーク成分の周波数は異なる。１回目のＦＦＴ処理によれば、異なる距離に位置する複数の物標を分離することができる。

【0285】

物標に対する相対速度がゼロでない場合は、アップビート信号の位相は、掃引毎に少しずつ変化する。つまり、２回目のＦＦＴ処理によれば、上述した位相の変化に応じた周波数成分のデータを要素として有するパワースペクトルが、１回目のＦＦＴ処理の結果毎に求められることになる。

【0286】

受信強度算出部５３２は、２回目に得られたパワースペクトルのピーク値を抽出して速度検出部５３４に送る。

【0287】

速度検出部５３４は、位相の変化から相対速度を求める。例えば、連続して得られたアップビート信号の位相が、位相θ［ＲＸｄ］ずつ変化していたとする。送信波の平均波長をλとすると、１回のアップビート信号が得られるごとに距離がλ／（４π／θ）だけ変
化したことを意味する。この変化は、アップビート信号の送信間隔Ｔｍ（＝１００マイクロ秒）で生じた。よって、｛λ／（４π／θ）｝／Ｔｍ により、相対速度が得られる。

【0288】

以上の処理によれば、物標との距離に加えて、物標との相対速度を求めることができる。

【0289】

［第２の変形例］
レーダシステム５１０は、１つまたは複数の周波数の連続波ＣＷを用いて、物標を検知することができる。この方法は、車両がトンネル内にある場合の様に、周囲の静止物から多数の反射波がレーダシステム５１０に入射する環境において、特に有用である。

【0290】

レーダシステム５１０は、独立した５チャンネルの受信素子を含む受信用のアンテナアレイを備えている。このようなレーダシステムでは、入射する反射波の到来方位の推定は、同時に入射する反射波が４つ以下の状態でしか行うことができない。ＦＭＣＷ方式のレーダでは、特定の距離からの反射波のみを選択することで、同時に到来方位の推定を行う反射波の数を減らすことができる。しかし、トンネル内など、周囲に多数の静止物が存在する環境では、電波を反射する物体が連続的に存在しているのに等しい状況にあるため、距離に基づいて反射波を絞り込んでも、反射波の数が４つ以下にならない状況が生じ得る。しかし、それら周囲の静止物は、自車両に対する相対速度が全て同一で、しかも前方を走行する他車両よりも相対速度が大きいため、ドップラーシフトの大きさに基づいて、静止物と他車両とを区別し得る。

【0291】

そこで、レーダシステム５１０は、複数の周波数の連続波ＣＷを放射し、受信信号において静止物に相当するドップラーシフトのピークを無視し、それよりもシフト量が小さなドップラーシフトのピークを用いて距離を検知する処理を行う。ＦＭＣＷ方式とは異なり、ＣＷ方式では、ドップラーシフトのみに起因して、送信波と受信波との間に周波数差が生じる。つまり、ビート信号に現れるピークの周波数はドップラーシフトのみに依存する。

【0292】

なお、本変形例の説明でも、ＣＷ方式で利用される連続波を「連続波ＣＷ」と記述する。上述のとおり、連続波ＣＷの周波数は一定であり、変調されていない。

【0293】

レーダシステム５１０が周波数ｆｐの連続波ＣＷを放射し、物標で反射した周波数ｆｑの反射波を検出したとする。送信周波数ｆｐと受信周波数ｆｑとの差はドップラー周波数と呼ばれ、近似的にｆｐ−ｆｑ＝２・Ｖｒ・ｆｐ／ｃ と表される。ここでＶｒはレーダシステムと物標との相対速度、ｃは光速である。送信周波数ｆｐ、ドップラー周波数（ｆｐ−ｆｑ）、および光速ｃは既知である。よって、この式から相対速度Ｖｒ＝（ｆｐ−ｆｑ）・ｃ／２ｆｐを求めることができる。物標までの距離は、後述するように位相情報を利用して算出する。

【0294】

連続波ＣＷを用いて、物標までの距離を検出ためには２周波ＣＷ方式を採用する。２周波ＣＷ方式では、少しだけ離れた２つの周波数の連続波ＣＷが、それぞれ一定期間ずつ放射され、各々の反射波が取得される。例えば７６ＧＨｚ帯の周波数を用いる場合には、２つの周波数の差は数百キロヘルツである。なお、後述する様に、２つの周波数の差は、使用するレーダが物標を検知できる限界の距離を考慮して定められることがより好ましい。

【0295】

レーダシステム５１０が周波数ｆｐ１およびｆｐ２（ｆｐ１＜ｆｐ２）の連続波ＣＷを順次放射し、２種類の連続波ＣＷが１つの物標で反射されることにより、周波数ｆｑ１およびｆｑ２の反射波がレーダシステム５１０に受信されたとする。

【0296】

周波数ｆｐ１の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ１）とによって、第１のドップラー周波数が得られる。また、周波数ｆｐ２の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ２）とによって、第２のドップラー周波数が得られる。２つのドップラー周波数は実質的に同じ値である。しかしながら、周波数ｆｐ１およびｆｐ２の相違に起因して、受信波の複素信号における位相が異なる。この位相情報を用いることにより、物標までの距離（レンジ）を算出できる。

【0297】

具体的には、レーダシステム１０は、距離ＲをＲ＝ｃ・Δφ／４π（ｆｐ２−ｆｐ１）として求めることができる。ここで、Δφは２つのビート信号の位相差を表す。２つのビート信号とは、周波数ｆｐ１の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ１）との差分として得られるビート信号ｆｂ１、および、周波数ｆｐ２の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ２）との差分として得られるビート信号ｆｂ２である。各ビート信号の周波数ｆｂ１およびｆｂ２の特定方法は、上述した単周波数の連続波ＣＷにおけるビート信号の例と同じである。

【0298】

なお、２周波ＣＷ方式での相対速度Ｖｒは、以下のとおり求められる。
Ｖｒ＝ｆｂ１・ｃ／２・ｆｐ１ または Ｖｒ＝ｆｂ２・ｃ／２・ｆｐ２

【0299】

また、物標までの距離を一意に特定できる範囲は、Ｒｍａｘ＜ｃ／２（ｆｐ２−ｆｐ１）の範囲に限られる。これよりも遠い物標からの反射波より得られるビート信号は、Δφが２πを超え、より近い位置の物標に起因するビート信号と区別がつかなくなるためである。そこで、２つの連続波ＣＷの周波数の差を調節して、Ｒｍａｘをレーダの検出限界距離よりも大きくすることがより好ましい。検出限界距離が１００ｍであるレーダでは、ｆｐ２−ｆｐ１を例えば１．０ＭＨｚとする。この場合、Ｒｍａｘ＝１５０ｍとなるため、Ｒｍａｘを超える位置にある物標からの信号は検出されない。また、２５０ｍまで検出できるレーダを搭載する場合は、ｆｐ２−ｆｐ１を例えば５００ｋＨｚとする。この場合は、Ｒｍａｘ＝３００ｍとなるため、やはりＲｍａｘを超える位置にある物標からの信号は検出されない。また、レーダが、検出限界距離が１００ｍで水平方向の視野角が１２０度の動作モードと、検出限界距離が２５０ｍで水平方向の視野角が５度の動作モードとの、両方を備えている場合は、各々の動作モードにおいて、ｆｐ２−ｆｐ１の値を、１．０ＭＨｚと５００ｋＨｚとにそれぞれ切り替えて動作させることがより好ましい。

【0300】

Ｎ個（Ｎ：３以上の整数）の異なる周波数で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用することにより、各物標までの距離をそれぞれ検出することが可能な検出方式が知られている。当該検出方式によれば、Ｎ−１個までの物標については距離を正しく認識できる。そのための処理として、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用する。いま、Ｎ＝６４、あるいは１２８として、各周波数の送信信号と受信信号との差であるビート信号のサンプリングデータについてＦＦＴを行って周波数スペクトル（相対速度）を得る。その後、同一の周波数のピークに関してＣＷ波の周波数でさらにＦＦＴを行って距離情報を求めることができる。

【0301】

以下、より具体的に説明する。

【0302】

説明の簡単化のため、まず、３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の信号を時間的に切り換えて送信する例を説明する。ここでは、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３であり、かつ、ｆ１−ｆ２＝ｆ２−ｆ３＝Δｆであるとする。また、各周波数の信号波の送信時間をΔｔとする。図４３は、３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の関係を示す。

【0303】

三角波／ＣＷ波生成回路５８１（図３９）は、それぞれが時間Δｔだけ持続する周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の連続波ＣＷを、送信アンテナＴＸを介して送信する。受信アンテナＲ
Ｘは、各連続波ＣＷが１または複数の物標で反射された反射波を受信する。

【0304】

ミキサ５８４は、送信波と受信波とを混合してビート信号を生成する。Ａ／Ｄコンバータ５８７はアナログ信号としてのビート信号を、例えば数百個のデジタルデータ（サンプリングデータ）に変換する。

【0305】

受信強度算出部５３２は、サンプリングデータを用いてＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算の結果、送信周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の各々について、受信信号の周波数スペクトルの情報が得られる。

【0306】

その後受信強度算出部５３２は、受信信号の周波数スペクトルの情報から、ピーク値を分離する。所定以上の大きさを有するピーク値の周波数は、物標との相対速度に比例する。受信信号の周波数スペクトルの情報から、ピーク値を分離することは、相対速度の異なる１または複数の物標を分離することを意味する。

【0307】

次に、受信強度算出部５３２は、送信周波数ｆ１〜ｆ３の各々について、相対速度が同一または予め定められた範囲内のピーク値のスペクトル情報を計測する。

【0308】

いま、２つの物標ＡおよびＢが、同程度の相対速度で、かつ、それぞれが異なる距離に存在する場合を考える。周波数ｆ１の送信信号は物標ＡおよびＢの両方で反射され、受信信号として得られる。物標ＡおよびＢからの各反射波のビート信号の周波数は、概ね同一になる。そのため、受信信号の、相対速度に相当するドップラー周波数でのパワースペクトルは、２つの物標ＡおよびＢの各パワースペクトルを合成した合成スペクトルＦ１として得られる。

【0309】

同様に、周波数ｆ２およびｆ３の各々についても、受信信号の、相対速度に相当するドップラー周波数でのパワースペクトルは、２つの物標ＡおよびＢの各パワースペクトルを合成した合成スペクトルＦ２およびＦ３として得られる。

【0310】

図４４は、複素平面上の合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の関係を示す。合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の各々を張る２つのベクトルの方向に向かって、右側のベクトルが物標Ａからの反射波のパワースペクトルに対応する。図４４ではベクトルｆ１Ａ、ｆ２Ａおよびｆ３Ａに対応する。一方、合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の各々を張る２つのベクトルの方向に向かって、左側のベクトルが物標Ｂからの反射波のパワースペクトルに対応する。図４４ではベクトルｆ１Ｂ、ｆ２Ｂおよびｆ３Ｂに対応する。

【0311】

送信周波数の差分Δｆが一定のとき、周波数ｆ１およびｆ２の各送信信号に対応する各受信信号の位相差と、物標までの距離は比例する関係にある。よって、ベクトルｆ１Ａとｆ２Ａの位相差と、ベクトルｆ２Ａとｆ３Ａの位相差とは同じ値θＡになり、位相差θＡが物標Ａまでの距離に比例する。同様に、ベクトルｆ１Ｂとｆ２Ｂの位相差と、ベクトルｆ２Ｂとｆ３Ｂの位相差とは同じ値θＢになり、位相差θＢが物標Ｂまでの距離に比例する。

【0312】

周知の方法を用いて、合成スペクトルＦ１〜Ｆ３、および、送信周波数の差分Δｆから物標ＡおよびＢの各々までの距離を求めることができる。この技術は、例えば米国特許６７０３９６７号に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。

【0313】

送信する信号の周波数が４以上になった場合も同様の処理を適用することができる。

【0314】

なお、Ｎ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信する前に、２周波ＣＷ方式で各物標まで
の距離および相対速度を求める処理を行ってもよい。そして、所定の条件下で、Ｎ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信する処理に切り換えてもよい。例えば、２つの周波数の各々のビート信号を用いてＦＦＴ演算を行い、各送信周波数のパワースペクトルの時間変化が３０％以上である場合には、処理の切り換えを行ってもよい。各物標からの反射波の振幅はマルチパスの影響等で時間的に大きく変化する。所定の以上の変化が存在する場合には、複数の物標が存在する可能性があると考えられる。

【0315】

また、ＣＷ方式では、レーダシステムと物標との相対速度がゼロである場合、すなわちドップラー周波数がゼロの場合には物標を検知できないことが知られている。しかしながら、例えば以下の方法によって擬似的にドップラー信号を求めると、その周波数を用いて物標を検知することは可能である。

【0316】

（方法１）受信用アンテナの出力を一定周波数シフトさせるミキサを追加する。送信信号と、周波数がシフトされた受信信号とを用いることにより、擬似ドップラー信号を得ることができる。

【0317】

（方法２）受信用アンテナの出力とミキサとの間に、時間的に連続して位相を変化させる可変位相器を挿入し、受信信号に擬似的に位相差を付加する。送信信号と、位相差が付加された受信信号とを用いることにより、擬似ドップラー信号を得ることができる。

【0318】

方法２による、可変位相器を挿入して擬似ドップラー信号を発生させる具体的構成の例および動作の例は、特開２００４−２５７８４８号公報に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。

【0319】

相対速度がゼロの物標、または、非常に小さな物標を検知する必要がある場合は、上述の擬似ドップラー信号を発生させる処理を使用してもよいし、または、ＦＭＣＷ方式による物標検出処理への切り換えを行ってもよい。

【0320】

次に、図４５を参照しながら、車載レーダシステム５１０の物体検知装置５７０によって行われる処理の手順を説明する。

【0321】

以下では、２個の異なる周波数ｆｐ１およびｆｐ２（ｆｐ１＜ｆｐ２）で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用することにより、物標との距離をそれぞれ検出する例を説明する。

【0322】

図４５は、本変形例による相対速度および距離を求める処理の手順を示すフローチャートである。

【0323】

ステップＳ４１において、三角波／ＣＷ波生成回路５８１は、少しだけ周波数が離れている、２種類の異なる連続波ＣＷを生成する。周波数はｆｐ１およびｆｐ２とする。

【0324】

ステップＳ４２において、送信アンテナＴＸおよび受信アンテナＲＸは、生成された一連の連続波ＣＷの送受信を行う。なお、ステップＳ４１の処理およびステップＳ４２の処理はそれぞれ、三角波／ＣＷ波生成回路５８１およびアンテナ素子ＴＸ／ＲＸにおいて並列的に行われる。ステップＳ４１の完了後にステップＳ４２が行われるのではないことに留意されたい。

【0325】

ステップＳ４３において、ミキサ５８４は、各送信波と各受信波とを利用して２つの差分信号を生成する。各受信波は、静止物由来の受信波と、物標由来の受信波とを含む。そのため、次に、ビート信号として利用する周波数を特定する処理を行う。なお、ステップ
Ｓ４１の処理、ステップＳ４２の処理およびステップ４３の処理はそれぞれ、三角波／ＣＷ波生成回路５８１、アンテナ素子ＴＸ／ＲＸおよびミキサ５８４において並列的に行われる。ステップＳ４１の完了後にステップＳ４２が行われるのではなく、また、ステップ４２の完了後にステップ４３が行われるのでもないことに留意されたい。

【0326】

ステップＳ４４において、物体検知装置５７０は、２つの差分信号の各々について、閾値として予め定められた周波数以下で、かつ予め定められた振幅値以上の振幅値を有し、なおかつ互いの周波数の差が所定の値以下であるピークの周波数を、ビート信号の周波数ｆｂ１およびｆｂ２として特定する。

【0327】

ステップＳ４５において、受信強度算出部５３２は、特定した２つのビート信号の周波数のうちの一方に基づいて相対速度を検出する。受信強度算出部５３２は、例えばＶｒ＝ｆｂ１・ｃ／２・ｆｐ１ により、相対速度を算出する。なお、ビート信号の各周波数を利用して相対速度を算出してもよい。これにより、受信強度算出部５３２は、両者が一致しているか否かの検証し、相対速度の算出精度を高めることができる。

【0328】

ステップＳ４６において、受信強度算出部５３２は、２つのビート信号ｆｂ１およびｆｂ２の位相差Δφを求め、物標までの距離Ｒ＝ｃ・Δφ／４π（ｆｐ２−ｆｐ１）を求める。

【0329】

以上の処理により、物標までの相対速度および距離を検出することができる。

【0330】

なお、３以上のＮ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用して、相対速度が同一で、かつ異なる位置に存在する複数の物標までの距離を検出してもよい。

【0331】

以上で説明した、車両５００は、レーダシステム５１０に加えて、さらに他のレーダシステムを有していてもよい。例えば車両５００は、車体の後方、または側方に検知範囲を持つレーダシステムをさらに備えていてもよい。車体の後方に検知範囲を持つレーダシステムを有する場合には、当該レーダシステムは後方を監視し、他車両によって追突される危険性があるときは、警報を出す等の応答をすることができる。車体の側方に検知範囲を持つレーダシステムを有する場合には、当該レーダシステムは、自車両が車線変更などを行う場合に、隣接車線を監視し、必要に応じて警報を出す等の応答をすることができる。

【0332】

以上で説明したレーダシステム５１０の用途は、車載用途に限られない。種々の用途のセンサとして利用することができる。例えば、家屋その他の建築物の周囲を監視するためのレーダとして利用できる。あるいは、屋内において特定の場所における人物の有無、あるいはその人物の動きの有無等を、光学的画像に寄らずに監視するためのセンサとして利用することができる。

【0333】

［処理の補足］
前記したアレーアンテナに関する２周波ＣＷまたはＦＭＣＷ技術について、他の実施形態を説明する。前述したとおり、図３９の例において、受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ₁〜Ｃｈ_Mごとのビート信号（図４０の下図）に対してフーリエ変換を行う。その際のビート信号は、複素信号である。その理由は、演算対象としている信号の位相を特定するためである。これにより、到来波方向を正確に特定できる。しかしこの場合、フーリエ変換のための演算負荷量が増大し、回路規模が大きくなる。

【0334】

これを克服するために、ビート信号としてスカラ信号を生成し、それぞれ生成された複数のビート信号に対して、アンテナ配列に沿った空間軸方向および時間の経過に沿った時
間軸方向についての２回の複素フーリエ変換を実行することにより、周波数分析結果を得てもよい。これにより、最終的には、少ない演算量で、反射波の到来方向を特定可能なビーム形成を行うことができ、ビーム毎の周波数分析結果を得ることができる。本件に関連する特許公報として、米国特許第６３３９３９５号明細書の開示内容全体を本明細書に援用する。

【0335】

［カメラ等の光学センサとミリ波レーダ］
次に、上述したアレーアンテナと従来のアンテナとの比較、および、本開示によるアレーアンテナと光学センサ、例えばカメラ、との双方を利用した応用例について説明する。なお、光学センサとして、ライダー（ＬＩＤＡＲ）等を用いてもよい。

【0336】

ミリ波レーダは、物標までの距離（レンジ）とその相対速度を直接検出することが可能である。また、薄暮を含む夜間、または降雨、霧、降雪等の悪天候時にも、検出性能が大きく低下しないという特徴がある。一方、ミリ波レーダは、カメラに比較して、物標を２次元的にとらえることが容易ではない、とされている。他方、カメラは、物標を２次元的にとらえ、その形状を認識することが比較的容易である。しかし、カメラは、夜間または悪天候時には、物標を撮像できないことがあり、この点が大きな課題となっている。特に採光部分に水滴が付着した場合、または霧で視界が狭くなった場合には、この課題が顕著である。同じ光学系センサであるＬＩＤＡＲ等でも、この課題は同様に存在する。

【0337】

近年、車両の安全運行要求が高まる中、衝突等を未然に回避する運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が開発されている。運転者補助システムは、車両進行方向の画像をカメラまたはミリ波レーダ等のセンサで取得し、車両運行上障害になると予想される障害物を認識した場合に、自動的にブレーキ等を操作することで、衝突等を未然に回避する。このような衝突防止機能は、夜間または悪天候時といえども、正常に機能することが求められる。

【0338】

そこで、センサとして、従来のカメラ等の光学センサに加えて、ミリ波レーダを搭載し、双方の利点を生かした認識処理を行う、いわゆるフュージョン構成の運転者補助システムが普及しつつある。そのような運転者補助システムについては、後述する。

【0339】

一方、ミリ波レーダそのものに求められる要求機能は、一層高まっている。車載用途のミリ波レーダでは、７６ＧＨｚ帯の電磁波が主に使用されている。そのアンテナの空中線電力（ａｎｔｅｎｎａ ｐｏｗｅｒ）は、各国の法律等により、一定以下に制限されている。例えば日本国では０．０１Ｗ以下に制限されている。このような制限の中で、車載用途のミリ波レーダには、例えばその検出距離は２００ｍ以上、アンテナのサイズは６０ｍｍ角以下、水平方向の検知角度は９０度以上、距離分解能は２０ｃｍ以下、１０ｍ以内の近距離での検出も可能であること等、の要求性能を満たすことが求められている。従来のミリ波レーダは、導波路としてマイクロストリップラインを用い、アンテナとしてパッチアンテナを用いていた（以下、これらを合わせて「パッチアンテナ」という）。しかしパッチアンテナでは、上記の性能を実現することは困難であった。

【0340】

発明者は、本開示の技術を応用したスロットアレーアンテナを用いることで、上記性能を実現することに成功した。これにより、従来のパッチアンテナ等に比較して、小型、高効率、高性能なミリ波レーダを実現した。加えて、このミリ波レーダと、カメラ等の光学センサとを組み合わせることで、従来存在しなかった小型、高効率、高性能のフュージョン装置を実現した。以下、これについて詳述する。

【0341】

図４６は、車両５００における、本開示の技術を応用したスロットアレーアンテナを有するレーダシステム５１０（以下、ミリ波レーダ５１０とも称する。）、およびカメラ７
００を備えるフュージョン装置に関する図である。この図を参照しながら、以下に、種々の実施形態について説明する。

【0342】

［ミリ波レーダの車室内設置］
従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’は、車両のフロントノーズにあるグリル５１２の後方内側に配置される。アンテナから放射される電磁波は、グリル５１２の隙間を抜け、車両５００の前方に放射される。この場合、電磁波通過領域には、ガラス等の電磁波エネルギーを減衰させ、または反射する誘電層は存在しない。これにより、パッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’から放射された電磁波は、遠距離、例えば１５０ｍ以上、の物標にも届く。そしてこれに反射した電磁波をアンテナで受信することで、ミリ波レーダ５１０’は、物標を検出できる。しかしこの場合、アンテナが車両のグリル５１２の後方内側に配置されることで、車両が障害物に衝突した場合に、レーダが破損することがある。また雨天等の際に泥等がかぶることで、アンテナに汚れが付着し、電磁波の放射や受信を阻害することがある。

【0343】

本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０では、従来と同様に、車両のフロントノーズにあるグリル５１２の後方に配置することができる（図示せず）。これにより、アンテナから放射される電磁波のエネルギーを１００％活用することができ、従来を超える遠距離、例えば２５０ｍ以上の距離にある物標の検出が可能となる。

【0344】

さらに、本開示の実施形態によるミリ波レーダ５１０は、車両の車室内に配置することもできる。その場合、ミリ波レーダ５１０は、車両のフロントガラス５１１の内側で、且つリアビューミラー（図示せず）の鏡面とは反対側の面との間のスペースに配置される。一方、従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’は、車室内に置くことはできなかった。その理由は、主に次の２つである。第１の理由は、サイズが大きいため、フロントガラス５１１とリアビューミラーとの間のスペースに収まらないことである。第２の理由は、前方に放射された電磁波が、フロントガラス５１１により反射され、誘電損により減衰する為、求められる距離まで到達できないことである。その結果、従来のパッチアンテナによるミリ波レーダを車室内に置いた場合、例えば前方１００ｍに存在する物標までしか検出できなかった。他方、本開示の実施形態によるミリ波レーダは、フロントガラス５１１での反射または減衰があっても、２００ｍ以上の距離にある物標を検出できる。これは従来のパッチアンテナによるミリ波レーダを車室外に置いた場合と同等、あるいはそれ以上の性能である。

【0345】

［ミリ波レーダとカメラ等の車室内配置によるフュージョン構成］
現在、多くの運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）で用いられている主たるセンサには、ＣＣＤカメラ等の光学的撮像装置が用いられている。そして通常、カメラ等は、外的環境等の悪影響を考慮して、フロントガラス５１１の内側の車室内に配置されている。その際、雨滴等の光学的影響を最小にするために、カメラ等は、フロントガラス５１１の内側で且つワイパー（図示せず）が作動する領域に配置される。

【0346】

近年、車両の自動ブレーキ等の性能向上要請から、どんな外的環境でも確実に作動する自動ブレーキ等が求められている。この場合、運転者補助システムのセンサをカメラ等の光学機器のみで構成した場合、夜間や悪天候時においては確実な作動が保証できないという課題があった。そこで、カメラ等の光学センサに加えて、ミリ波レーダも併用し、連携処理することで、夜間や悪天候時でも確実に動作する運転者補助システムが求められている。

【0347】

前述したとおり、本開示によるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、小型化できたこと、および放射される電磁波の効率が従来のパッチアンテナに比較して著しく高まったことで、車室内に配置することが可能になった。この特性を活用し、図４６に示す通り、カメラ等の光学センサ７００のみならず、本開示によるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０も、共に車両５００のフロントガラス５１１の内側に配置することが可能になった。これにより以下の新たな効果が生じた。

【0348】

（１）運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）の車両５００への取付けが容易になった。従来のパッチアンテナ５１０’では、フロントノーズにあるグリル５１２の後方に、レーダを配置するスペースを確保する必要があった。このスペースは車両の構造設計に影響する部位を含むことから、レーダ装置のサイズが変化した場合、新たに構造設計をやり直す必要が生じる場合があった。しかしミリ波レーダを車室内に配置することで、そのような不都合は解消された。

【0349】

（２）車両の外的環境である雨天や夜間等に影響されず、より信頼性の高い動作が確保できるようになった。特に図４７に示す通り、ミリ波レーダ５１０とカメラ７００を車室内のほぼ同じ位置に置くことで、それぞれの視野・視線が一致し、後述する「照合処理」、即ちそれぞれが捉えた物標情報が同一物であることを認識する処理、が容易になる。他方、ミリ波レーダ５１０’を車室外のフロントノーズにあるグリル５１２の後方に置いた場合、そのレーダ視線Ｌは、車室内に置いた場合のレーダ視線Ｍと異なることから、カメラ７００で取得された画像とのずれが大きくなる。

【0350】

（３）ミリ波レーダ装置の信頼性が向上した。前述の通り、従来のパッチアンテナ５１０’は、フロントノーズにあるグリル５１２の後方に配置されていることから、汚れが付着しやすく、また小さな接触事故等でも破損する場合があった。これらの理由により、清掃および機能確認が常時必要であった。また、後述する通り、事故等の影響でミリ波レーダの取付け位置または方向がずれた場合、カメラとの位置合わせを再度行う必要が生じていた。しかし、ミリ波レーダを車室内に配置することで、これらの確率は小さくなり、そのような不都合は解消された。

【0351】

このようなフュージョン構成の運転者補助システムでは、カメラ等の光学センサ７００と、本開示によるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０とは、相互に固定された一体の構成を有してもよい。その場合、カメラ等の光学センサの光軸と、ミリ波レーダのアンテナの方向とは、一定の位置関係を確保する必要がある。これについては後述する。またこの一体構成の運転者補助システムを、車両５００の車室内に固定する場合、カメラの光軸等が車両前方の所要の方向に向くように調整する必要がある。これについては、米国特許出願公開第２０１５／０２６４２３０号、米国特許出願公開第２０１６／０２６４０６５号、米国特許出願１５／２４８１４１、米国特許出願１５／２４８１４９、米国特許出願１５／２４８１５６が存在し、これらを援用する。また、これに関連するカメラを中心とした技術として、米国特許第７３５５５２４号明細書、および米国特許第７４２０１５９号明細書があり、これらの開示内容全体を本明細書に援用する。

【0352】

また、カメラ等の光学センサとミリ波レーダとを車室内に配置することについては、米国特許第８６０４９６８号明細書、米国特許第８６１４６４０号明細書、および米国特許第７９７８１２２号明細書等が存在する。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。しかし、これらの特許の出願時点では、ミリ波レーダとしてはパッチアンテナを含む従来のアンテナしか知られておらず、従って、十分な距離の観測ができない状態であった。例えば、従来のミリ波レーダで観測可能な距離はせいぜい１００ｍ〜１５０ｍと考えられる。また、ミリ波レーダをフロントガラスの内側に配置した場合、レーダのサイズが大きいため、運転者の視野を遮り、安全運転に支障をきたす等の不都合が生じていた。これに対
し、本開示の実施形態にかかるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、小型であること、および放射される電磁波の効率が従来のパッチアンテナに比較して著しく高まったことで、車室内に配置することが可能になった。これにより、２００ｍ以上の遠距離の観測が可能となるとともに、運転者の視野を遮ることもない。

【0353】

［ミリ波レーダとカメラ等との取付け位置の調整］
フュージョン構成の処理（以下「フュージョン処理」ということがある）においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが、同じ座標系に対応付けられることが求められる。相互に位置および物標のサイズが異なった場合、双方の連携処理に支障をきたすからである。

【0354】

これについては次の３つの観点で、調整する必要がある。

【0355】

（１）カメラ等の光軸と、ミリ波レーダのアンテナの方向とが一定の固定関係にあること。

【0356】

カメラ等の光軸とミリ波レーダのアンテナの方向とが相互に一致していることが求められる。あるいは、ミリ波アンテナでは、２以上の送信アンテナと２以上の受信アンテナを持つ場合があり、それぞれのアンテナの方向が意図的に異なっている場合もある。従ってカメラ等の光軸と、これらのアンテナの方向との間には、少なくとも一定の既知の関係があることを保証することが求められる。

【0357】

前述の、カメラ等とミリ波レーダとが相互に固定された一体の構成を有する場合、カメラ等とミリ波レーダとの位置関係は固定されている。従ってこの一体構成の場合は、これらの要件は満たされている。他方、従来のパッチアンテナ等では、ミリ波アンテナは、車両５００のグリル５１２の後方に配置される。この場合は、これらの位置関係は、通常次の（２）により調整される。

【0358】

（２）カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とが、車両に取り付けられた場合の初期状態（例えば出荷時）において、一定の固定関係にあること。

【0359】

カメラ等の光学センサ７００、およびミリ波レーダ５１０または５１０’の、車両５００における取付け位置は、最終的に、以下の手段で決定される。即ち、車両５００の前方の所定位置に、基準となるチャート、またはレーダによって観測させる物標（以下、それぞれ「基準チャート」、「基準物標」といい、両者をまとめて「基準対象物」ということがある）を正確に配置する。これをカメラ等の光学センサ７００、あるいはミリ波レーダ５１０によって観測する。観測された基準対象物の観測情報と、予め記憶された基準対象物の形状情報等とを比較し、現状のずれ情報を定量的に把握する。このずれ情報に基づき、以下の少なくとも一方の手段で、カメラ等の光学センサ７００、およびミリ波レーダ５１０または５１０’の取付け位置を調整または補正する。なお、同様の結果をもたらす、これ以外の手段を用いてもよい。
（ｉ）基準対象物がカメラとレーダの中点に来るように、カメラとレーダ装置の取付け位置を調整する。この調整には、別途設けられた治具等を使用してもよい。
（ｉｉ）基準対象物に対するカメラとレーダのずれ量を求め、カメラ画像の画像処理およびレーダ処理にて、それぞれのずれ量を補正する。

【0360】

注目すべき点は、カメラ等の光学センサ７００と、本開示の実施形態にかかるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０とが、相互に固定された一体の構成を有する場合は、カメラあるいはレーダの何れかについて、基準対象物とのずれを調整すれば、他方についてもずれ量が分かり、他方について再度基準対象物のずれを検査する必要がない
点である。

【0361】

即ち、カメラ７００について、基準チャートを所定位置７５０に置き、その撮像画像と、予め基準チャート画像がカメラ７００の視野の何処に位置すべきかを示す情報と、を比較することで、ずれ量を検出する。これに基づき、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、カメラ７００の調整を行う。次にカメラで求めたずれ量を、ミリ波レーダのずれ量に換算する。その後、レーダ情報について、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ずれ量を調整する。

【0362】

あるいは、これをミリ波レーダ５１０に基づいて行ってもよい。即ち、ミリ波レーダ５１０について、基準物標を所定位置に置き、そのレーダ情報と、予め基準物標がミリ波レーダ５１０の視野の何処に位置すべきかを示す情報とを比較することで、ずれ量を検出する。これに基づき、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ミリ波レーダ５１０の調整を行う。次に、ミリ波レーダで求めたずれ量を、カメラのずれ量に換算する。その後、カメラ７００で得られた画像情報について、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ずれ量を調整する。

【0363】

（３）カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とが、車両における初期状態以降においても、一定の関係が維持されていること。

【0364】

通常、カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とは、初期状態において固定され、車両事故等がない限り、その後変化することは少ないとされる。しかし、仮にこれらにずれが生じた場合は、以下の手段で調整することが可能である。

【0365】

カメラ７００は、その視野内に、例えば自車両の特徴部分５１３、５１４（特徴点）が入る状態で取り付けられている。この特徴点のカメラ７００による現実の撮像位置と、カメラ７００が本来正確に取付けられている場合のこの特徴点の位置情報と、を比較し、そのずれ量を検出する。この検出されたずれ量に基づき、それ以降に撮像された画像の位置を補正することで、カメラ７００の物理的な取付け位置のずれを補正することができる。この補正により、車両に求められる性能が十分発揮できる場合は、前記（２）の調整は不要となる。またこの調整を、車両５００の起動時や稼働中でも定期的に行うことで、新たにカメラ等のずれが生じた場合でも、ずれ量の補正が可能であり、安全な運行を実現できる。

【0366】

ただしこの手段は、前記（２）で述べた手段に比較して、一般に、調整精度が落ちると考えられている。本来は十分な精度が得られる標準対象物を、車両から適度に離れた所定位置に配置し、調整することで、所定の精度での調整が可能である。しかし（３）では、車体の一部を基準に調整することから、基準としての精度が、基準対象物と比較して十分ではなく、その結果、調整精度も落ちることになる。但し事故や車室内でのカメラ等に大きな外力が加わった場合等が原因で、カメラ等の取付け位置が大きく狂った場合の補正手段としては有効である。

【0367】

［ミリ波レーダとカメラ等とが検出した物標の対応付け：照合処理］
フュージョン処理においては、１つの物標に対して、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが「同一物標である」と認識されている必要がある。例えば車両５００の前方に、２つの障害物（第１の障害物と第２の障害物）、例えば２台の自転車、が出現した場合を考える。この２つの障害物は、カメラの画像として撮像されると同時に、ミリ波レーダのレーダ情報としても検出される。その際、第１の障害物について、カメラ画像とレーダ情報とは、相互に同一の物標であることが対応づけられている必要がある。同様に、第２の障害物について、そのカメラ画像とそのレーダ情報とは、相互
に同一の物標であることが対応づけられている必要がある。仮に誤って、第１の障害物であるカメラ画像と、第２の障害物であるレーダ情報とが、同一物であると誤認された場合、大きな事故に繋がる可能性が生じる。以下、本明細書においては、このようなカメラ画像とレーダ物標とが同一物標であるか否かを判断する処理を、「照合処理」と称することがある。

【0368】

この照合処理については、以下に述べる種々の検出装置（または方法）がある。以下これらについて、具体的に説明する。なお以下の検出装置は、車両に設置され、少なくとも、ミリ波レーダ検出部と、ミリ波レーダ検出部が検出する方向と重複する方向に向けて配置されたカメラ等の画像検出部と、照合部とを備える。ここで、ミリ波レーダ検出部は、本開示のいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナを有し、少なくとも、その視野におけるレーダ情報を取得する。画像取得部は、少なくとも、その視野における画像情報を取得する。照合部は、ミリ波レーダ検出部による検出結果と画像検出部による検出結果とを照合し、これら２つの検出部で同一の物標を検出しているか否かを判断する処理回路を含む。ここで画像検出部は、光学カメラ、ＬＩＤＡＲ、赤外線レーダ、超音波レーダの何れか１つ、または２つ以上が選択されて構成され得る。以下の検出装置は、照合部における検出処理が異なっている。

【0369】

第１の検出装置における照合部は、次の２つの照合を行う。第１の照合は、ミリ波レーダ検出部によって検出された注目する物標に対して、その距離情報および横位置情報を得るのと並行して、画像検出部で検出された１または２以上の物標の中で、注目する物標に最も近い位置にある物標を照合し、それらの組合せを検出することを含む。第２の照合は、画像検出部によって検出された注目する物標に対して、その距離情報および横位置情報を得るのと並行して、ミリ波レーダ検出部によって検出された１または２以上の物標の中で、注目する物標に最も近い位置にある物標を照合し、それらの組合せを検出することを含む。さらにこの照合部は、ミリ波レーダ検出部によって検出されたこれらの各物標に対する組合せと、画像検出部によって検出されたこれらの各物標に対する組合せとにおいて一致する組合せがあるか否かを判定する。そして一致する組合せがある場合には、２つの検出部で同一の物体を検出していると判断する。これにより、ミリ波レーダ検出部と画像検出部とでそれぞれ検出された物標の照合を行う。

【0370】

これに関連する技術は、米国特許第７３５８８８９号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。この公報において、画像検出部は、２つのカメラを有する、いわゆるステレオカメラを例示して、説明されている。しかしこの技術は、これに限定されるものではない。画像検出部が１つのカメラを有する場合でも、検出された物標に対して適宜画像認識処理等を行うことで、物標の距離情報と横位置情報とが得られればよい。同様に画像検出部としてレーザスキャナ等のレーザセンサを用いてもよい。

【0371】

第２の検出装置における照合部は、所定時間毎に、ミリ波レーダ検出部による検出結果と画像検出部による検出結果とを照合する。照合部は、前回の照合結果で２つの検出部で同一の物標を検出していると判断した場合、その前回の照合結果を用いて照合を行う。具体的には、照合部は、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物標および画像検出部で今回検出された物標と、前回の照合結果において判断されている２つの検出部で検出された物標とを照合する。そして、照合部は、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物標との照合結果と、画像検出部で今回検出された物標との照合結果とに基づいて、２つの検出部で同一の物標を検出しているか否かを判断する。このように、この検出装置は、２つの検出部による検出結果を直接照合するのではなく、前回の照合結果を利用して２つの検出結果と時系列での照合を行う。このため、瞬間的な照合しか行わない場合に比べて検出精度が向上し、安定的な照合を行うことができる。特に、瞬間的に検出部の精度が低下したときでも、過去の照合結果を利用しているので、照合が可能である。また、この検出装置では、
前回の照合結果を利用することにより、２つの検出部の照合を簡単に行うことができる。

【0372】

また、この検出装置の照合部は、前回の照合結果を利用した今回の照合において、２つの検出部で同一の物体を検出していると判断した場合、その判断された物体を除いて、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物体と、画像検出部で今回検出された物体とを照合する。そして、この照合部は、２つの検出部で今回検出された同一の物体があるか否かを判断する。このように、検出装置は、時系列での照合結果を考慮した上で、その一瞬一瞬で得られた２つの検出結果により瞬間的な照合を行う。そのため、検出装置は、今回の検出で検出した物体も確実に照合することができる。

【0373】

これらに関連する技術は、米国特許第７４１７５８０号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。この公報においては、画像検出部は、２つのカメラを有する、いわゆるステレオカメラを例示して、説明されている。しかしこの技術は、これに限定されるものではない。画像検出部が１つのカメラを有する場合でも、検出された物標に対して適宜画像認識処理等を行うことで、物標の距離情報と横位置情報とが得られればよい。同様に、画像検出部としてレーザスキャナ等のレーザセンサを用いてもよい。

【0374】

第３の検出装置における２つの検出部および照合部は、所定の時間間隔で物標の検出とこれらの照合を行い、これらの検出結果と照合結果とが時系列でメモリなどの記憶媒体に記憶される。そして照合部は、画像検出部によって検出された物標の画像上のサイズの変化率と、ミリ波レーダ検出部によって検出された自車両から物標までの距離およびその変化率（自車両との相対速度）とに基づいて、画像検出部によって検出された物標とミリ波レーダ検出部によって検出された物標とが同一物体であるかどうかを判断する。

【0375】

照合部は、これらの物標が同一物体であると判断した場合には、画像検出部によって検出された物標の画像上の位置と、ミリ波レーダ検出部によって検出された自車から物標までの距離および／またはその変化率とに基づき、車両との衝突の可能性を予測する。

【0376】

これらに関連する技術は、米国特許第６９０３６７７号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。

【0377】

以上説明した通り、ミリ波レーダとカメラ等の画像撮像装置とのフュージョン処理においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが、照合される。上述した本開示の実施形態によるアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、高性能且つ小型に構成可能である。従って、上記照合処理を含むフュージョン処理全体について、高性能化と小型化等が達成できる。これにより、物標認識の精度が向上し、車両のより安全な運行制御が可能となる。

【0378】

［他のフュージョン処理］
フュージョン処理においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダ検出部にて得られたレーダ情報との照合処理に基づき、種々の機能が実現される。フュージョン処理の代表的な機能を実現する処理装置の例を以下に説明する。

【0379】

以下の処理装置は、車両に設置され、少なくとも、所定方向に電磁波を送受するミリ波レーダ検出部と、このミリ波レーダ検出部の視野と重複する視野を有する単眼カメラ等の画像取得部と、これらから情報を得て物標の検出等を行う処理部とを備える。ミリ波レーダ検出部は、その視野におけるレーダ情報を取得する。画像取得部は、その視野における画像情報を取得する。画像取得部には、光学カメラ、ＬＩＤＡＲ、赤外線レーダ、超音波レーダの何れか１つ、または２以上が選択されて使用され得る。処理部は、ミリ波レーダ検出部および画像取得部に接続された処理回路によって実現され得る。以下の処理装置は
、この処理部における処理内容が異なっている。

【0380】

第１の処理装置の処理部は、ミリ波レーダ検出部によって検出された物標と同一であると認識される物標を、画像取得部によって撮像された画像から抽出する。即ち、前述した検出装置による照合処理が行われる。そして、抽出された物標の画像の右側エッジおよび左側エッジの情報を取得し、取得された右側エッジおよび左側エッジの軌跡を近似する直線または所定の曲線である軌跡近似線を両エッジについて導出する。この軌跡近似線上に存在するエッジの数が多い方を物標の真のエッジとして選択する。そして真のエッジとして選択された方のエッジの位置に基づいて物標の横位置を導出する。これにより、物標の横位置の検出精度をより向上させることが可能である。

【0381】

これらに関連する技術は、米国特許第８６１０６２０号明細書に記載されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。

【0382】

第２の処理装置の処理部は、物標の有無の決定に際して、画像情報に基づいて、レーダ情報における物標の有無の決定に用いられる判断基準値を変更する。これにより、例えば車両運行の障害物となる物標画像がカメラ等にて確認できた場合、あるいは物標の存在が推定された場合等において、ミリ波レーダ検出部による物標検出の判断基準を最適に変更することで、より正確な物標情報を得ることができる。即ち、障害物の存在する可能性が高い場合には、判断基準を変更することにより、確実にこの処理装置を作動させることが可能となる。他方、障害物の存在する可能性が低い場合に、判断基準を変更することにより、この処理装置の不要な作動を防止できる。これにより、適切なシステムの作動が行える。

【0383】

さらにこの場合、処理部は、レーダ情報に基づいて画像情報の検出領域を設定し、この領域内の画像情報に基づいて障害物の存在を推定することも可能である。これにより検出処理の効率化を図ることができる。

【0384】

これらに関連する技術は、米国特許第７５７０１９８号明細書に記載されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。

【0385】

第３の処理装置の処理部は、複数の異なる画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部により得られた画像およびレーダ情報に基づく画像信号を、少なくとも１台の表示装置に表示する複合表示を行う。この表示処理において、水平、垂直同期信号を複数の画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部で相互に同期させ、これらの装置からの画像信号に対して、１水平走査期間内もしくは１垂直走査期間内で所望の画像信号に選択的に切り替え可能とする。これにより、水平および垂直同期信号に基づき、選択された複数の画像信号の像を並べて表示可能とし、かつ、表示装置から所望の画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部における制御動作を設定する制御信号を送出する。

【0386】

複数台の異なる表示装置にそれぞれの画像等が表示された場合は、それぞれの画像間の比較が困難となる。また表示装置が第３の処理装置本体とは別個に配置される場合には装置に対する操作性がよくない。第３の処理装置は、このような欠点を克服する。

【0387】

これらに関連する技術は、米国特許第６６２８２９９号明細書、および米国特許第７１６１５６１号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。

【0388】

第４の処理装置の処理部は、車両の前方にある物標について、画像取得部およびミリ波レーダ検出部に指示し、その物標を含む画像およびレーダ情報を取得する。処理部は、その画像情報の内、その物標が含まれる領域を決定する。処理部は、さらに、この領域にお
けるレーダ情報を抽出し、車両から物標までの距離および車両と物標との相対速度を検出する。処理部は、これらの情報に基づいて、その物標が車両に衝突する可能性を判定する。これによりいち早く物標との衝突可能性を判定する。

【0389】

これらに関連する技術は、米国特許第８０６８１３４号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。

【0390】

第５の処理装置の処理部は、レーダ情報により、またはレーダ情報と画像情報とに基づくフュージョン処理により、車両前方の１または２以上の物標を認識する。この物標には、他の車両または歩行者等の移動体、道路上の白線によって示された走行レーン、路肩およびそこにある静止物（側溝および障害物等を含む）、信号機、横断歩道等が含まれる。処理部は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナを含み得る。ＧＰＳアンテナによって自車両の位置を検出し、その位置に基づき、道路地図情報を格納した記憶装置（地図情報データベース装置と称する）を検索し、地図上の現在位置を確認してもよい。この地図上の現在位置と、レーダ情報等によって認識された１または２以上の物標とを比較し、走行環境を認識することができる。これに基づき、処理部は、車両走行に障害となると推定される物標を抽出し、より安全な運行情報を見出し、必要に応じて表示装置に表示し、運転者に知らせてもよい。

【0391】

これらに関連する技術は、米国特許第６１９１７０４号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。

【0392】

第５の処理装置は、さらに、車両外部の地図情報データベース装置と通信するデータ通信装置（通信回路を有する）を有していてもよい。データ通信装置は、例えば毎週１回または月１回程度の周期で、地図情報データベース装置にアクセスし、最新の地図情報をダウンロードする。これにより、最新の地図情報を用いて、上記の処理を行うことができる。

【0393】

第５の処理装置は、さらに、上記の車両運行時に取得した最新の地図情報と、レーダ情報等によって認識された１または２以上の物標に関する認識情報とを比較し、地図情報にはない物標情報（以下「地図更新情報」という）を抽出してもよい。そしてこの地図更新情報を、データ通信装置を介して地図情報データベース装置に送信してもよい。地図情報データベース装置は、この地図更新情報を、データベース内の地図情報に関連付けて記憶し、必要があれば現在の地図情報そのものを更新してもよい。更新に際しては、複数の車両から得られた地図更新情報を比較することで、更新の確実性を検証してもよい。

【0394】

なお、この地図更新情報には、現在の地図情報データベース装置が有する地図情報より詳しい情報を含むことができる。例えば一般の地図情報では、道路の概形は把握できるが、例えば路肩部分の幅またはそこにある側溝の幅、新たに生じた凹凸または建造物の形状等の情報は典型的には含まれない。また、車道と歩道の高さ、または歩道に繋がるスロープの状況等の情報も含まれない。地図情報データベース装置は、別途設定された条件に基づき、これらの詳しい情報（以下「地図更新詳細情報」という）を、地図情報と関連付けて記憶しておくことができる。これらの地図更新詳細情報は、自車両を含む車両に、元の地図情報よりも詳しい情報を提供することで、車両の安全走行の用途に加えて、他の用途でも利用可能となる。ここで「自車両を含む車両」とは、例えば自動車でもよいし、二輪車、自転車、あるいは今後新たに出現する自動走行車両、例えば電動車椅子等であってもよい。地図更新詳細情報は、これらの車両が運行する際に利用される。

【0395】

（ニューラルネットワークによる認識）
第１から第５の処理装置は、さらに、高度認識装置を備えていてもよい。高度認識装置
は、車両の外部に設置されていてもよい。その場合、車両は、高度認識装置と通信する高速データ通信装置を備え得る。高度認識装置は、いわゆるディープラーニング等を含むニューラルネットワークにて構成されてもよい。このニューラルネットワークは、例えば、畳み込みニューラルネットワーク（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、以下「ＣＮＮ」という）を含むことがある。ＣＮＮは、画像認識で成果を挙げているニューラルネットワークであり、その特徴の１つは、畳み込み層（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｌａｙｅｒ）とプーリング層（Ｐｏｏｌｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）と呼ばれる２つの層の組を一または複数持つ点にある。

【0396】

処理装置における畳み込み層に入力される情報として、少なくとも次の３種類の何れかがあり得る。
（１）ミリ波レーダ検出部で取得されたレーダ情報に基づき得られた情報
（２）レーダ情報に基づき、画像取得部で取得された特定画像情報に基づき得られた情報（３）レーダ情報と、画像取得部で取得された画像情報とに基づいて得られたフュージョン情報、またはこのフュージョン情報に基づき得られた情報

【0397】

これらの何れかの情報、あるいはこれらの組み合わせられた情報に基づき、畳み込み層に対応する積和演算が行われる。その結果は、次段のプーリング層に入力され、予め設定されたルールに基づき、データの選択が行われる。そのルールとしては、例えば、画素値の最大値を選ぶ最大プーリング（ｍａｘ ｐｏｏｌｉｎｇ）では、畳み込み層の分割領域ごとに、その中の最大値を選択し、これがプーリング層における対応する位置の値とされる。

【0398】

ＣＮＮで構成された高度認識装置は、このような畳み込み層とプーリング層を一組、あるいは複数組、直列につなぐ構成を有することがある。これにより、レーダ情報および画像情報に含まれた車両周辺の物標を正確に認識することができる。

【0399】

これらに関連する技術は、米国特許第８８６１８４２号明細書、米国特許第９２８６５２４号明細書、および米国特許出願公開第２０１６／０１４０４２４号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。

【0400】

第６の処理装置の処理部は、車両のヘッドランプ制御に関係する処理を行う。車両を夜間に走行させる際、運転者は、自車両の前方に他の車両または歩行者が存在するか否かを確認し、自車両のヘッドランプのビームを操作する。他の車両の運転者または歩行者が、自車両のヘッドランプで幻惑されることを防ぐためである。この第６の処理装置は、レーダ情報、またはレーダ情報とカメラ等による画像との組み合わせを用いて、自車両のヘッドランプを自動で制御する。

【0401】

処理部は、レーダ情報により、またはレーダ情報と画像情報とに基づくフュージョン処理により、車両前方の車両あるいは歩行者に該当する物標を検出する。この場合、車両前方の車両には、前方の先行車両、対向車線の車両、２輪車等が含まれる。処理部は、これらの物標を検出した場合、ヘッドランプのビームを下げる指令を出す。この指令を受けた車両内部の制御部（制御回路）は、ヘッドランプを操作し、そのビームを下げる。

【0402】

これらに関連する技術は、米国特許第６４０３９４２号明細書、米国特許第６６１１６１０号明細書、米国特許第８５４３２７７号明細書、米国特許第８５９３５２１号明細書、および米国特許第８６３６３９３号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。

【0403】

以上説明したミリ波レーダ検出部による処理、およびミリ波レーダ検出部とカメラ等の
画像撮像装置とのフュージョン処理においては、ミリ波レーダを高性能且つ小型に構成可能であることから、レーダ処理、またはフュージョン処理全体の高性能化と小型化等が達成できる。これにより、物標認識の精度が向上し、車両のより安全な運行制御が可能となる。

【0404】

＜応用例２：各種監視システム（自然物、建造物、道路、見守り、セキュリティ）＞
本開示の実施形態によるアレーアンテナを備えるミリ波レーダ（レーダーシステム）は、自然物、気象、建造物、セキュリティ、介護等における監視の分野でも、広く活用することができる。これに関係する監視システムでは、ミリ波レーダを含む監視装置は、例えば固定した位置に設置され、監視対象を常時監視する。ミリ波レーダは、この特定の監視対象における検知分解能を最適値に調整し、設定される。

【0405】

本開示の実施形態によるアレーアンテナを備えるミリ波レーダは、例えば１００ＧＨｚを超える高周波電磁波による検出が可能である。また、レーダ認識に用いられる方式、例えばＦＭＣＷ方式等における変調帯域については、当該ミリ波レーダは、現在４ＧＨｚを超える広帯域を実現している。即ち前述した超広帯域（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）に対応している。この変調帯域は、距離分解能に関係する。即ち従来のパッチアンテナにおける変調帯域は６００ＭＨｚ程度までであったことから、その距離分解能は２５ｃｍであった。これに対し、本開示によるアレーアンテナに関係するミリ波レーダでは、その距離分解能が３．７５ｃｍとなる。これは、従来のＬＩＤＡＲの距離分解能にも匹敵する性能を実現できることを示している。一方、ＬＩＤＡＲ等の光学式センサは、前述したとおり、夜間または悪天候時には物標を検出できない。これに対してミリ波レーダでは、昼夜、天候にかかわらず、常時検出が可能である。これにより従来のパッチアンテナを利用したミリ波レーダでは適用できなかった多様な用途で、本開示によるアレーアンテナに関係するミリ波レーダを利用することが可能になった。

【0406】

図４８は、ミリ波レーダによる監視システム１５００の構成例を示す図である。ミリ波レーダによる監視システム１５００は、少なくとも、センサ部１０１０と本体部１１００とを備える。センサ部１０１０は、少なくとも、監視対象１０１５に照準を合わせたアンテナ１０１１と、送受される電磁波に基づいて物標を検出するミリ波レーダ検出部１０１２と、検出されたレーダ情報を送信する通信部（通信回路）１０１３とを備える。本体部１１００は、少なくとも、レーダ情報を受信する通信部（通信回路）１１０３と、受信したレーダ情報に基づいて所定の処理を行う処理部（処理回路）１１０１と、過去のレーダ情報および所定の処理に必要な他の情報等を蓄積するデータ蓄積部（記録媒体）１１０２とを備える。センサ部１０１０と本体部１１００との間には、通信回線１３００があり、これを介して両者間での情報およびコマンドの送信および受信が行われる。ここで通信回線とは、例えば、インターネット等の汎用の通信ネットワーク、携帯通信ネットワーク、専用の通信回線等の何れかを含み得る。なお、本監視システム１５００は、通信回線を介することなく、センサ部１０１０と本体部１１００とが直接接続される構成でもよい。センサ部１０１０には、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサを併設することもできる。これにより、レーダ情報とカメラ等による画像情報とのフュージョン処理による物標認識を行うことで、監視対象１０１５等のより高度な検出が可能になる。

【0407】

以下これらの応用事例を実現する監視システムの例を、具体的に説明する。

【0408】

［自然物監視システム］
第１の監視システムは、自然物を対象に監視するシステム（以下「自然物監視システム」という）である。図４８を参照して、この自然物監視システムについて説明する。この自然物監視システム１５００における監視対象１０１５は、例えば河川、海面、山岳、火山、地表等であり得る。例えば河川が監視対象１０１５である場合、定位置に固定された
センサ部１０１０が、河川１０１５の水面を常時監視する。その水面情報は、常時、本体部１１００における処理部１１０１に送信される。そして水面が一定以上の高さになった場合、処理部１１０１は、本監視システムとは別に設けられた、例えば気象観測監視システム等の他のシステム１２００に、通信回線１３００を介してその旨を知らせる。あるいは、処理部１１０１は、河川１０１５に設けられた水門等（図示せず）を自動的に閉鎖するための指示情報を、水門を管理するシステム（図示せず）に送付する。

【0409】

この自然物監視システム１５００は、１つの本体部１１００で、複数のセンサ部１０１０、１０２０等を監視することができる。この複数のセンサ部が、一定の地域に分散して配置された場合、その地域における河川の水位状況を同時に把握できる。これにより、この地域における降雨が、河川の水位にどの様に影響し、洪水等の災害に繋がる可能性があるか否かを評価することも可能になる。これに関する情報は、通信回線１３００を介して、気象観測監視システム等の他のシステム１２００に、通信回線１３００を介して知らせることができる。これにより、気象観測監視システム等の他のシステム１２００は、より広域の気象観測または災害予想に、通知された情報を活用することができる。

【0410】

この自然物監視システム１５００は、河川以外の他の自然物にも同様に適用できる。例えば津波または高潮を監視する監視システムにおいては、その監視対象は、海面水位である。また海面水位の上昇に対応して、防潮堤の水門を自動的に開閉することも可能である。あるいは、降雨または地震等による山崩れを監視する監視システムでは、その監視対象は、山岳部の地表等である。

【0411】

［交通路監視システム］
第２の監視システムは、交通路を監視するシステム（以下「交通路監視システム」という）である。この交通路監視システムにおける監視対象は、例えば、鉄道の踏切、特定の線路、空港の滑走路、道路の交差点、特定の道路、または駐車場等であり得る。

【0412】

例えば監視対象が鉄道の踏切である場合、踏切内部を監視できる位置にセンサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０は、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象における物標を検出できる。センサ部１０１０によって得られた物標情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。本体部１１００は、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば電車の運行情報等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等を行う。ここで、必要な制御指示とは、例えば、踏切閉鎖時に踏切内部に人または車両等が確認された場合に、電車を停止させる等の指示をいう。

【0413】

また、例えば監視対象を空港の滑走路とした場合は、滑走路上を所定の分解能、例えば５ｃｍ角以上の異物が検出できる分解能に設定できる様に、複数のセンサ部１０１０、１０２０等が、滑走路に沿って配置される。監視システム１５００は、滑走路上を昼夜、天候を問わず常時監視する。この機能は、ＵＷＢ対応が可能な本開示の実施形態におけるミリ波レーダを用いるからこそ実現できる機能である。また、本ミリ波レーダ装置は、小型、高解像、低コストで実現できるので、滑走路全面を隈なくカバーする場合にも、現実的な対応が可能である。この場合、本体部１１００は、複数のセンサ部１０１０、１０２０等を統合管理する。本体部１１００は、滑走路上に異物を確認した場合、空港管制システム（図示せず）に、異物の位置と大きさに関する情報を送信する。これを受けた空港管制システムは、その滑走路での離着陸を一時的に禁止する。その間、本体部１１００は、例えば別途設けられた滑走路上を自動的に清掃する車両等に対して、異物の位置と大きさに関する情報を送信する。これを受けた清掃車両は、自力で異物がある位置に移動し、その異物を自動的に除去する。清掃車両は、異物の除去が完了すると、本体部１１００にその
旨の情報を送信する。そして本体部１１００は、その異物を検出したセンサ部１０１０等が「異物がない」ことを再度確認し、安全であることを確認した後、空港管制システムにその旨を伝える。これを受けた空港管制システムは、該当する滑走路の離着陸禁止を解除する。

【0414】

さらに、例えば監視対象を駐車場とした場合、駐車場のどの位置が空いているのかを、自動的に認識することができる。これに関連する技術は、米国特許第６９４３７２６号明細書に記載されている。その開示内容全体を、本明細書に援用する。

【0415】

［セキュリティ監視システム］
第３の監視システムは、私有敷地内または家屋への不法侵入者を監視するシステム（以下「セキュリティ監視システム」という）である。このセキュリティ監視システムでの監視対象は、例えば、私有敷地内または家屋内等の特定領域である。

【0416】

例えば、監視対象を私有敷地内とした場合、これを監視できる１または２以上の位置にセンサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０として、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象における物標を検出できる。センサ部１０１０で得られた物標情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。本体部１１００において、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば侵入対象が人であるか犬または鳥等の動物であるかを正確に認識するために必要となる参照データ等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等が行われる。ここで、必要な制御指示とは、例えば、敷地内に設置された警報を鳴らすとか、照明を点ける等の指示に加えて、携帯通信回線等を通じて敷地の管理者に直接通報する等の指示を含む。本体部１１００における処理部１１０１は、検出された物標を、内蔵した、ディープラーニング等の手法を採用した高度認識装置に認識させてもよい。あるいは、この高度認識装置は、外部に配置されていてもよい。その場合、高度認識装置は、通信回線１３００によって接続され得る。

【0417】

これに関連する技術は、米国特許第７４２５９８３号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。

【0418】

このようなセキュリティ監視システムの他の実施形態として、空港の搭乗口、駅の改札口、建物の入り口等に設置される人監視システムにも応用することができる。この人監視システムでの監視対象は、例えば、空港の搭乗口、駅の改札口、建物の入り口等である。

【0419】

例えば監視対象が空港の搭乗口である場合、センサ部１０１０は、例えば搭乗口の持ち物検査装置に設置され得る。この場合、その検査方法には次の２通りの方法がある。１つは、ミリ波レーダが、自らが送信した電磁波が監視対象である搭乗者で反射して戻ってきた電磁波を受信することで、搭乗者の持ち物等を検査する方法である。もう１つは、搭乗者自らの人体から放射される微弱なミリ波をアンテナで受けることで、搭乗者が隠し持つ異物を検査する方法である。後者の方法では、ミリ波レーダには、受信するミリ波をスキャンする機能を持つことが望ましい。このスキャン機能は、デジタルビームフォーミングを利用することによって実現してもよいし、機械的なスキャン動作によって実現してもよい。なお、本体部１１００の処理については、前述した例と同様の通信処理および認識処理を用いることもできる。

【0420】

［建造物検査システム（非破壊検査）］
第４の監視システムは、道路もしくは鉄道の高架橋または建造物等のコンクリートの内部、または道路もしくは地面の内部等の監視または検査を行うシステム（以下「建造物検
査システム」という）である。この建造物検査システムでの監視対象は、例えば、高架橋もしくは建造物等のコンクリートの内部、または道路もしくは地面の内部等である。

【0421】

例えば、監視対象がコンクリート建造物の内部である場合、センサ部１０１０は、コンクリート建造物の表面に沿ってアンテナ１０１１を走査させることができる構造を有する。ここで「走査」は、手動で実現してもよいし、走査用の固定レールを別途設置し、このレール上をモータ等の駆動力を用いて移動させることで実現してもよい。また、監視対象が道路または地面の場合は、アンテナ１０１１を車両等に下向きに設置し、車両を一定速度で走行させることによって「走査」を実現してもよい。センサ部１０１０で使用される電磁波は、例えば１００ＧＨｚを超える、いわゆるテラヘルツ領域のミリ波を用いてもよい。前述したとおり、本開示の実施形態におけるアレーアンテナによれば、例えば１００ＧＨｚを超える電磁波にも、従来のパッチアンテナ等に比較して、より少ない損失のアンテナを構成できる。より高周波の電磁波は、コンクリート等の検査対象物に、より深く浸透することができ、より正確な非破壊検査を実現できる。なお、本体部１１００の処理については、前述した他の監視システム等と同様の通信処理や認識処理も用いることができる。

【0422】

これに関連する技術は、米国特許第６６６１３６７号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。

【0423】

［人監視システム］
第５の監視システムは、介護対象者を見守るシステム（以下「人見守りシステム」という）である。この人見守りシステムでの監視対象は、例えば、介護者または病院の患者等である。

【0424】

例えば監視対象を介護施設の室内における介護者とした場合、この室内に、室内全体を監視できる１または２以上の位置に、センサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０には、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象を監視できる。他方、監視対象を人とした場合、プライバシー保護の観点から、カメラ等での監視は適当でない場合がある。この点を考慮して、センサを選択する必要がある。なお、ミリ波レーダでの物標検出では、監視対象の人を、画像ではなくその影ともいえる信号によって取得することができる。従って、ミリ波レーダは、プライバシー保護の観点から、望ましいセンサと言える。

【0425】

センサ部１０１０で得られた介護者の情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。センサ部１０１０は、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば介護者の物標情報を正確に認識するために必要となる参照データ等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等、を行う。ここで、必要な制御指示とは、例えば、検出結果に基づき、管理者に直接通報する等の指示を含む。また、本体部１１００の処理部１１０１は、検出された物標を、内蔵した、ディープラーニング等の手法を採用した高度認識装置に認識させてもよい。この高度認識装置は、外部に配置されてもよい。その場合、高度認識装置は、通信回線１３００によって接続され得る。

【0426】

ミリ波レーダで人を監視対象とする場合、少なくとも次の２つの機能を追加することができる。

【0427】

第１の機能は、心拍数・呼吸数の監視機能である。ミリ波レーダでは、電磁波は衣服を透過して、人体の皮膚表面の位置および動きを検出できる。処理部１１０１は、まず監視対象となる人とその外形を検出する。次に、例えば心拍数を検知する場合は、心拍の動き
が検出しやすい体表面の位置を特定し、そこの動きを時系列化して検出する。これにより、例えば１分間の心拍数を検出することができる。呼吸数を検知する場合も同様である。この機能を用いることで、介護者の健康状態を常時確認することができ、より質の高い介護者への見守りが可能である。

【0428】

第２の機能は、転倒検出機能である。老人等の介護者は、足腰が弱っていることに起因して、転倒することがある。人が転倒する場合、人体の特定部位、例えば頭部等、の速度、または加速度が一定以上になる。ミリ波レーダで人を監視対象とする場合、常時、対象物標の相対速度または加速度を検出することができる。従って、例えば監視対象として頭部を特定し、その相対速度または加速度を時系列的に検知することで、一定値以上の速度を検出した場合、転倒したと認識することができる。処理部１１０１は、転倒を認識した場合、例えば的確な介護支援に対応する指示等を発行することができる。

【0429】

なお、以上説明した監視システム等では、センサ部１０１０が一定の位置に固定されていた。しかしセンサ部１０１０を、例えばロボット、車両、ドローン等の飛行体等の移動体に設置することも可能である。ここで車両等には、例えば自動車のみならず、電動車椅子等の小型移動体も含まれる。この場合、この移動体は、自己の現在位置を常に確認するためにＧＰＳユニットを内蔵してもよい。加えてこの移動体は、地図情報および前述の第５の処理装置について説明した地図更新情報を用いて、自らの現在位置の正確性をさらに向上させる機能を有していてもよい。

【0430】

さらに、以上説明した、第１から第３の検出装置、第１から第６の処理装置、第１から第５の監視システム等と類似する装置またはシステムにおいて、これらと同様の構成を利用することで、本開示の実施形態におけるアレーアンテナまたはミリ波レーダを用いることができる。

【0431】

＜応用例３：通信システム＞
［通信システムの第１の例］
本開示における導波路装置およびアンテナ装置（アレーアンテナ）は、通信システム（ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を構成する送信機（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）および／または受信機（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）に用いることができる。本開示における導波路装置およびアンテナ装置は、積層された導電部材を用いて構成されるため、導波管を用いる場合に比して、送信機および／または受信機のサイズを小さく抑えることができる。また、誘電体を必要としないため、マイクロストリップ線路を用いる場合に比して、電磁波の誘電損失を小さく抑えることができる。よって、小型で高効率の送信機および／または受信機を備える通信システムを構築することができる。

【0432】

そのような通信システムは、アナログ信号に直接変調をかけて送受信する、アナログ式通信システムであり得る。しかし、デジタル式通信システムであれば、より柔軟で性能の高い通信システムを構築することが可能である。

【0433】

以下、図４９を参照しながら、本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置を用いた、デジタル式通信システム８００Ａを説明する。

【0434】

図４９は、デジタル式通信システム８００Ａの構成を示すブロック図である。通信システム８００Ａは、送信機８１０Ａと受信機８２０Ａとを備えている。送信機８１０Ａは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８１２と、符号化器８１３と、変調器８１４と、送信アンテナ８１５とを備えている。受信機８２０Ａは、受信アンテナ８２５と、復調器８２４と、復号化器８２３と、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８２２とを備えている。送信アンテナ８１５および受信アンテナ８２５の少なくとも一方は、本開示の
実施形態におけるアレーアンテナによって実現され得る。本応用例において、送信アンテナ８１５に接続される変調器８１４、符号化器８１３、およびＡ／Ｄコンバータ８１２などを含む回路を、送信回路と称する。受信アンテナ８２５に接続される復調器８２４、復号化器８２３、およびＤ／Ａコンバータ８２２などを含む回路を、受信回路と称する。送信回路と受信回路とを合わせて、通信回路と称することもある。

【0435】

送信機８１０Ａは、信号源８１１から受け取ったアナログ信号を、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８１２によってデジタル信号に変換する。次に、デジタル信号は、符号化器８１３によって符号化される。ここで、「符号化」とは、送信すべきデジタル信号を操作し、通信に適した形態に変換することを指す。そのような符号化の例としては、ＣＤＭ（Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等がある。また、ＴＤＭ（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＦＤＭ （Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、またはＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を行うための変換も、この符号化の一例である。符号化された信号は、変調器８１４によって高周波信号に変換され、送信アンテナ８１５から送信される。

【0436】

なお、通信の分野では、搬送波に重畳される信号を表す波を「信号波」と称することがあるが、本明細書における「信号波」の用語は、そのような意味では用いられていない。本明細書における「信号波」とは、導波路を伝搬する電磁波、およびアンテナ素子を用いて送受信される電磁波を広く意味する。

【0437】

受信機８２０Ａは、受信アンテナ８２５で受信した高周波信号を、復調器８２４によって低周波の信号に戻し、復号化器８２３によってデジタル信号に戻す。復号されたデジタル信号は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８２２でアナログ信号に戻され、データシンク（データ受信装置）８２１に送られる。以上の処理により、一連の送信と受信のプロセスが完了する。

【0438】

通信する主体がコンピュータのようなデジタル機器である場合は、上記の処理において、送信信号のアナログ／デジタル変換、および受信信号のデジタル／アナログ変換は不要である。したがって、図４９におけるアナログ／デジタルコンバータ８１２およびデジタル／アナログコンバータ８２２は省略可能である。このような構成のシステムも、デジタル式通信システムに含まれる。

【0439】

デジタル式通信システムにおいては、信号強度の確保、または通信容量の拡大のために、様々な方法が用いられる。そのような方法の多くは、ミリ波帯またはテラヘルツ帯の電波を用いる通信システムにおいても有効である。

【0440】

ミリ波帯またはテラヘルツ帯における電波は、より低い周波数の電波に比して直進性が高く、障害物の陰の側に回り込む回折は小さい。このため、受信機が、送信機から送信された電波を直接に受信できないことも少なくない。そのような状況でも、反射波を受信できることは多いが、反射波の電波信号の質は直接波よりも劣ることが多いため、安定した受信はより難しくなる。また、複数の反射波が異なる経路を通って到来することもある。その場合、経路長の異なる受信波は互いに位相が異なり、マルチパス・フェージング（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ Ｆａｄｉｎｇ）を引き起こす。

【0441】

このような状況を改善するための技術として、アンテナダイバーシティ（Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）と呼ばれる技術を利用することができる。この技術においては、送信機および受信機の少なくとも一方は、複数のアンテナを備える。それらの複数のアンテナ間の距離が、波長程度以上異なれば、受信波の状態は異なってくる。そこで、最も
品質のよい送受信が行えるアンテナが選択して用いられる。こうすることで通信の信頼性を高めることができる。また、複数のアンテナから得られる信号を合成して信号の品質の改善を図ってもよい。

【0442】

図４９に示される通信システム８００Ａにおいて、例えば受信機８２０Ａは受信アンテナ８２５を複数個備えていてもよい。この場合、複数の受信アンテナ８２５と復調器８２４との間には、切り替え器が介在する。受信機８２０Ａは、切り替え器によって、複数の受信アンテナ８２５の中から最も品質のよい信号が得られるアンテナと復調器８２４とを接続する。なお、この例において、送信機８１０Ａが送信アンテナ８１５を複数個備えていてもよい。

【0443】

［通信システムの第２の例］
図５０は、電波の放射パターンを変化させることのできる送信機８１０Ｂを含む通信システム８００Ｂの例を示すブロック図である。この応用例において、受信機は図４９に示す受信機８２０Ａと同一である。このため、図５０には受信機は図示されていない。送信機８１０Ｂは、送信機８１０Ａの構成に加えて、複数個のアンテナ素子８１５１を含むアンテナアレイ８１５ｂを有する。アンテナアレイ８１５ｂは、本開示の実施形態におけるアレーアンテナであり得る。送信機８１０Ｂはさらに、複数のアンテナ素子８１５１と変調器８１４との間にそれぞれ接続された複数の移相器（ＰＳ）８１６を有する。この送信機８１０Ｂにおいて、変調器８１４の出力は、複数の移相器８１６に送られ、そこで位相差を付与されて、得られた信号が複数のアンテナ素子８１５１に導かれる。複数のアンテナ素子８１５１が等間隔に配置されている場合において、各アンテナ素子８１５１に、隣り合うアンテナ素子に対して一定量だけ異なる位相の高周波信号が供給される場合、その位相差に応じてアンテナアレイ８１５ｂの主ローブ８１７は正面から傾いた方位を向く。この方法はビームフォーミング（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ばれることがある。

【0444】

各移相器８１６が付与する位相差を様々に異ならせて主ローブ８１７の方位を変化させることができる。この方法はビームステアリング（Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と呼ばれることがある。送受信の状態が最も良くなる位相差を見つけることにより、通信の信頼性を高めることができる。なお、ここでは移相器８１６が付与する位相差が、隣り合うアンテナ素子８１５１の間では一定である例を説明したが、そのような例に限られない。また、直接波だけではなく、反射波が受信機に届く方位に電波が放射されるように、位相差が付与されてもよい。

【0445】

送信機８１０Ｂでは、ヌルステアリング（Ｎｕｌｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と呼ばれる方法も利用できる。これは、位相差を調節することで、特定の方向に電波が放射されない状態を作る方法を指す。ヌルステアリングを行うことにより、電波を送信したくない他の受信機に向けて放射される電波を抑制することができる。これにより、混信を回避することができる。ミリ波またはテラヘルツ波を用いたデジタル通信は、非常に広い周波数帯域を利用できるが、それでも、可能な限り効率的に帯域幅を利用することが好ましい。ヌルステアリングを利用すれば、同一の帯域で複数の送受信が行えるため、帯域幅の利用効率を高めることができる。ビームフォーミング、ビームステアリング、およびヌルステアリング等の技術を用いて帯域幅の利用効率を高める方法は、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）と呼ばれることもある。

【0446】

［通信システムの第３の例］
特定の周波数帯域における通信容量を増やす為に、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれる方法を適用することもできる。ＭＩＭＯにおいては、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナが使用される。複数の送信アンテナの各々から電波が放射される。ある一例において、放射される電波
には、それぞれ異なる信号を重畳させることができる。複数の受信アンテナの各々は、送信された複数の電波を何れも受信する。しかし、異なる受信アンテナは、異なる経路を通って到達する電波を受信するため、受信する電波の位相に差異が生じる。この差異を利用することにより、複数の電波に含まれていた複数の信号を受信機の側で分離することが可能である。

【0447】

本開示に係る導波路装置およびアンテナ装置は、ＭＩＭＯを利用する通信システムにおいても用いることができる。以下、そのような通信システムの例を説明する。

【0448】

図５１は、ＭＩＭＯ機能を実装した通信システム８００Ｃの例を示すブロック図である。この通信システム８００Ｃにおいて、送信機８３０は、符号化器８３２と、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３と、２つの送信アンテナ８３５１、８３５２とを備える。受信機８４０は、２つの受信アンテナ８４５１、８４５２と、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３と、復号化器８４２とを備える。なお、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれの個数は、２つより多くてもよい。ここでは、説明を簡単にするため、各アンテナが２つの例を取り上げる。一般には、送信アンテナと受信アンテナの内の少ない方の個数に比例して、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量は増大する。

【0449】

データ信号源８３１から信号を受け取った送信機８３０は、符号化器８３２によって信号を送信のために符号化する。符号化された信号は、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３によって、２つの送信アンテナ８３５１、８３５２に分配される。

【0450】

ＭＩＭＯ方式のある一例における処理方法においては、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３は、符号化された信号の列を、送信アンテナ８３５２の数と同じ数である２つに分割し、並列に送信アンテナ８３５１、８３５２に送る。送信アンテナ８３５１、８３５２は、分割された複数の信号列の情報を含む電波をそれぞれ放射する。送信アンテナがＮ個である場合は、信号列はＮ個に分割される。放射された電波は、２つの受信アンテナ８４５１、８４５２の両方で同時に受信される。すなわち、受信アンテナ８４５１、８４５２の各々で受信された電波には、送信時に分割された２つの信号が混ざって含まれている。この混ざった信号の分離は、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３によって行われる。

【0451】

混ざった２つの信号は、例えば電波の位相差に着目すれば分離することができる。送信アンテナ８３５１から到達した電波を受信アンテナ８４５１、８４５２が受信した場合の２つの電波の位相差と、送信アンテナ８３５２から到達した電波を受信アンテナ８４５１、８４５２が受信した場合の２つの電波の位相差と異なる。すなわち、送受信の経路によって、受信アンテナ間での位相差は異なる。また、送信アンテナと受信アンテナの空間的な配置関係が変化しなければ、それらの位相差は不変である。そこで、２つの受信アンテナで受信された受信信号を、送受信経路によって定まる位相差だけずらして相関をとることにより、その送受信経路を通って受信された信号を抽出することができる。ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３は、例えばこの方法により、受信信号から２つの信号列を分離し、分割される前の信号列を回復する。回復された信号列は、まだ符号化された状態にあるので、復号化器８４２に送られて、そこで元の信号に復元される。復元された信号は、データシンク８４１に送られる。

【0452】

この例におけるＭＩＭＯ通信システム８００Ｃは、デジタル信号を送受信するが、アナログ信号を送受信するＭＩＭＯ通信システムも実現可能である。その場合は、図５１の構成に、図４９を参照して説明した、アナログ／デジタルコンバータと、デジタル／アナログコンバータとが追加される。なお、異なる送信アンテナからの信号を見分けるために利用される情報は、位相差の情報に限られない。一般に、送信アンテナと受信アンテナとの組合せが異なると、受信された電波は、位相以外にも、散乱またはフェージング等の状況
が異なり得る。これらは総称してＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と呼ばれる。ＣＳＩは、ＭＩＭＯを利用するシステムにおいて、異なる送受信経路を見分けるために利用される。

【0453】

なお、複数の送信アンテナが、各々独立の信号を含んだ送信波を放射することは、必須の条件ではない。受信アンテナの側で分離できるのであれば、複数の信号を含んだ電波を、各送信アンテナが放射する構成でもよい。また、送信アンテナの側でビームフォーミングを行って、各送信アンテナからの電波の合成波として、単一の信号を含んだ送信波が受信アンテナの側で形成されるように構成することも可能である。この場合も、各送信アンテナは、複数の信号を含む電波を放射する構成となる。

【0454】

この第３の例においても、第１および第２の例と同様、信号の符号化の方法として、ＣＤＭ、ＦＤＭ、ＴＤＭ、ＯＦＤＭ等の種々の方法を用いることができる。

【0455】

通信システムにおいて、信号を処理するための集積回路（信号処理回路または通信回路と称する）を搭載する回路基板は、本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置に積層して配置することができる。本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置は、板形状の導電部材が積層された構造を持つため、回路基板をそれらの上に積み重ねる配置にすることは容易である。このような配置にすることで、導波管などを用いた場合に比して、容積が小さい送信機および受信機を実現できる。

【0456】

以上で説明した、通信システムの第１から第３の例において、送信機または受信機の構成要素である、アナログ／デジタルコンバータ、デジタル／アナログコンバータ、符号化器、復号化器、変調器、復調器、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ等は、図４９、５０、５１においては独立した１つの要素として表されているが、必ずしも独立している必要はない。例えば、これらの要素の全てを、１つの集積回路で実現してもよい。あるいは、一部の要素のみを纏めて、１つの集積回路で実現してもよい。いずれの場合も、本開示で説明した機能を実現している限り、本発明を実施しているといえる。

【0457】

以上のように、本開示は、以下の項目に記載のスロットアレーアンテナ、レーダ装置、レーダシステム、および無線通信システムを含む。

【0458】

［項目１］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を拡大する複数の凹部を、前記導電性表面および／または前記導波面に有し、
前記複数の凹部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の凹部、第２の凹部、および第３の凹部を含み、
前記第１の凹部と前記第２の凹部との中心間距離は、前記第２の凹部と前記第３の凹部との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0459】

［項目２］
前記第１から第３の凹部は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目１に記載の
スロットアレーアンテナ。

【0460】

［項目３］
前記第１から第３の凹部は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0461】

［項目４］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の凹部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目１から３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0462】

［項目５］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の凹部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の凹部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目４に記載のスロットアレーアンテナ。

【0463】

［項目６］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の凹部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４または５に記載のスロットアレーアンテナ。

【0464】

［項目７］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0465】

［項目８］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の凹部と前記第２の凹部との中心間距離、および前記第２の凹部と前記第３の凹部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目１から７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0466】

［項目９］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める複数の凸部を、前記導電性表面および／または前記導波面に有し、
前記複数の凸部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の凸部、第２の凸部、および第３の凸部を含み、
前記第１の凸部と前記第２の凸部との中心間距離は、前記第２の凸部と前記第３の凸部との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0467】

［項目１０］
前記第１から第３の凸部は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目９に記載のスロットアレーアンテナ。

【0468】

［項目１１］
前記第１から第３の凸部は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目９に記載のスロットアレーアンテナ。

【0469】

［項目１２］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の凸部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目９から１１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0470】

［項目１３］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の凸部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の凸部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目４に記載のスロットアレーアンテナ。

【0471】

［項目１４］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の凸部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４、１２または１３に記載のスロットアレーアンテナ。

【0472】

［項目１５］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目９から１４のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0473】

［項目１６］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の凸部と前記第２の凸部との中心間距離、および前記第２の凸部と前記第３の凸部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目９から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0474】

［項目１７］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を広げる複数の幅広部を、前記導波面に有し、
前記複数の幅広部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の幅広部、第２の幅広
部、および第３の幅広部を含み、
前記第１の幅広部と前記第２の幅広部との中心間距離は、前記第２の幅広部と前記第３の幅広部との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0475】

［項目１８］
前記第１から第３の幅広は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目１７に記載のスロットアレーアンテナ。

【0476】

［項目１９］
前記第１から第３の幅広部は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目１７に記載のスロットアレーアンテナ。

【0477】

［項目２０］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の幅広部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目１７から１９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0478】

［項目２１］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の幅広部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の幅広部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目２０に記載のスロットアレーアンテナ。

【0479】

［項目２２］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の幅広部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４、２０または２１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0480】

［項目２３］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目１７から２２のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0481】

［項目２４］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の幅広部と前記第２の幅広部との中心間距離、および前記第２の幅広部と前記第３の幅広部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目１７から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0482】

［項目２５］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波部材は、隣り合う部位よりも前記導波面の幅を狭める複数の狭小部を、前記導波面に有し、
前記複数の狭小部は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の狭小部、第２の狭小部、および第３の狭小部を含み、
前記第１の狭小部と前記第２の狭小部との中心間距離は、前記第２の狭小部と前記第３の狭小部との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0483】

［項目２６］
前記第１から第３の狭小部は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目２５に記載のスロットアレーアンテナ。

【0484】

［項目２７］
前記第１から第３の狭小部は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目２５に記載のスロットアレーアンテナ。

【0485】

［項目２８］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の狭小部のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目２５から２７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0486】

［項目２９］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の狭小部は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の狭小部は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目２８に記載のスロットアレーアンテナ。

【0487】

［項目３０］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の狭小部の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４、２８または２９に記載のスロットアレーアンテナ。

【0488】

［項目３１］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目２５から３０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0489】

［項目３２］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の狭小部と前記第２の狭小部との中心間距離、および前記第２の狭小部と前記第３の狭小部との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目２５から３１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0490】

［項目３３］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する
導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のキャパシタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含み、
前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所、第２の箇所、および第３の箇所を含み、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離は、前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0491】

［項目３４］
前記第１から第３の箇所は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目３３に記載のスロットアレーアンテナ。

【0492】

［項目３５］
前記第１から第３の箇所は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目３３に記載のスロットアレーアンテナ。

【0493】

［項目３６］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の箇所のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目３３から３５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0494】

［項目３７］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の箇所は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の箇所は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目３６に記載のスロットアレーアンテナ。

【0495】

［項目３８］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の箇所の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４、３６または３７に記載のスロットアレーアンテナ。

【0496】

［項目３９］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目３３から３８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0497】

［項目４０］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離、および前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目３３から３９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0498】

［項目４１］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のインダクタンスが極大または極小を示す複数の箇所を含み、
前記複数の箇所は、前記第１の方向に隣り合って順に並ぶ第１の箇所、第２の箇所、および第３の箇所を含み、
前記第１箇所と前記第２箇所との中心間距離は、前記第２箇所と前記第３箇所との中心間距離とは異なっている、
スロットアレーアンテナ。

【0499】

［項目４２］
前記第１から第３の箇所は、前記導電部材の前記導電性表面上にある、項目４１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0500】

［項目４３］
前記第１から第３の箇所は、前記導波部材の前記導波面上にある、項目４１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0501】

［項目４４］
前記複数のスロットは、隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１から第３の箇所のうちの少なくとも２つは、前記第１および第２のスロットの間に位置している、項目４１から４３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0502】

［項目４５］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、
前記第１および第２の箇所は、前記第１および第２のスロットの間に位置し、
前記第３の箇所は、前記第１および第２のスロットの外側に位置している、
項目４４に記載のスロットアレーアンテナ。

【0503】

［項目４６］
前記導電性表面の法線方向から見たとき、前記第１および第２の箇所の間に、前記第１および第２のスロットの中点が位置している、項目４、４４または４５に記載のスロットアレーアンテナ。

【0504】

［項目４７］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記導波部材は、前記他の導電部材上のリッジである、
項目４１から４６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0505】

［項目４８］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の箇所と前記第２の箇所との中心間距離、および前記第２の箇所と前記第３の箇所との中心間距離の少なくとも一方は、１．１５λｏ／８よりも大きい、
項目４１から４７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0506】

［項目４９］
自由空間中における中心波長がλｏである帯域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スロットアレーアンテナであって、
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅はλｏ／２未満であり、
前記導電性表面および前記導波面の間の導波路は、前記導波路のインダクタンスおよびキャパシタンスのうちの少なくとも一方が極小を示す少なくとも１つの極小箇所、および、極大を示す少なくとも１つの極大箇所を含み、前記少なくとも１つの極小箇所および前記少なくとも１つの極大箇所は、前記第１の方向に並んでおり、
前記少なくとも１つの極小箇所は、１．１５λｏ／８よりも隔たって前記極大箇所と隣り合う、第１種の極小箇所を含む、
スロットアレーアンテナ。

【0507】

［項目５０］
前記少なくとも１つの極大箇所は、複数の極大箇所を含み、
前記少なくとも１つの極小箇所は、複数の極小箇所を含み、
前記複数の極小箇所は、１．１５λｏ／８未満だけ隔たって前記極大箇所のいずれかと隣り合う極小箇所をさらに含む、
項目４９に記載のスロットアレーアンテナ。

【0508】

［項目５１］
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、前記導電性表面および前記導波面の間の導波路の前記インダクタンスおよびキャパシタンスの少なくとも一方を変化させる複数の付加要素を前記導電性表面および前記導波面上の少なくとも一方に有し、
各付加要素の前記第１の方向における位置は、前記極小箇所の少なくとも１つ、または前記極大箇所の少なくとも１つと重なる、
項目４９または５０に記載のスロットアレーアンテナ。

【0509】

［項目５２］
前記複数の付加要素の少なくとも１つは、各々の前記第１の方向の長さが１．１５λｏ／８未満である複数の微小付加要素を含み、
前記複数の微小付加要素は、前記第１の方向に隣り合って並び、
前記極小箇所および前記極大箇所の少なくとも１つには、隣り合って並ぶ前記複数の微小付加要素が配置され、
隣り合って並ぶ前記複数の微小付加要素の中心間の距離は、１．１５λｏ／８未満である、
項目５１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0510】

［項目５３］
各付加要素は、凹部および凸部および幅広部および狭小部のうちの少なくとも１つを含む、項目５１に記載のスロットアレーアンテナ。

【0511】

［項目５４］
各付加要素は、前記導波面上の凹部または凸部であり、
前記導波面は、隣り合う２つの凹部または隣り合う２つの凸部の間に、１．１５λｏ／４よりも大きい長さを有する平坦部分を含んでいる、項目５１または５３に記載のスロットアレーアンテナ。

【0512】

［項目５５］
自由空間中における中心波長がλｏである帯域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スロットアレーアンテナであって、
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅はλｏ／２未満であり、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、複数の付加要素を、前記導電性表面および前記導波面の少なくとも一方に有し、
前記複数の付加要素は、少なくとも１つの第１種の付加要素および少なくとも１つの第２種の付加要素の少なくとも一方を含み、
前記少なくとも１つの第１種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める凸部、または隣り合う部位よりも前記導波面の幅を広げる幅広部であり、
前記少なくとも１つの第２種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を広げる凹部、または隣り合う部位よりも前記導波面の幅を狭める狭小部であり、
（ａ）前記少なくとも１つの第１種の付加要素は、前記少なくとも１つの第２種の付加要素、または前記少なくとも１つの付加要素が配置されていない少なくとも１つの中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記少なくとも１つの第１種の付加要素の中心位置と、前記少なくとも１つの第２種の付加要素または前記少なくとも１つの中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、
または、
（ｂ）前記少なくとも１つの第２種の付加要素は、前記少なくとも１つの第１種の付加要素、または前記少なくとも１つの付加要素が配置されていない少なくとも１つの中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記少なくとも１つの第１種の付加要素の中心位置と、前記少なくとも１つの第２種の付加要素または前記少なくとも１つの中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、
スロットアレーアンテナ。

【0513】

［項目５６］
自由空間中における中心波長がλｏである帯域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スロットアレーアンテナであって、
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを含むスロット列を有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅はλｏ／２未満であり、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、複数の付加要素を、前記導電性表面および前記導波面の少なくとも一方に有し、
前記複数の付加要素は、少なくとも１つの第３種の付加要素および少なくとも１つの第４種の付加要素の少なくとも一方を含み、
前記少なくとも１つの第３種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を狭める凸部であって、かつ隣り合う部位よりも前記導波面の幅が狭く、
前記少なくとも１つの第４種の付加要素は、前記導電性表面および前記導波面のいずれかに配置され、隣り合う部位よりも前記導電性表面と前記導波面との間隔を広げる凹部であって、かつ隣り合う部位よりも前記導波面の幅が広く、
（ｃ）前記少なくとも１つの第３種の付加要素は、前記少なくとも１つの第４種の付加要素、または前記少なくとも１つの付加要素が配置されていない少なくとも１つの中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記少なくとも１つの第３種の付加要素の中心位置と、前記少なくとも１つの第４種の付加要素または前記少なくとも１つの中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、
または、
（ｄ）前記少なくとも１つの第４種の付加要素は、前記少なくとも１つの第３種の付加要素、または前記少なくとも１つの付加要素が配置されていない少なくとも１つの中立部と前記第１の方向において隣り合い、かつ、前記少なくとも１つの第４種の付加要素の中心位置と、前記少なくとも１つの第３種の付加要素または前記少なくとも１つの中立部の中心位置とが、前記第１の方向に１．１５λｏ／８よりも隔たっている、
スロットアレーアンテナ。

【0514】

［項目５７］
前記複数の付加要素は、１．１５λｏ／８未満だけ隔たって他の付加要素と隣り合う付加要素を含む、項目５５または５６に記載のスロットアレーアンテナ。

【0515】

［項目５８］
前記複数の付加要素は、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中点位置または前記中点位置に対向する前記導波面上の位置に関して対称に分布している複数の付加要素を含む、項目５１から５７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0516】

［項目５９］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離の１／２以上の周期で変動している、
スロットアレーアンテナ。

【0517】

［項目６０］
自由空間中の中心波長がλｏの帯域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スロットアレーアンテナであって、
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅は、λｏ未満であり、
前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、１．１５λｏ／４よりも長い周期で変動している、
スロットアレーアンテナ。

【0518】

［項目６１］
自由空間中の中心波長がλｏである帯域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スロットアレーアンテナであって、
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅は、λｏ未満であり、
前記導電部材および前記導波部材の少なくとも一方は、前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方を、隣り合う部位から変化させる複数の付加要素を、前記導波面または前記導電性表面に有し、
前記複数の付加要素が存在しない場合に、波長λｏの電磁波が、前記導電部材と前記導波部材との間の導波路を伝搬する際の波長をλ_Rとするとき、
前記導電性表面と前記導波面との間隔、および前記導波面の幅の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、λ_R／４よりも長い周期で変動している、
スロットアレーアンテナ。

【0519】

［項目６２］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面と前記導波面との間の導波路におけるキャパシタンスおよびインダクタンスの少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離の１／２以上の周期で変動している、
スロットアレーアンテナ。

【0520】

［項目６３］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導電性表面と前記導波面との間隔は、前記第１の方向に沿って変動しており、
前記導電部材と前記導波部材との間の導波路は、前記導電性表面と前記導波面との間隔が異なる少なくとも３つの箇所を有する、
スロットアレーアンテナ。

【0521】

［項目６４］
前記導電部材と前記導波部材との間の導波路は、前記導電性表面と前記導波面との間隔が異なる前記少なくとも３つの箇所を、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの間に有する、項目６３に記載のスロットアレーアンテナ。

【0522】

［項目６５］
導電性表面、および前記導電性表面に沿った第１の方向に配列された複数のスロットを有する導電部材と、
前記複数のスロットに対向し、前記第１の方向に沿って延びる導電性の導波面を有する導波部材と、
前記導波部材の両側の人工磁気導体と、
を備え、
前記導波面の幅は、前記第１の方向に変動しており、
前記導波面は、前記幅が異なる少なくとも３つの箇所を有する、
スロットアレーアンテナ。

【0523】

［項目６６］
前記導波面は、前記幅が異なる少なくとも３つの箇所を、前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの間に有する、項目６５に記載のスロットアレーアンテナ。

【0524】

［項目６７］
前記導波面は、前記複数のスロットに対向する平坦部分を有している、項目１から６６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0525】

［項目６８］
前記導波部材を含む複数の導波部材を備え、
前記導電部材は、前記複数のスロットによって構成されるスロット列を含む複数のスロット列を有し、
前記複数のスロット列の各々は、前記第１の方向に配列された複数のスロットを含み、
前記複数の導波部材の導波面は、前記複数のスロット列にそれぞれ対向し、
前記複数のスロット列および前記複数の導波部材は、前記第１の方向と交差する第２の方向に並ぶ、
項目１から６７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0526】

［項目６９］
前記導電部材の前記導電性表面に対向する他の導電性表面を有する他の導電部材を有し、
前記人工磁気導体は、各々が、前記導電性表面に対向する先端部と、前記他の導電性表面に接続された基部とを持つ複数の導電性ロッドを有する、
項目１から６８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0527】

［項目７０］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記第１の方向および前記複数の導電性ロッドの前記基部から前記先端部に向かう方向の両方に垂直な方向における、前記導波部材の幅、各導電性ロッドの幅、および隣り合う２つの導電性ロッドの間の空間の幅、ならびに前記複数の導電性ロッドの各々の前記基部から前記導電性表面までの距離は、λｏ／２未満である、項目６９に記載のスロットアレーアンテナ。

【0528】

［項目７１］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間中の中心波長がλｏの帯域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、
前記複数のスロットのうちの隣り合う２つのスロットの中心間距離は、λｏよりも短い、項目１から７０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。

【0529】

［項目７２］
項目１から７１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナと、
前記スロットアレーアンテナに接続されたマイクロ波集積回路と、
を備えるレーダ装置。

【0530】

［項目７３］
項目７２に記載のレーダ装置と、
前記レーダ装置の前記マイクロ波集積回路に接続された信号処理回路と、
を備えるレーダシステム。

【0531】

［項目７４］
項目１から７１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナと、
前記スロットアレー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。

【0532】

例示的な実施形態について、本発明を説明したが、開示された発明が多様な態様に改変することができ、上で詳述したものとは異なる多くの実施形態が想定されることは、当業者に明らかであろう。したがって、添付の請求項により、発明の真の精神および範囲に含まれる発明の全ての改変がカバーされることが意図されている。

【0533】

本願は、２０１５年１１月５日付けで出願された日本国特許出願第２０１５−２１７６５７号、および２０１６年９月７日付けで出願された日本国特許出願第２０１６−１７４８４１号に基づいている。これらの開示全体を本願において参考のため援用する。

【産業上の利用可能性】

【0534】

本開示のスロットアレーアンテナは、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。特に小型化および高利得化が求められる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、および無線通信システム等に好適に用いられ得る。

【符号の説明】

【0535】

１００ 導波路装置
１１０ 第１の導電部材
１１０ａ 第１の導電部材の導電性表面
１１２、１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ スロット
１１３Ｌ スロットの縦部
１１３Ｔ スロットの横部
１１４ ホーン
１２０ 第２の導電部材
１２０ａ 第２の導電部材の導電性表面
１２２、１２２Ｌ、１２２Ｕ 導波部材
１２２ａ 導波面
１２２ｂ 凸部
１２２ｃ 凹部
１２２ｃ’ 近接極小箇所
１２２ｄ 微小付加要素
１２４、１２４Ｌ、１２４Ｕ 導電性ロッド
１２４ａ 導電性ロッド１２４の先端部
１２４ｂ 導電性ロッド１２４の基部
１２５ 人工磁気導体の表面
１４０ 第３の導電部材
１４５、１４５Ｌ、１４５Ｕ ポート
１９０ 電子回路
２００ スロットアレーアンテナ
５００ 自車両
５０２ 先行車両
５１０ 車載レーダシステム
５２０ 走行支援電子制御装置
５３０ レーダ信号処理装置
５４０ 通信デバイス
５５０ コンピュータ
５５２ データベース
５６０ 信号処理回路
５７０ 物体検知装置
５８０ 送受信回路
５９６ 選択回路
６００ 車両走行制御装置
７００ 車載カメラシステム
７１０ カメラ
７２０ 画像処理回路８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃ 通信システム
８１０Ａ、８１０Ｂ、８３０ 送信機
８２０Ａ、８４０ 受信機
８１３、８３２ 符号化器
８２３、８４２ 復号化器
８１４ 変調器
８２４ 復調器
１０１０、１０２０ センサ部
１０１１、１０２１ アンテナ
１０１２、１０２２ ミリ波レーダ検出部
１０１３、１０２３ 通信部
１０１５、１０２５ 監視対象
１１００ 本体部
１１０１ 処理部
１１０２ データ蓄積部
１１０３ 通信部
１２００ 他のシステム
１３００ 通信回線
１５００ 監視システム

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25A】

【図25B】

【図25C】

【図25D】

【図25E】

【図25F】

【図25G】

【図26A】

【図26B】

【図27】

【図28A】

【図28B】

【図29A】

【図29B】

【図30】

【図31A】

【図31B】

【図31C】

【図31D】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35A】

【図35B】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】