特許 7298808 スロットアレイアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-19

(45)【発行日】2023-06-27

(54)【発明の名称】スロットアレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20230620BHJP

   H01P 3/123 20060101ALI20230620BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20230620BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/22

H01P3/123

G01S7/03 230

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019108031

(22)【出願日】2019-06-10

(65)【公開番号】P2019220952

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2022-05-26

(31)【優先権主張番号】P 2018113890

(32)【優先日】2018-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】300052246

【氏名又は名称】ニデックエレシス株式会社

(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】100138689

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 慶

(74)【代理人】

【識別番号】100188813

【弁理士】

【氏名又は名称】川喜田 徹

(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】100138689

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 慶

(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】佐藤 洋介

(72)【発明者】

【氏名】加茂 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】桐野 秀樹

【審査官】鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１８８８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２１１２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２３８０８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／００－１３／２８

Ｈ０１Ｐ ３／００－ ５／２２

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

正面側の第１導電性表面および背面側の第２導電性表面を有する第１導電部材と、
前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面を有する第２導電部材と、
前記第３導電性表面上のリッジ状の導波部材であって、前記第２導電性表面に対向し第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に位置する複数の導電性ロッドであって、各々が、前記第３導電性表面に接続された基部、および前記第２導電性表面に対向する先端部を有する複数の導電性ロッドと、
を備え、
前記第１導電部材は、複数のスロットを有し、
前記複数のスロットは、
前記第１の方向に沿って並ぶ第１スロット群と、
前記第１スロット群に隣接し、前記第１の方向に沿って並ぶ第２スロット群と、
を含み、
前記導波面に垂直な方向から見たとき、
前記第１スロット群における各スロットの中心は、前記導波面の中心線の一方の側に位置し、
前記第２スロット群における各スロットの中心は、前記導波面の中心線の他方の側に位置し、
前記第１スロット群および前記第２スロット群における各スロットの中心と前記導波面の前記中心線との距離は、前記導波面の前記中心線と前記中心線に最も近い導電性ロッドの中心との距離よりも短く、
前記第１の方向において、前記第１スロット群における少なくとも１つのスロットの中心は、前記第２スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置し、
前記第１の方向において、前記第２スロット群における少なくとも１つのスロットの中心は、前記第１スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置し、
前記第１スロット群および前記第２スロット群に含まれる各スロットの開口の少なくとも中央部は、前記第１の方向、または前記第１の方向から４５度未満の角度だけ傾斜した方向に延び、
前記第２導電部材は、貫通孔を有し、
前記導波部材は、前記貫通孔によって第１リッジと第２リッジとに分断され、
前記導波面に垂直な方向から見たとき、前記貫通孔の中心は、前記第１スロット群に含まれる１つのスロットと、前記第２スロット群に含まれる１つのスロットとの間に位置し、
前記貫通孔の開口は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延びる横部分と、前記横部分の一端部に接続され、前記第１の方向に延びる第１の縦部分と、前記横部分の他端部に接続され、前記第１の方向に延びる第２の縦部分と、を含み、
前記第１の縦部分および前記第２の縦部分の少なくとも一方の前記第１の方向における位置は、前記第１スロット群および前記第２スロット群に含まれる少なくとも１つのスロットの前記第１の方向における位置と少なくとも部分的に重なり、
前記第１スロット群および前記第２スロット群における一部のスロットは、前記第１リッジの前記導波面と前記第２導電性表面との間の第１の導波路を介して、前記貫通孔内の導波路に接続され、
前記第１スロット群および前記第２スロット群における残りのスロットは、前記第２リッジの前記導波面と前記第２導電性表面との間の第２の導波路を介して、前記貫通孔内の前記導波路に接続される、
スロットアレイアンテナ。

【請求項2】

前記横部分の一端は、前記第１の縦部分の両端の間に位置し、
前記横部分の他端は、前記第２の縦部分の両端の間に位置する、
請求項１に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項3】

請求項１または２に記載のスロットアレイアンテナであって、
前記第１の方向を正の方向、前記第１の方向の反対の方向を負の方向と呼ぶとき、
前記第１の縦部分の前記正の方向側の端部は、前記第１の縦部分の前記負の方向側の端部よりも前記横部分に近く、
前記第２の縦部分の前記負の方向側の端部は、前記第２の縦部分の前記正の方向側の端部よりも前記横部分に近く、
前記第１の縦部分の前記正の方向側の前記端部は、前記第１の縦部分の前記負の方向側の前記端部よりも、前記第１スロット群の内の前記横部分に最も近いスロットの中心までの距離が小さく、
前記第２の縦部分の前記負の方向側の前記端部は、前記第２の縦部分の前記正の方向側の前記端部よりも、前記第２スロット群の内の前記横部分に最も近いスロットの中心までの距離が小さい、
スロットアレイアンテナ。

【請求項4】

請求項１または２に記載のスロットアレイアンテナであって、
前記第１の方向を正の方向、前記第１の方向の反対の方向を負の方向と呼ぶとき、
前記第１の縦部分の前記負の方向側の端部は、前記第１の縦部分の前記正の方向側の端部よりも前記横部分に近く、
前記第２の縦部分の前記正の方向側の端部は、前記第２の縦部分の前記負の方向側の端部よりも前記横部分に近く、
前記導波面に垂直な方向から見たとき、
前記第１の縦部分の前記正の方向側の前記端部は、前記第１スロット群の内の前記横部分に最も近いスロットと少なくとも部分的に重なり、
前記第２の縦部分の前記負の方向側の前記端部は、前記第２スロット群の内の前記横部分に最も近いスロットと少なくとも部分的に重なる、
スロットアレイアンテナ。

【請求項5】

前記導波面に垂直な方向から見たとき、前記貫通孔の少なくとも一部は、前記第１スロット群に含まれる１つのスロットと、前記第２スロット群に含まれる１つのスロットの少なくとも一方に重なる、請求項１または２に記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項6】

前記導波面に垂直な方向から見たとき、前記貫通孔の前記中心は、前記第１スロット群が分布する領域の中央部と前記第２スロット群が分布する領域の中央部との間に位置する、請求項１から５のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項7】

前記貫通孔は前記第１の方向において前記導波部材の中央部に位置し、
前記貫通孔を通じて、前記第１スロット群および前記第２スロット群の配列の中央の１箇所から、前記第１スロット群および前記第２スロット群における各スロットに向けて給電される、
請求項１から６のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項8】

前記第１導電部材の前記第１導電性表面は、導電性のホーンを規定する形状を有し、
前記ホーンは、前記第１導電性表面から立ち上がり前記第１の方向に延びる一対の壁面を含み、
前記第１導電性表面に垂直な方向から見たとき、前記第１スロット群および前記第２スロット群は、前記一対の壁面の間に位置する、
請求項１から７のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項9】

前記第１スロット群、前記第２スロット群、前記導波部材、および前記貫通孔の組み合わせと同一の組み合わせを複数組有し、
前記複数組の組み合わせは、前記第１の方向に交差する方向に配列され、
前記複数の導電性ロッドは、各導波部材の周囲に位置する、
請求項１から８のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項10】

前記第２導電部材は、前記第３導電性表面の反対側に第４導電性表面を有し、
前記スロットアレイアンテナは、前記第４導電性表面に対向する第５導電性表面を有する第３導電部材をさらに備え、
前記第４導電性表面と前記第５導電性表面との間に、前記貫通孔に接続される導波路が形成されている、
請求項１から９のいずれかに記載のスロットアレイアンテナ。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれかに記載のスロットアレイアンテナと、
前記スロットアレイアンテナに接続された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、スロットアレイアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

線上または面上に複数の放射素子（「アンテナ素子」とも称する。）が配列されたアレイアンテナ（「アンテナアレイ」とも称する。）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。アレイ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放射素子に電磁波、例えば高周波の信号波を供給する必要がある。このような信号波の供給は、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、アレイ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、アレイ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、例えばミリ波帯域のように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に代わる導波路構造として、特許文献１から３、ならびに非特許文献１から３は、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構造を開示している。特許文献１および非特許文献１、３は、このような導波路構造を利用したスロットアレイアンテナを開示している。

【0005】

一方、特許文献４、５は、複数のスロットを有する中空導波管を備えたスロットアレイアンテナを開示している。

【0006】

特許文献４、５、および非特許文献３に開示されたスロットアレイアンテナは、導波路が延びる方向に垂直な方向に電界が振動する偏波を放射することができる。これらのスロットアレイアンテナは、導波路に沿って配列された矩形状の複数のスロットをアンテナ素子として備える。複数のスロットの各々は、その長手方向が導波路の延びる方向に一致するように配置されている。複数のスロットのうち、端から数えて奇数番目のスロットは、導波路の中心線に対して、一方の側に位置し、偶数番目のスロットは、導波路の中心線に対して他方の側に位置している。導波路に沿った方向における隣り合う２つのスロットの間隔は、導波路を伝搬する電磁波の波長のおよそ２分の１である。このような構造により、導波路に沿った方向におけるスロットの間隔が導波路内での波長よりも短い場合でも、各スロットを同相で励振させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許第８７７９９９５号明細書

【文献】米国特許第８８０３６３８号明細書

【文献】欧州特許出願公開第１３３１６８８号明細書

【文献】特開２００５－１６７７５５号公報

【文献】米国特許第４５１３２９１号明細書

【非特許文献】

【0008】

【文献】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

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

【文献】Syed Kamal Mustafa, Chalmers University of Technology, Master's Thesis “Hybrid Analog-Digital Beam-Steered Slot Antenna Array for mm-Wave Applications in Gap Waveguide Technology”, October 2015

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本開示は、比較的簡単な構成で、良好な放射特性を持つスロットアレイアンテナを実現するための技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本開示の一態様に係るスロットアレイアンテナは、正面側の第１導電性表面および背面側の第２導電性表面を有する第１導電部材と、前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面を有する第２導電部材と、前記第３導電性表面上のリッジ状の導波部材であって、前記第２導電性表面に対向し第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に位置する複数の導電性ロッドであって、各々が、前記第３導電性表面に接続された基部、および前記第２導電性表面に対向する先端部を有する複数の導電性ロッドと、を備える。前記第１導電部材は、複数のスロットを有する。前記複数のスロットは、前記第１の方向に沿って並ぶ第１スロット群と、前記第１スロット群に隣接し、前記第１の方向に沿って並ぶ第２スロット群と、を含む。前記導波面に垂直な方向から見たとき、前記第１スロット群における各スロットの中心は、前記導波面の中心線の一方の側に位置し、前記第２スロット群における各スロットの中心は、前記導波面の中心線の他方の側に位置し、前記第１スロット群および前記第２スロット群における各スロットの中心と前記導波面の前記中心線との距離は、前記導波面の前記中心線と前記中心線に最も近い導電性ロッドの中心との距離よりも短い。前記第１の方向において、前記第１スロット群における少なくとも１つのスロットの中心は、前記第２スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置する。前記第１の方向において、前記第２スロット群における少なくとも１つのスロットの中心は、前記第１スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置する。前記第１スロット群および前記第２スロット群に含まれる各スロットの開口の少なくとも中央部は、前記第１の方向、または前記第１の方向から４５度未満の角度だけ傾斜した方向に延びる。前記第２導電部材は、貫通孔を有する。前記導波部材は、前記貫通孔によって第１リッジと第２リッジとに分断されている。前記導波面に垂直な方向から見たとき、前記貫通孔の中心は、前記第１スロット群に含まれる１つのスロットと、前記第２スロット群に含まれる１つのスロットとの間に位置する。前記第１スロット群および前記第２スロット群における一部のスロットは、前記第１リッジの前記導波面と前記第２導電性表面との間の第１の導波路を介して、前記貫通孔内の導波路に接続される。前記第１スロット群および前記第２スロット群における残りのスロットは、前記第２リッジの前記導波面と前記第２導電性表面との間の第２の導波路を介して、前記貫通孔内の前記導波路に接続される。

【発明の効果】

【0011】

本開示の実施形態によれば、比較的簡単な構成で、良好な放射特性を持つスロットアレイアンテナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。

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

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

【図3】図３は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。

【図4】図４は、図２Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。

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

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

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

【図5D】図５Ｄ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１１０ｃ、１２０ｃを有する構造の例を示す図である。

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

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

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

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

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

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

【図7B】図７Ｂは、中空導波管３３０の断面を模式的に示す図である。

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

【図7D】図７Ｄは、２つの中空導波管３３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示す図である。

【図8A】図８Ａは、スロットアンテナ２００の構成を模式的に示す斜視図である。

【図8B】図８Ｂは、図８Ａに示すスロットアンテナ２００におけるスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。

【図8C】図８Ｃは、スロット１１２と、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示す上面図である。

【図8D】図８Ｄは、スロット１１２の内部に形成される電界の例を模式的に示す図である。

【図9A】図９Ａは、スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している例を示す上面図である。

【図9B】図９Ｂは、スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している他の例を示す上面図である。

【図10A】図１０Ａは、Ｉ型のスロット１１２の一例を示している。

【図10B】図１０Ｂは、Ｕ型のスロット１１２の一例を示している。

【図10C】図１０Ｃは、Ｚ型のスロット１１２の一例を示している。

【図10D】図１０Ｄは、Ｈ型のスロット１１２の一例を示している。

【図10E】図１０Ｅは、曲線状のスロット１１２の一例を示している。

【図11A】図１１Ａは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。

【図11B】図１１Ｂは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の全体が導波面１２２ａに対向していない例を示している。

【図11C】図１１Ｃは、スロット１１２が曲線状スロットであり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。

【図11D】図１１Ｄは、スロット１１２がＺ型スロットであり、スロット１１２の開口の端部のみが導波面１２２ａに対向している例を示している。

【図11E】図１１Ｅは、スロット１１２がＨ型スロットであり、スロット１１２の開口が導波面１２２ａの２つの縁を跨いで配置されている例を示している。

【図12】図１２は、導波面１２２に沿って配置された複数のスロット１１２を備えるスロットアンテナ２００Ａの構成例を模式的に示す斜視図である。

【図13】図１３は、複数のスロット１１２と、導波面１２２ａおよび複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示す上面図である。

【図14A】図１４Ａは、各スロット１１２の一部が導波面１２２ａに対向している例を示す図である。

【図14B】図１４Ｂは、各スロット１１２の長さ方向が導波面１２２ａの延びる方向から４５度未満の角度で傾斜している例を示す図である。

【図15A】図１５Ａは、各スロット１１２がＵ形状を有する例を示す図である。

【図15B】図１５Ｂは、各スロット１１２がＺ形状を有する例を示す図である。

【図15C】図１５Ｃは、各スロット１１２がＨ形状を有する例を示す図である。

【図15D】図１５Ｄは、各スロット１１２が曲線形状を有する例を示す図である。

【図16】図１６は、複数の導波部材１２２を備えるスロットアンテナの構成を模式的に示す上面図である。

【図17A】図１７Ａは、導波部材の中央部にある貫通孔から給電されるスロットアレイアンテナ３００の構成例を示す上面図である。

【図17B】図１７Ｂは、図１７ＡのＢ－Ｂ線断面図である。

【図17C】図１７Ｃは、第１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17D】図１７Ｄは、第２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18A】図１８Ａは、本開示の他の実施形態によるスロットアレイアンテナ３００Ａを示す平面図である。

【図18B】図１８Ｂは、スロットアレイアンテナ３００Ａを－Ｙ方向から見た側面図である。

【図19A】図１９Ａは、放射層２１０および励振層２２０の構成の一部を示す断面図である。

【図19B】図１９Ｂは、放射層２１０の一部を拡大して示す図である。

【図20A】図２０Ａは、励振層２２０の構成を示す平面図である。

【図20B】図２０Ｂは、励振層２２０の一部を拡大して示す斜視図である。

【図20C】図２０Ｃは、励振層２２０の一部を拡大して示す図である。

【図20D】図２０Ｄは、ポート１４５Ｕと、スロット１１２Ａ、１１２Ｂとの位置関係を説明するための図である。

【図21A】図２１Ａは、分配層２３０の構成を示す平面図である。

【図21B】図２１Ｂは、分配層２３０の一部を拡大して示す図である。

【図22A】図２２Ａは、第２導電部材１２０における１つの導波部材１２２Ｕの中心を通りＹＺ面に平行な平面で切断したときのスロットアレイアンテナ３００Ａの断面図である。

【図22B】図２２Ｂは、図２２Ａに示す構造の一部を拡大して示す図である。

【図23】図２３は、実施形態の変形例におけるスロットアレイアンテナ３００Ｂを示す図である。

【図24A】図２４Ａは、変形例における励振層２２０を示す平面図である。

【図24B】図２４Ｂは、変形例における励振層２２０の一部を拡大して示す図である。

【図24C】図２４Ｃは、変形例における各部材の位置関係を説明するための図である。

【図24D】図２４Ｄは、他の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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。

【0014】

前述の特許文献１から３、および非特許文献１から３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す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、本開示に基づき利用するリッジ導波路は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子を高密度に配置することが可能である。このようなリッジ導波路を、本明細書において、ワッフルアイアンリッジ導波路（ＷＲＧ）と称することがある。以下、ワッフルアイアンリッジ導波路の基本的な構成および動作の例を説明する。

【0015】

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

【0016】

特許文献１から３、および非特許文献１から３に開示されている導波路装置では、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現されている。このようなロッドは、ポストまたはピンと呼ばれることもある突出部である。これらの導波路装置のそれぞれは、全体として、対向する一対の導電プレートを備えている。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。リッジの上面は導電性を有し、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波長を有する電磁波（信号波）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。

【0017】

図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。図１に示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置されたプレート状（板形状）の第１導電部材１１０および第２導電部材１２０を備えている。第２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。

【0018】

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。

【0019】

図２Ａに示されるように、第１導電部材１１０は、第２導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ａを有している。導電性表面１１０ａは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ａは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ａは平面である必要はない。

【0020】

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

【0021】

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

【0022】

再び図２Ａを参照する。第２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表面（上面および側面）が導電性を有していればよい。また、第２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の表面が導体で接続されていればよい。言い換えると、第２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導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する凹凸状の導電性表面を有していればよい。

【0023】

第２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の両側に人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図３からわかるように、この例における導波部材１２２は、第２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。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、それぞれ、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導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。

【0024】

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導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置１００内を伝搬する信号波の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の径、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。

【0025】

次に、図４を参照しながら、図２Ａに示す構造における各部材の寸法、形状、配置などの例を説明する。導波路装置は、所定の帯域（「動作周波数帯域」と称する。）の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。本明細書において、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、第２導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図４に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置などの例は、以下のとおりである。

【0026】

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

【0027】

（２）導電性ロッドの基部から第１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導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。

【0028】

導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、第１導電部材１１０と第２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導電部材１１０と第２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る。第１導電部材１１０と第２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導電部材１１０と第２導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、第１導電部材１１０および／または第２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。

【0029】

図２Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、例えば、図２Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であってもよい。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状を持つ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。この例において、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４の各々は、傾斜した側面を基部に有する。導波部材１２２および各導電性ロッド１２４の側面の頂部における傾斜角度は、基部における傾斜角度よりも小さい。このような構造であっても、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離が波長λｍの半分よりも短ければ、図２Ｂに示す装置は、導波路装置として機能し得る。

【0030】

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

【0031】

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

【0032】

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導電部材１２０上の位置に応じて変化していてよい。

【0033】

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。

【0034】

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

【0035】

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

【0036】

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

【0037】

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

【0038】

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

【0039】

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）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。

【0040】

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

【0041】

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

【0042】

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

【0043】

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

【0044】

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

【0045】

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

【0046】

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

【0047】

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

【0048】

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

【0049】

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

【0050】

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

【0051】

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

【0052】

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

【0053】

図７Ｂは、参考のため、中空導波管３３０の断面を模式的に示している。図７Ｂには、中空導波管３３０の内部空間３３２に形成される電磁界モード（ＴＥ_１０）の電界の向きが矢印によって模式的に表されている。矢印の長さは電界の強さに対応している。中空導波管３３０の内部空間３３２の幅は、波長の半分よりも広く設定されなければならない。すなわち、中空導波管３３０の内部空間３３２の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。

【0054】

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

【0055】

図７Ｄは、参考のため、２つの中空導波管３３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管３３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管３３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間３３２の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管３３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。

【0056】

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

【0057】

次に、上記のような導波路構造を利用したスロットアンテナの構成例を説明する。「スロットアンテナ」とは、アンテナ素子として１つまたは複数のスロット（「貫通孔」とも称する。）を備えたアンテナ装置を意味する。特に、複数のスロットをアンテナ素子として備えたスロットアンテナを、「スロットアレイアンテナ」または「スロットアンテナアレイ」と称する。

【0058】

図８Ａは、Ｘ方向に電界が振動する偏波を放射することが可能なスロットアンテナ２００の例を示す斜視図である。図８Ｂは、図８Ａに示すスロットアンテナ２００におけるスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。このスロットアンテナ２００におけるスロット１１２は、その長さ方向がＹ方向に一致し、その中心のＸ方向における位置が導波部材１２２の中心のＸ方向における位置とは異なっている。なお、ここでは簡単のため、第１導電部材１１０が１個のスロット１１２を備えている場合の構成を説明する。後述するように、スロット１１２の数を２個以上にすれば、スロットアレイアンテナを実現できる。

【0059】

スロットアンテナ２００は、第１導電部材１１０と、第２導電部材１２０と、導波部材１２２と、人工磁気導体（この例では、複数の導電性ロッド１２４を含む）とを備えている。第１導電部材１１０は、平面または曲面形状の第１導電性表面１１０ａを有する。第１導電部材１１０は、スロット１１２を有する。第２導電部材１２０は、第１導電性表面１１０ａに対向する第２導電性表面１２０ａを有する。導波部材１２２は、第１導電部材１１０の第１導電性表面１１０ａに対向するストライプ形状の導電性の導波面１２２ａ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。「ストライプ形状」を「ストリップ形状」と称することもある。

【0060】

人工磁気導体は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間において少なくとも導波部材１２２の両側に位置する。導波部材１２２に隣接して、人工磁気導体として機能する複数の導電性ロッド１２４が導波部材１２２の両側に配置されている。

【0061】

スロットアンテナ２００は、所定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。当該所定の帯域の電磁波のうち、最も周波数が高い電磁波の自由空間における波長をλｍとするとき、導波部材１２２の幅、各導電性ロッド１２４の幅、隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の空間の幅、第１導電性表面１１０ａと第２導電性表面１２０ａとの間の距離、および、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４と導波部材１２２との間の空間の幅は、λｍ／２未満である。

【0062】

スロット１１２は、第１導電部材１１０に形成された貫通孔であり、第１導電部材１１０における導電性の内壁面によって囲まれた領域である。図８Ｂに示すように、スロット１１２は、第１導電部材１１０を貫通して第１導電性表面１１０ａに開口する開口１１２ａを有する。開口１１２ａは、スロット１１２において、第１導電性表面１１０ａと同一の平面内にあるとみなせる部分を指す。スロット１１２の開口１１２ａは、直線（線分）または曲線（複数の線分の組み合わせを含む）によって規定される長さと、長さ方向に垂直な方向の寸法である幅とを有する。なお、開口１１２ａの長さを規定する直線または曲線とは、開口１１２ａの縁の直線部分または曲線部分を指すものではなく、開口の幅方向の中央部を開口の一方の端から他方の端まで繋いだ仮想的な直線または曲線を指す。図示されるように直線的に延びたＩ型のスロット１１２では、開口の長さは、当該直線の長さに等しい。後述するように、スロット１１２は、Ｉ形状以外の形状を有していてもよい。

【0063】

図８Ａの例におけるスロット１１２のＹ方向の長さは、自由空間における信号波の中心波長λｏの半分よりも長い値に設定される。この条件が満たされているとき、波長λｏの電磁波がスロット１１２を通過することができる。このようなスロット１１２をもつスロットアンテナ２００は、導波部材１２２が延びる方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）に電界が振動する電磁波を送信または受信することができる。

【0064】

図８Ｃは、スロット１１２と、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示す上面図である。図８Ｃは、スロット１１２を第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａの法線方向から見たときの状況を示している。図８Ｃにおいて、第１導電部材１１０の背面側（－Ｚ方向側）にある導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４は、点線で示されている。導波部材１２２の導波面１２２ａは、導波面１２２ａの幅を規定する２つの縁１２２ｂ１、１２２ｂ２を有する。この例では、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが一致している（ともにＸ方向）。スロット１１２の開口の全体は、導波面１２２ａの一方の縁１２２ｂ１の外側（図８Ｃでは左側）において、第２導電部材１２０の第２導電性表面１２０ａに対向している。第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口は、導波面１２２ａの２つの縁１２２ｂ１、１２２ｂ２のいずれとも交差せず、一方の縁１２２ｂ１に近接している。

【0065】

スロットアンテナ２００は、不図示の電子回路（例えばミリ波集積回路）に接続される。送信時には、導波部材１２２の導波面１２２ａと、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の導波路に、当該電子回路から電磁波（信号波）が供給される。

【0066】

図８Ｄは、送信時または受信時のある瞬間にスロット１１２の内部に形成される電界の例を模式的に示す図である。図中の矢印は電界の向きを、矢印の長さは電界の強さに対応している。スロット１１２は、Ｘ方向に短くＹ方向に長いＩ形状を有し、スロット１１２の中心のＸ方向における位置が、導波面１２２ａの中心の位置から－Ｘ側に位置している。スロット１１２の内部に形成される電界の振動方向は、スロット１１２の内壁面に垂直であり、中央に近いほど振幅が大きい。このため、スロット１１２の中央付近において、導波面１２２ａの幅方向（Ｘ方向）に振動する電界が形成される。すなわち、Ｘ方向に強い電界成分をもつ電磁波を送信または受信することができる。Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を鉛直方向とした場合に、水平方向の偏波を送信または受信することが可能である。

【0067】

この例では、スロット１１２の開口の全体が第２導電性表面１２０ａに対向している。このような構成に限らず、スロット１１２の開口の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向していてもよい。

【0068】

図９Ａは、スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している例を示す上面図である。この構成では、スロット１１２が、図８Ｃに示す配置よりも＋Ｘ側に位置している。その結果、スロット１１２の一部が第２導電性表面１２０ａに対向し、スロット１１２の他の一部が導波面１２２ａに対向している。このようなスロット１１２の配置であっても、Ｘ方向に電界が振動する電磁波を送信または受信することができる。

【0069】

図９Ｂは、スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している他の例を示す上面図である。この例では、平面視において、スロット１１２の長さ方向と、導波面１２２ａが延びる方向（Ｙ方向）とが交差している。スロット１１２の長さ方向と導波面１２２ａが延びる方向とが成す角度は、４５度よりも小さい。スロット１１２は、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、第２導電性表面１２０ａに重なる部分と、導波面１２２ａに重なる部分と、導電性ロッド１２４に重なる部分とを有している。送信または受信される電磁波の電界の主な方向は、導波面１２２ａの幅方向（Ｘ方向）から４５度未満の角度で交差する方向であり、Ｘ方向そのものではない。しかし、この場合でも、導波面１２２ａが延びる方向（Ｙ方向）よりも導波面１２２ａの幅方向（Ｘ方向）に強い電界成分をもつ電磁波を送信または受信できる。

【0070】

以上のように、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の長さ方向と、導波面１２２ａが延びる方向とが４５度未満の角度で交差し、かつスロット１１２の開口の中心が導波面１２２ａの中心線のＸ方向側に位置している。このような構成により、Ｙ方向に比べてＸ方向の電界成分が大きい電磁波の送信および受信の少なくとも一方が可能である。

【0071】

以上の例においては、スロット１１２の形状がＩ形状であるが、スロット１１２は他の形状であってもよい。本開示の実施形態において、以下の要件（１）～（３）を満足している限り、スロットの形状および配置の態様は任意である。
（１）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口は、少なくとも開口の長さ方向における中央部において、開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが成す角が４５度よりも小さい部分（「小角度部」と称する。）を含む。
（２）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部の少なくとも一部が、導波面１２２ａの２つの縁の一方の外側において、第２導電性表面１２０ａに重なる。
（３）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部は、導波面１２２ａの２つの縁の当該一方と交差し且つ２つの縁の他方と交差しない、または、２つの縁の当該一方から、導波面１２２ａの幅よりも短い距離を隔てて位置する。

【0072】

図１０Ａから図１０Ｅは、スロットアンテナ２００において用いられ得るスロット１１２の開口の形状のいくつかの例を示している。これらの図において、矢印はスロット１１２の開口の長さ方向を示している。矢印の長さがスロット１１２の開口の長さを表している。各例におけるスロット１１２の開口は、直線（線分）または曲線（複数の線分の組み合わせを含む）によって規定される長さと、長さ方向に垂直な方向の寸法である幅とを有する。以下の説明において、スロット１１２の開口を、単にスロット１１２と称することがある。いずれの例においても、スロット１１２の長さは、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値に設定される。典型的には、スロット１１２の長さは、スロットアンテナ２００の動作周波数帯域の中心周波数における電磁波の自由空間における波長をλｏとして、λｏ／２よりも大きくλｏ未満の値に設定される。

【0073】

図１０Ａは、これまでに説明したＩ形状のスロット１１２の例を示している。Ｉ形状のスロット１１２では、スロット１１２の両端を結ぶ線分によって長さが規定される。長さ方向のどの位置でも、幅方向は一定である。スロット１１２の両端は丸くてもよいし、平らであってもよい。楕円に類似する形状または矩形形状のＩ型スロットを用いてもよい。Ｉ型のスロット１１２を用いる場合、スロット１１２の開口の全体が「小角度部」に該当するように配置される。すなわち、Ｉ型スロット１１２は、開口全体において幅方向が導波面１２２ａの幅方向と成す角が４５度未満になるように配置される。

【0074】

図１０Ｂは、Ｕ字型の曲線（この例では３つの線分の組み合わせ）に沿って長さが定義されたスロット１１２の一例を示している。この例におけるスロット１１２は、平行な一対の直線状部分と、それらの端部同士を結ぶ他の直線状部分とを含む。図１０Ｂに示すスロット１１２を時計回りに９０度回転させた形状は、アルファベットの「Ｕ」に類似する。このため、このようなスロット１１２を、本明細書では「Ｕ型スロット」と称することがある。Ｕ型スロットを用いる場合、中央部に相当する底部（図１０Ｂでは右側の直線状部分）が「小角度部」に該当するように配置される。

【0075】

図１０Ｃは、逆Ｚ字型の曲線（この例では３つの線分の組み合わせ）に沿って長さが定義されたスロット１１２の一例を示している。図１０Ｃに示すスロットを左右反転させ、Ｚ字型の曲線に沿って長さが定義されたスロットを用いてもよい。このようなスロット１１２を、本明細書では「Ｚ型スロット」と称することがある。Ｚ型スロットも、平行な一対の直線状部分と、それらの端部同士を結ぶ他の直線状部分とを含む。Ｚ型スロットを用いる場合、中央の直線状部分が「小角度部」に該当するように配置される。

【0076】

図１０Ｄは、アルファベットの「Ｈ」に類似する形状を有するスロット１１２の一例を示している。このようなスロット１１２は、平行な一対の直線状部分と、一対の直線状部分の中央部同士を結ぶ他の直線状部分とを含んでいる。このようなスロット１１２を「Ｈ型スロット」と称することがある。Ｈ型スロット１１２の長さは、平行な一対の直線状部分の長さの和の半分と、当該一対の直線状部分の中心間の距離との和で定義される。Ｈ型スロットにおいては、中央の直線状部分が「小角度部」に該当するように配置される。

【0077】

図１０Ｅは、円弧状の曲線によって長さが規定されるスロット１１２の一例を示している。円弧以外の曲線によって長さが規定されるスロットを用いてもよい。このようなスロット１１２を「曲線状スロット」と称することがある。直線的部分を含まない曲線状スロットでは、長さ方向に沿った位置によって幅方向が連続的に変化する。曲線状スロット１１２を用いる場合も、中央部分における幅方向が導波面１２２ａの幅方向となす角が４５度未満になるように配置される。

【0078】

次に、図１１Ａから図１１Ｅを参照して、スロット１１２と導波面１２２ａとの配置関係のいくつかの例を説明する。図１１Ａから図１１Ｅにおいて、スロット１１２の開口の小角度部は、ハッチングで示されている。図１１Ａから図１１Ｅは、いずれも第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た図である。見易さのため、スロット１１２および導波面１２２ａ以外の要素の図示は省略されている。

【0079】

図１１Ａは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、第１導電性表面１１０ａの法線方向（導波面１２２ａの法線方向と同じ）から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、且つ他方の縁と交差していない。小角度部１１２ｓの一部は導波面１２２ａに対向し、他の一部は第２導電性表面１２０ａに対向している。この例では、導波面１２２ａの幅方向から４５度よりも小さい角度だけ傾いた方向に電界が振動する偏波が送信または受信される。

【0080】

図１１Ｂは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の全体が導波面１２２ａに対向していない例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁のいずれとも交差しておらず、２つの縁の一方に接している。小角度部１１２ｓの全体が第２導電性表面１２０ａに対向している。小角度部１１２ｓの幅方向が導波面１２２ａの幅方向と一致しているため、当該方向に電界が振動する偏波が送信または受信される。

【0081】

図１１Ｃは、スロット１１２が曲線状（または三日月状）スロットであり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、他方とは交差していない。小角度部１１２ｓの一部は導波面１２２ａに対向し、他の一部は第２導電性表面１２０ａに対向している。この例では、スロット１１２の中央部付近において、導波面１２２ａの幅方向に近い方向に電界が振動する電磁波が送信または受信される。

【0082】

図１１Ｄは、スロット１１２がＺ型スロットであり、スロット１１２の開口の端部のみが導波面１２２ａに対向している例を示している。第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部１１２ｓは、導波面１２２ａの２つの縁の一方の外側において、第２導電性表面１２０ａと重なっている。小角度部１１２ｓは、２つの縁の当該一方から、導波面１２２ａの幅Ｗよりも短い距離Ｄを隔てて位置している。このように、平面視において小角度部１１２ｓが導波面１２２ａから離れて位置していてもよい。ただし、離れすぎるとスロット１１２内に十分な強度の電磁界が形成されない。そこで、図１１Ｄの例では、平面視において、小角度部１１２ｓと導波面１２２ａの近い方の縁との距離Ｄを、導波面１２２ａの幅Ｗよりも短くしている。このような条件を満足していれば、スロット１１２内の電磁界の強度が極端に小さくなることが回避される。本明細書において、小角度部１１２ｓと導波面１２２ａの一方の縁との距離Ｄは、小角度部１１２ｓの領域のうち、当該縁との距離が最も短くなる箇所と、当該縁との距離を意味する。図１１Ｄのスロット１１２を用いた場合、小角度部１１２ｓの中央部付近に、導波面１２２ａの幅方向と４５度未満の角度で交差する方向に電界が振動する偏波が送信または受信される。

【0083】

図１１Ｅは、スロット１１２がＨ型スロットであり、スロット１１２の開口が導波面１２２ａの２つの縁を跨いで配置されている例を示している。第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部１１２ｓは、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、他方とは交差していない。しかし、スロット１１２の開口の小角度部１１２ｓ以外の部分（２つの端部）は、導波面１２２ａの２つの縁の両方と交差している。このような構成であっても、スロット１１２の中央部において、導波面１２２ａの幅方向に電界が振動する偏波を送信または受信することができる。

【0084】

以上のように、本開示の実施形態において使用され得るスロット１１２の形状および配置は様々である。上記要件（１）～（３）を満たすことにより、導波面１２２ａの幅方向または当該方向から４５度未満の角度で交差する方向に電界が振動する偏波の送信および受信の少なくとも一方が可能である。

【0085】

次に、複数のスロットを備えたスロットアンテナ（スロットアレイアンテナ）の構成例を説明する。

【0086】

図１２は、導波面１２２ａに沿って配置された複数のスロット１１２を備えるスロットアレイアンテナ２００Ａの構成例を模式的に示す斜視図である。図１３は、この例における複数のスロット１１２と、導波面１２２ａおよび複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示す上面図である。この例では、第１導電部材１１０は、導波面１２２ａの２つの縁の一方１２２ｂ１の側に位置する複数のスロット１１２と、２つの縁の他方１２２ｂ２の側に位置する複数のスロット１１２とを有する。以下の説明において、前者の複数のスロットを、「第１種のスロット」と称し、その集合を「第１スロット群」と称することがある。後者の複数のスロットを、「第２種のスロット」と称し、その集合を「第２スロット群」と称することがある。複数のスロット１１２の各々はＩ形状を有している。各スロット１１２の長さ方向は導波部材１２２が延びる方向（Ｙ方向）に一致している。各スロット１１２の開口の全体は、第２導電性表面１２０ａに対向しており、導波面１２２ａおよび複数の導電性ロッド１２４の先端部には対向していない。言い換えれば、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、各スロット１１２の開口は、導波部材１２２および人工磁気導体に重ならない。

【0087】

この例では、複数の第１種のスロットと、複数の第２種のスロットとが、交互に並んでいる。言い換えれば、導波面１２２ａに沿った方向（Ｙ方向）について、第２種のスロットは、複数の第１種のスロットのうち、Ｙ方向に隣接する２つの第１種のスロットの間に位置する。同様に、Ｙ方向について、第１種のスロットは、複数の第２種のスロットのうち、Ｙ方向に隣接する２つの第２種のスロットの間に位置する。このようなスロット１１２の配置を、「千鳥配置」（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）と称することができる。

【0088】

複数のスロット１１２のうちの隣接する２つのＹ方向の中心間隔は、λｇ／２に設定されている。ここでλｇは、スロットアレイアンテナ２００Ａの動作周波数帯域における中心周波数の電磁波（自由空間波長がλｏ）が導波面１２２ａと第１導電性表面１１０ａとの間の導波路を伝搬するときの波長である。隣接する２つのスロット１１２のＹ方向の中心間隔をλｇ／２にすることで、信号波の送信時に、隣接する２つのスロット１１２の位置における信号波の位相を半波長（１８０度またはπ）ずらすことができる。その結果、複数のスロット１１２から同一方向に電界が振動する電磁波を放射することができる。言い換えれば、複数のスロット１１２から位相の揃った電磁波を放射することができる。

【0089】

なお、導波部材１２２に沿った方向（Ｙ方向）に隣接する２つのスロット１１２のＹ方向の中心間隔は、必ずしもλｇ／２である必要はない。Ｙ方向において、最も近い２つの第１種のスロットの距離、および最も近い２つの第２種のスロットの距離がλｇの整数倍であり、Ｙ方向において、最も近い第１種のスロットおよび第２種のスロットの距離がλｇの半整数倍であれば、同様の効果が得られる。また、用途によっては、これらの距離の条件を厳密に満たしていなくてもよい。例えば、Ｙ方向において、最も近い２つの第１種のスロットの距離、および最も近い２つの第２種のスロットの距離は、ある距離ａ（ａは０．５λｏ以上１．５λｏ未満）の整数倍であり、Ｙ方向において、最も近い第１種のスロットおよび第２種のスロットの距離が、距離ａの半整数倍であってもよい。

【0090】

このような構成によれば、複数のスロット１１２のそれぞれから、導波面１２２ａの幅方向に電界が振動し、位相が揃った電磁波を送信するアレイアンテナを実現することができる。このため、例えばＸ方向を水平方向、Ｙ方向を鉛直方向として、水平方向に電界が振動する偏波を送受信可能な高利得のアレイアンテナを実現し得る。

【0091】

上記のスロット１１２の形状、配置、数は一例であり、様々な変形が可能である。以下、変形例を例示する。

【0092】

図１４Ａは、各スロット１１２の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。このような配置であっても、Ｘ方向に電界が振動する偏波を送信または受信できる。

【0093】

図１４Ｂは、各スロット１１２の長さ方向が導波面１２２ａの延びる方向（Ｙ方向）から４５度未満の角度で傾斜している例を示している。このような配置によれば、Ｘ方向から傾斜した方向に電界が振動する偏波を送信または受信することができる。

【0094】

以上の例においては、各スロット１１２の形状がＩ形状であるが、各スロット１１２は他の形状であってもよい。複数のスロット１１２のうち、導波面１２２ａの一方の縁１２２ｂ１の側に配置された第１種のスロットは、前述の要件（１）～（３）を満足していればよい。一方、導波面１２２ａの他方の縁１２２ｂ２の側に配置された第２種のスロットは、以下の要件（１’）～（３’）を満足していればよい。
（１’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口は、少なくとも開口の長さ方向における中央部において、開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが成す角が４５度よりも小さい部分（小角度部）を含む。
（２’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部の少なくとも一部が、導波面１２２ａの２つの縁の他方１２２ｂ２の外側（図１４における右側）において、第２導電性表面１２０ａに重なる。
（３’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部は、導波面１２２ａの２つの縁の他方１２２ｂ２と交差し且つ２つの縁の一方１２２ｂ１と交差しない、または、２つの縁の他方１２２ｂ２から、導波面１２２ａの幅よりも短い距離を隔てて位置している。

【0095】

要件（１’）～（３’）は、要件（１）～（３）とほぼ同じであるが、スロット１１２と導波面１２２ａの２つの縁との位置関係が異なっている。

【0096】

以下、スロット１１２の形状および配置の他のいくつかの例を例示する。

【0097】

図１５Ａは、各スロット１１２がＵ形状を有している例を示している。図１５Ｂは、各スロット１１２がＺ形状を有している例を示している。図１５Ｃは、各スロット１１２がＨ形状を有している例を示している。図１５Ｄは、各スロット１１２が曲線形状を有している例を示している。図１５Ａから図１５Ｄのいずれの例においても、隣接する２つのスロット１１２のＹ方向の中心間の距離は、λｇ／２に設定されている。ただし、用途によってはλｇ／２以外の値に設定される場合もあり得る。各スロット１１２の中央部における幅方向が導波面１２２ａの幅方向（Ｘ方向）にほぼ一致している。このため、Ｘ方向に強い電界成分をもつ電磁波を送信または受信することができる。図１５Ａから図１５Ｄに示す各例において、各スロット１１２のＸ方向の位置を僅かに変えて中央付近の小角度部が導波面１２２ａに対向するようにしてもよい。また、各スロット１１２をＺ軸に平行な軸周りに回転させて、Ｘ方向から傾いた方向に電界が振動する偏波を送信または受信するようにしてもよい。

【0098】

次に、複数の導波部材を有するスロットアレイアンテナの例を説明する。

【0099】

図１６は、複数の導波部材１２２を有するスロットアレイアンテナの構成を模式的に示す上面図である。図１６は、複数のスロット１１２と、複数の導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示している。この例におけるスロットアレイアンテナは、隣り合う２つの導波部材１２２を含む複数の導波部材を備えている。導波部材１２２の数は、図示されている２つに限らず、さらに多数であってもよい。

【0100】

以下の説明において、図１６に示す２つの導波部材１２２のうち、左側の導波部材１２２を「第１導波部材」と称し、右側の導波部材１２２を「第２導波部材」と称することがある。第１導電部材１１０は、第１導波部材に沿って並ぶ複数のスロット１１２と、第２導波部材に沿って並ぶ複数のスロット１１２とを有する。

【0101】

このような構成によれば、複数のスロット１１２が２次元に配置されたスロットアレイアンテナを実現することができる。各スロット１１２から、Ｘ方向、またはＸ方向から４５度未満の角度で傾斜した方向に強い電界成分をもつ電磁波を送信または受信することができる。

【0102】

次に、複数の導波部材１２２を有するスロットアレイアンテナの実施形態を説明する。

【0103】

図１７Ａは、例示的な実施形態によるスロットアレイアンテナ３００を＋Ｚ方向からみた上面図である。図１７Ｂは、図１７ＡのＢ－Ｂ線断面図である。スロットアレイアンテナ３００は、第１導電部材１１０と、第２導電部材１２０と、第３導電部材１３０と、第２導電部材１２０上の複数の導波部材１２２Ｕおよび複数の導電性ロッド１２４Ｕと、第３導電部材１３０上の導波部材１２２Ｌおよび複数の導電性ロッド１２４Ｌとを備える。第１導電部材１１０、第２導電部材１２０、第３導電部材１３０は、この順に間隙を空けて積層されている。図１７Ｂにおいては、わかり易くするために、複数の導波部材１２２Ｕ、１２２Ｌは、ハッチングで示されている。

【0104】

第１導電部材１１０は、正面側の第１導電性表面１１０ｂと、背面側の第２導電性表面１１０ａとを有する。第２導電部材１２０は、第２導電性表面１１０ａに対向する正面側の第３導電性表面１２０ａと、その反対側の第４導電性表面１２０ｂとを有する。第３導電部材１３０は、第４導電性表面１２０ｂに対向する正面側の第５導電性表面１３０ａを有する。ここで「正面側」とは、電磁波が放射される側または電磁波が到来する側を指し、「背面側」とは、正面側の反対側を指す。

【0105】

図示されるスロットアレイアンテナ３００においては、第１導波路装置１００ａと、第２導波路装置１００ｂとが積層されている。第１導波路装置１００ａは、複数のスロット１１２に直接的に結合する複数の導波部材１２２Ｕを備える。第２導波路装置１００ｂは、第１導波路装置１００ａの複数の導波部材１２２Ｕに結合する導波部材１２２Ｌを備える。第２導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌおよび各導電性ロッド１２４Ｌは、第３導電部材１３０上に配置されている。第２導波路装置１００ｂは、基本的には、第１導波路装置１００ａの構成と同様の構成を備えている。

【0106】

図１７Ａに示すように、第１導電部材１１０は、第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に交差（この例では直交）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。複数の導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａは、Ｙ方向に延びている。各導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａは、複数のスロット１１２のうち、Ｙ方向に並んだ６つのスロットを含む第１スロット群（前述の第１種のスロットに相当）、およびＹ方向に並んだ６つのスロットを含む第２スロット群（前述の第２種のスロットに相当）に結合する。この例では導電部材１１０は、４８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。また、各スロット１１２の形状および位置もこの例に限定されない。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は、例えば波長λｏよりも短く設定され、より好ましくは、波長λｏ／２よりも短く設定される。

【0107】

図１７Ｃは、第１導波路装置１００ａにおける複数の導波部材１２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。図１７Ｄは、第２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導波路装置１００ａにおける各導波部材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導波路装置１００ｂにおける「第２導電部材１２０」と「第３導電部材１３０」との組み合わせは、第１導波路装置１００ａにおける「第１導電部材１１０」と「第２導電部材１２０」との組み合わせに相当する。

【0108】

第１導波路装置１００ａにおける各導波部材１２２Ｕは、第２導電部材１２０が有するポート（貫通孔）１４５Ｕを通じて第２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導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに達し、第１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放射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導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合し、導波部材１２２Ｕを伝搬する。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導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌに達し、導波部材１２２Ｌを伝搬することも可能である。第２導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌは、第３導電部材１３０のポート１４５Ｌを介して、外部にある導波路装置または電子回路（例えば高周波回路）に結合され得る。図１７Ｄには、一例として、ポート１４５Ｌに接続された電子回路３１０が示されている。電子回路３１０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３１０は、例えば、第３導電部材１３０の背面側（図１７Ｂ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３１０は、例えば、ミリ波を生成するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのマイクロ波集積回路を含み得る。電子回路３１０は、マイクロ波集積回路に加えて、他の回路、例えば、信号処理回路をさらに含んでいてもよい。そのような信号処理回路は、例えばスロットアンテナアレイを備えたレーダシステムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。電子回路３１０は、通信回路を含んでいてもよい。通信回路は、スロットアンテナアレイを備えた通信システムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。

【0109】

図１７Ａに示される第１導電部材１１０を「放射層」と呼ぶことができる。図１７Ｃに示される第２導電部材１２０、複数の導波部材１２２Ｕ、および複数の導電性ロッド１２４Ｕの全体を「励振層」と呼ぶことができる。図１７Ｄに示される第３導電部材１３０、導波部材１２２Ｌ、および複数の導電性ロッド１２４Ｌの全体を「分配層」と呼ぶことができる。あるいは、「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼ぶこともできる。「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。

【0110】

この例におけるアレイアンテナ装置では、図１７Ｂ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。このため、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されている。例えば、図１７Ｂ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。

【0111】

図１７Ｄに示される導波部材１２２Ｌによれば、第３導電部材１３０のポート１４５Ｌから第２導電部材１２０の各ポート１４５Ｕ（図１７Ｃ参照）までの、導波路に沿った距離が全て等しい。このため、第３導電部材１３０のポート１４５Ｌから、導波部材１２２Ｌに入力された信号波は、第２導波部材１２２ＵのＹ方向における中央に配置された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。

【0112】

なお、用途によっては、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。図１７Ｄに示される第３導電部材１３０のポート１４５Ｌから、図１７Ｃに示される第２導電部材１２０の複数のポート１４５Ｕまでの導波路に沿った距離が、それぞれの間で異なっていてもよい。励振層および分配層における導波部材１２２Ｕ、１２２Ｌのネットワークパターンは任意であり、図示される形態に限定されない。

【0113】

電子回路３１０は、図１７Ｃおよび図１７Ｄに示すポート１４５Ｕ、１４５Ｌを介して励振層における各導波部材１２２Ｕ上の導波路に接続されている。電子回路３１０から出力された信号波は、分配層で分岐した上で、励振層における複数の導波部材１２２Ｕ上を伝搬し、複数のスロット１１２まで到達する。Ｘ方向に隣接する２つのスロット１１２の位置で信号波の位相を同一にするために、例えば電子回路３１０からＸ方向に隣接する２つのスロット１１２までの導波路の長さの合計が実質的に等しくなるように設計され得る。

【0114】

本実施形態では、第２導電部材１２０上に４つの導波部材１２２Ｕが配置されているが、導波部材１２２Ｕの数は１つ以上の任意の数であってよい。導波部材１２２Ｕの数に応じて、第１導電部材１１０が有するスロット１１２の列数が決定される。導波部材１２２Ｕが単数である場合、第１導電部材１１０は、当該導波部材１２２Ｕに結合する２列の千鳥配列のスロット（第１スロット群および第２スロット群）のみを有していてもよい。この点は、以下の実施形態においても同様である。

【0115】

次に、本開示の他の実施形態を説明する。

【0116】

図１８Ａは、本開示の他の実施形態によるスロットアレイアンテナ３００Ａを示す平面図である。図１８Ｂは、スロットアレイアンテナ３００Ａを－Ｙ方向から見た側面図である。このスロットアレイアンテナ３００Ａは、間隙を空けて積層された第１導電部材１１０と、第２導電部材１２０と、第３導電部材１３０とを備える。第２導電部材１２０上には、複数の導波部材１２２Ｕおよび複数の導電性ロッド１２４Ｕが配置されている。第３導電部材１２０上にも、複数の導波部材１２２Ｌおよび複数の導電性ロッド１２４Ｌが配置されている。第１導電部材１１０は、放射層２１０を構成する。第２導電部材１２０と、その上の複数の導波部材１２２Ｕおよび複数の導電性ロッド１２４Ｕは、励振層２２０を構成する。第３導電部材１３０と、その上の複数の導波部材１２２Ｌおよび複数の導電性ロッド１２４Ｌは、分配層２３０を構成する。各導電部材１１０、１２０、１３０は、例えば金属板を加工して成形され得る。各導電部材１１０、１２０、１３０は、成形された樹脂（プラスチック）にめっきを施して作製することも可能である。

【0117】

図１９Ａは、放射層２１０および励振層２２０の構成の一部を拡大して示す断面図である。図１９Ａに示すように、第２導電部材１２０上の導波部材１２２Ｕの列と導電性ロッド１２４Ｕの列は、Ｘ方向に沿って交互に並んでいる。この例では、各導波部材１２２Ｕの高さ（すなわちＺ方向における寸法）が各導電性ロッドの高さよりも小さい。このような構造により、各導波部材１２２Ｕに沿って伝搬する信号波の分離度（isolation）を高めることができる。

【0118】

図１９Ｂは、放射層２１０の一部を拡大して示す図である。放射層２１０を構成する第１導電部材１１０は、複数のスロット１１２を有する。複数のスロット１１２は、複数のスロット列を構成している。

【0119】

各スロット列は、第１の方向（Ｙ方向）に沿って配列された第１スロット群および第２スロット群を含む。第１スロット群は、Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２を含む。第２スロット群も同様に、Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２を含む。第２スロット群は、第１スロット群に隣接する。第１スロット群における各スロットのＹ方向における位置は、第２スロット群における各スロットのＹ方向における位置とは異なっている。Ｙ方向において、第１スロット群における１つ以上のスロットの中心は、第２スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置する。同様に、Ｙ方向において、第２スロット群における１つ以上のスロットの中心は、第１スロット群におけるいずれか２つの隣接するスロットの間に位置する。図１８Ａの例においては、第１スロット群のＹ方向における位置は、第２スロット群のＹ方向における位置から、導波路内の電磁波の波長の半分に相当する長さだけ離れている。第１スロット群および第２スロット群の配列は、前述の「千鳥配列」である。

【0120】

図１９Ｂには、第１スロット群および第２スロット群に最も近い導波部材の導波面の中心線Ｃが破線で示されている。図１９Ｂの例のように、中心線Ｃからスロットまでの距離は、スロットごとに異なっていても良い。図１９Ｂの例では、スロットの列の端に近づくにつれて、スロットは導波面の中心線Ｃに近づいている。また、スロットの形状や幅も、同一である必要はなく、スロット列中の位置に応じて、適宜変化していても良い。第１スロット群、第２スロット群に、このような特徴を追加する事で、スロットアンテナの放射パターンを調節できる。なお、スロットの中心線Ｃからの距離が、スロット群内での位置に応じて異なる場合、そのスロット群を構成するスロットが並ぶ方向は、導波面が伸びる方向とは厳密には一致しない。しかし、スロット列の位置のずれが、導波面の幅の２倍未満である場合は、本明細書においては、導波面が延びる方向に沿ってスロットが並ぶ状態である、とする。

【0121】

第１導電部材１１０の正面側の第１導電性表面１１０ｂは、Ｘ方向に配列された複数のホーン１１４を規定する形状を有する。各ホーン１１４は、第１の方向（Ｙ方向）に延びた構造を有する。各ホーン１１４は、第１導電性表面１１０ｂから立ち上がり、第１の方向に延びる導電性の一対の壁面１１４ａ（以下、導電壁１１４ａとも称する）を含む。第１導電性表面１１０ｂに垂直な方向から見たとき、第１スロット群および第２スロット群は、一対の壁面１１４ａの間に位置する。この例では、複数のホーン１１４は、複数のスロット列をそれぞれ収容する。すなわち、各ホーン１１４は、第１スロット群および第２スロット群を収容する。ここで「収容する」とは、ホーン１１４が有する導電壁によって包囲することを意味する。

【0122】

複数のホーン１１４は、第２の方向（Ｘ方向）に配列されている。図１８Ａの例では、８列のホーン１１４が配列されている。このような構造により、複数のホーン１１４内のスロット１１２から、位相の異なる電磁波を放射することができる。

【0123】

図１９Ｂに示すように、各ホーン１１４は、長手方向に延びる一対の導電壁１１４ａを有する。各導電壁１１４ａは、階段状（山型）に成形されている。導電壁１１４ａの形状は、階段状に限らず、例えば傾斜した平面状であってもよい。

【0124】

各ホーン１１４の底部には、複数のスロット１１２（第１スロット群および第２スロット群）が設けられている。本実施形態における各スロット１１２の開口形状は矩形であり、その長手方向がＹ方向に一致している。ただしこのような形状、配置である必要はなく、必要なアンテナ特性に応じて適宜調整が可能である。

【0125】

図２０Ａは、励振層２２０を示す平面図である。図２０Ｂは、励振層２２０の一部を拡大して示す斜視図である。図２０Ｃは、励振層２２０の一部を拡大して示す平面図である。励振層２２０は、第２導電部材１２０と、その上の複数の導波部材１２２Ｕおよび複数の導電性ロッド１２４Ｕとを含む。第２導電部材１２０は、各導波部材１２２Ｕの中央部に、給電ポイントとなるポート１４５Ｕ（貫通孔）を有する。以下、ポート１４５Ｕを「給電スロット」と称することがある。各ポート１４５Ｕの開口は、Ｘ方向に延びる横部分と、横部分の両端からＹ方向に延びる一対の縦部分とからなる形状を有する。この例では、一対の縦部分は、横部分の両端から互いに逆方向に延びる。複数の導波部材１２２Ｕは、Ｘ方向に並んでいる。各導波部材１２２Ｕの導波面は、ポート１４５Ｕの近傍及び導波面の両端部の近傍に複数の凹部（切り欠き）を有する。これらの凹部の位置および深さは、所望の放射特性または受信特性を得るために、適切に設計されている。複数の導電性ロッド１２４Ｕは、複数の導波部材１２２Ｕに沿って並ぶ複数のロッド列を構成している。この例では、隣り合う２つの導波部材１２２Ｕの間には１つのロッド列が配置されている。

【0126】

図２０Ｂに示すように、＋Ｚ方向から見た各導電性ロッド１２４Ｕの形状は、矩形状である。当該形状が正方形状である場合に比べて、各ロッド１２４ＵのＹ方向における寸法が小さい。また、Ｙ方向に並ぶ隣接する２つのロッド１２４Ｕの間の隙間の幅は、例えばλｍ／１０以下の範囲に設定され得る。この結果、各ロッド１２４ＵのＹ方向における配置周期（隣接するロッドの中心間の距離）は、λｍ／９以上λｍ／５未満の値に設定され得る。このような配置間隔であっても、導波部材１２２Ｕに沿って伝搬する高周波信号の漏れを防ぐことができる。

【0127】

図２０Ｄは、第２導電部材１２０のポート１４５Ｕと、第１導電部材１１０における第１スロット群に含まれるスロット１１２Ａおよび第２スロット群に含まれるスロット１１２Ｂとの位置関係を説明するための図である。図示されるように、導波部材１２２Ｕの導波面に垂直な方向（＋Ｚ方向）から見たとき、第１スロット群における各スロット１１２Ａの中心は、導波面の中心を結ぶ線Ｃ（「中心線」と称する。）の一方の側（図では左側）に位置し、第２スロット群における各スロットの中心は、導波面の中心線Ｃの他方の側（図では右側）に位置している。この位置関係は、中心線Ｃが、第１スロット群における各スロットの中心が成す列と、第２スロット群における各スロットの中心が成す列との間を通る、とも表現できる。＋Ｚ方向から見たとき、第１スロット群および第２スロット群における各スロットの中心と導波面の中心線Ｃとの距離は、導波面の中心線Ｃと当該中心線Ｃに最も近い導電性ロッド１２４Ｕの中心との距離よりも短い。同様に＋Ｚ方向から見たとき、ポート１４５Ｕの中心は、第１スロット群に含まれるスロット１１２Ａと、第２スロット群に含まれるスロット１１２Ｂとの間に位置する。より具体的には、導波面に垂直な方向から見たとき、ポート１４５Ｕの中心は、第１スロット群が分布する領域の中央部と第２スロット群が分布する領域の中央部との間に位置する。本実施形態では、ポート１４５Ｕは、いずれのスロットにも重ならないが、これらのうちの少なくとも一方に重なっていてもよい。

【0128】

図２０Ｄに示すように、この例では、各ポート１４５Ｕの開口は、第１の方向（Ｙ方向）に交差する第２の方向（Ｘ方向）に延びる横部分１４５ｌと、横部分１４５ｌの一端に接続され、Ｙ方向に延びる第１の縦部分１４５ｔ１と、横部分１４５ｌの他端に接続され、Ｙ方向に延びる第２の縦部分１４５ｔ２とを含む形状を有する。なお、縦部分１４５ｔ１、１４５ｔ２が延びる方向は、横部分１４５ｌが延びる方向に直交していなくてもよい。第１の方向（＋Ｙ方向）を正の方向、第１の方向の反対の方向（－Ｙ方向）を負の方向とすると、第１の縦部分１４５ｔ１の正の方向側の端部１４５ｐ１は、第１の縦部分１４５ｔ１の負の方向側の端部１４５ｎ１よりも横部分１４５ｌに近い。また、第２の縦部分１４５ｔ２の負の方向側の端部１４５ｎ２は、第２の縦部分１４５ｔ２の正の方向側の端部１４５ｐ２よりも横部分１４５ｌに近い。第１の縦部分１４５ｔ１の正の方向側の端部１４５ｐ１は、第１の縦部分１４５ｔ１の負の方向側の端部１４５ｎ１よりも、第１スロット群のうちの、横部分１４５ｌに最も近いスロット１１２Ａの中心までの距離が小さい。また、第２の縦部分１４５ｔ２の負の方向側の端部１４５ｎ２は、第２の縦部分１４５ｔ２の正の方向側の端部１４５ｐ２よりも、第２スロット群のうちの、横部分１４５ｌに最も近いスロット１１２Ｂの中心までの距離が小さい。

【0129】

図２０Ｄの例では、第１の縦部分１４５ｔ１の第１の方向（Ｙ方向）における位置が、第２のスロット群に含まれるスロット１１２ＢのＹ方向における位置と部分的に重なっており、第２の縦部分１４５ｔ２のＹ方向における位置が、第１のスロット群に含まれるスロット１１２ＡのＹ方向における位置と部分的に重なっている。このような構造に限定されず、第１の縦部分１４５ｔ１および第２の縦部分１４５ｔ２の少なくとも一方のＹ方向における位置が、第１スロット群および第２スロット群に含まれる少なくとも１つのスロットの第１の方向における位置と少なくとも部分的に重なるように、各スロットおよび貫通孔（ポート）が配置され得る。

【0130】

本実施形態では、＋Ｚ方向から見た各スロット１１２の開口の形状はＹ方向に延びる矩形形状（Ｉ型形状）であるが、図１０Ａから図１０Ｅに例示されているような他の形状であってもよい。各スロット１１２の配置についても、図示される例に限定されない。例えば図１１Ａから図１１Ｅを参照して説明したとおり、多様な配置が可能である。本開示の実施形態において、第１スロット群および第２スロット群に含まれる各スロットの開口は、その少なくとも中央部が、Ｙ方向、またはＹ方向から４５度未満の角度だけ傾斜した方向に延びた形状を有する。そのような構成により、Ｙ方向よりもＸ方向の電界成分が大きい電磁波を放射することができる。複数のスロット１１２の向きが全て揃っている必要もない。所望の放射特性または受信特性に応じて、複数のスロット１１２の向きが個々に異なる態様も可能である。また、第１スロット群および第２スロット群のそれぞれに含まれる複数のスロットがＹ方向に沿って等間隔に並んでいなくてもよい。

【0131】

導波面に垂直な方向から見たとき、各ポート１４５Ｕは、対応する導波部材１２２Ｕの中央部にあり、第１スロット群の中央部と第２スロット群の中央部との間に位置する。各ポート１４５Ｕの位置は、導波部材１２２Ｕの中央部からずれていてもよい。

【0132】

図２１Ａは、分配層２３０の構成を示す平面図である。図２１Ｂは、分配層２３０の一部を拡大して示す図である。分配層２３０における第３導電部材１３０は、複数のポート１４５Ｌ（貫通孔）を有する。この例におけるポート１４５Ｌの数は８個である。これらのポート１４５Ｌは、Ｙ方向における位置が交互にずれながら、Ｘ方向に沿って配列されている。

【0133】

第３導電部材１３０の導電性表面１３０ａ上には、複数の導波部材１２２Ｌおよび複数の導電性ロッド１２４Ｌが配置されている。複数の導波部材１２２Ｌの端部は、複数のポート１４５Ｌにそれぞれ接続されている。複数の導波部材１２２Ｌは、それぞれ独立し、１つ以上の屈曲部を有する。これらの導波部材１２２Ｌは、互いに異なる長さの経路で、ポート１４５Ｌから、第２導電部材１２０における対応するポート１４５Ｕに対向する位置まで延びている。このような構成により、位相の異なる電磁波を第２導電部材１２０の複数のポート１４５Ｕに供給することができる。

【0134】

複数の導電性ロッド１２４Ｌは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って２次元的に配列されている。これらの導電性ロッド１２４Ｌは、各ポート１４５Ｌおよび各導波部材１２２Ｌを囲んでいる。各ポート１４５Ｌは、不図示の導波路を介して、ＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路を含む電子回路の端子に接続される。すなわち、電子回路は、複数のポート１４５Ｌを介して、導波部材１２２Ｌと第２導電部材１２０との間の導波路に接続される。なお、電子回路と導波路とを接続する構造は、例えば、米国特許出願第１５／９９６７９５、米国特許出願第１６／０２２８９３、米国特許出願第１６／１４５４９１、米国特許出願第１６／１７０１７２、米国特許出願第１６／２３４７４９、および国際特許出願公開第２０１８／１０５５１３に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

【0135】

図２１Ｂに示すように、各導波部材１２２Ｌは、屈曲部に凹部を有する。また、各導波部材１２２Ｌにおいてポート１４５Ｌに接続される一方の端部には切欠きがある。各導波部材１２２Ｌは、１つ以上の凸部も有する。これらの凹部および凸部は、各導波部材１２２Ｌと第２導電部材１２０との間の導波路のインピーダンスと、第２導電部材１２０のポート１４５Ｕのインピーダンスとを整合させるために設けられている。これらの凹部および凸部により、信号波の反射が抑制される。

【0136】

図２２Ａは、第２導電部材１２０における１つの導波部材１２２Ｕの中心を通りＹＺ面に平行な平面で切断したときのスロットアレイアンテナ３００Ａの断面図である。図２２Ｂは、図２２Ａに示す構造の一部を拡大して示す図である。導波部材１２２Ｕは、ポート１４５Ｕによって２つの部分に分断されている。当該２つの部分を、第１リッジ１２２Ｕ１および第２リッジ１２２Ｕ２と称する。第１リッジ１２２Ｕ１および第２リッジ１２２Ｕ２は、ポート１４５Ｕを挟んで互いに対向する一対の導電性の端面１２２ｅをそれぞれ有する。第１リッジ１２２Ｕ１および第２のリッジ１２２Ｕ２における一対の端面１２２ｅ、およびポート１４５Ｕは、中空導波路（hollow waveguide）を規定する。第１スロット群および第２スロット群におけるスロットのうち、第１リッジ１２２Ｕ１に沿って並ぶ一部のスロットは、第１リッジ１２２Ｕ１の導波面と第１導電部材１１０の背面側の第２導電性表面との間の第１の導波路を介して、ポート１４５Ｕ内の導波路、およびその下層の導波路に接続される。同様に、第１スロット群および第２スロット群におけるスロットのうち、第２リッジ１２２Ｕ２に沿って並ぶ残りのスロットは、第２リッジ１２２Ｕ２の導波面と第１導電部材１１０の背面側の第２導電性表面との間の第２の導波路を介して、ポート１４５Ｕ内の導波路、およびその下層の導波路に接続される。この例における下層の導波路は、導波部材１２２Ｌの導波面と第２導電部材１２０の背面側の第４導電性表面との間に形成されたリッジ導波路である。ポート１４５Ｕの下層の導波路は、リッジ導波路に限らず、中空導波管などの他の導波路であってもよい。

【0137】

本実施形態によれば、各スロット列の給電ポイントが、当該スロット列の途中（例えば中央）の１箇所のみにある。ポート１４５Ｕを通じて、第１スロット群および第２スロット群の配列の中央の１箇所から、第１スロット群および第２スロット群における各スロットに向けて給電される。給電スロットであるポート１４５Ｕから供給された電磁波を、各スロットから横偏波または斜め偏波として放射することが可能である。スロット列の両端から給電する構成と比較して、装置構成を簡単にすることができる。また、中空導波管を用いたスロットアレイアンテナと比較して、装置を小型化できる。このため、例えばミリ波のような高周波の電磁波を用いた場合においても、良好な放射特性または受信特性を実現することができる。

【0138】

次に、本実施形態の変形例を説明する。

【0139】

図２３は、本変形例におけるスロットアレイアンテナ３００Ｂを示す図である。図２４Ａは、本変形例における励振層２２０を示す平面図である。図２４Ｂは、本変形例における励振層２２０の一部を拡大して示す図である。本変形例では、第２導電部材１２０における複数のポート１４５Ｕの開口形状がＨ形状である点で前述の実施形態とは異なる。その他の点は前述の実施形態と同様である。

【0140】

図２４Ｃは、本変形例における各部材の位置関係を説明するための図である。図２４Ｃにおいて、励振層２２０における導波部材１２２Ｕ、導電性ロッド１２４Ｕ、およびポート１４５Ｕは、実線で示されている。放射層２１０におけるスロット１２２Ａ、１２２Ｂ、およびホーン１１４の導電壁１１４ａは、点線で示されている。分配層２３０における導電性ロッド１２４Ｌは、破線で示されている。なお、分配層２３０における導波部材１２２Ｌは、図２４Ｃには示されていない。

【0141】

この例におけるポート１４５Ｕの開口は、横部分１４５ｌと、第１の縦部分１４５ｔ１と、第２の縦部分１４５ｔ２とを含むＨ形状を有する。横部分１４５ｌの一端は、第１の縦部分１４５ｔ１の両端の間に位置し、横部分１４５ｌの他端は、第２の縦部分１４５ｔ２の両端の間に位置する。

【0142】

この例においては、千鳥配置された第１スロット群におけるスロット１１２Ａおよび第２スロット群におけるスロット１１２Ｂと、その下側に位置する給電用のポート１４５Ｕとが、僅かに重なる。また、分配層２３０における導電性ロッド１２４Ｌと、ポート１４５Ｕとが僅かに重なる。このため、＋Ｚ方向から中央のスロット１１２Ａ、１１２Ｂを見通すと、図２３に示すように、ポート１４５Ｕの端部を視認することができる。ポート１４５Ｕを電磁波が通過するとき、その中央部において強い電界が生じ、周辺部においては僅かな電界しか生じない。このため、ポート１４５Ｕの端部とスロット１１２Ａ、１１２Ｂの端部との間に重なりが生じても、アンテナとしての機能は必ずしも損なわれない。このような構造により、スロット１１２Ａ、およびスロット１１２Ｂの配置間隔を、より自由に選択する事が可能になり、スロットアレイアンテナ３００Ｂの指向性を改善する事が容易になる。この例のように、導波部材１２２Ｕの導波面に垂直な方向から見たとき、ポート１４５Ｕ（貫通孔）の少なくとも一部は、第１スロット群に含まれる１つのスロットと、第２スロット群に含まれる１つのスロットの少なくとも一方に重なっていてもよい。

【0143】

図２４Ｄは、他の変形例を示す図である。この例では、ポート１４５Ｕの形状が図２４Ｃにおける例とは異なっている。それ以外の点は、図２４Ｃの例と同様である。図２４Ｄに示す例でも、各ポート１４５Ｕの開口は、Ｘ方向に延びる横部分１４５ｌと、横部分１４５ｌの一端に接続され、Ｙ方向に延びる第１の縦部分１４５ｔ１と、横部分１４５ｌの他端に接続され、Ｙ方向に延びる第２の縦部分１４５ｔ２とを含む形状を有する。縦部分１４５ｔ１、１４５ｔ２が延びる方向は、横部分１４５ｌが延びる方向に直交していなくてもよい。第１の方向（＋Ｙ方向）を正の方向、第１の方向の反対の方向（－Ｙ方向）を負の方向とすると、第１の縦部分１４５ｔ１の負の方向側の端部は、第１の縦部分１４５ｔ１の正の方向側の端部よりも横部分１４５ｌに近い。また、第２の縦部分１４５ｔ２の正の方向側の端部は、第２の縦部分１４５ｔ２の負の方向側の端部よりも横部分１４５ｌに近い。導波部材１２２Ｕの導波面に垂直な方向から見たとき、第１の縦部分１４５ｔ１の正の方向側の端部は、第１スロット群の内の、横部分１４５ｌに最も近いスロット１１２Ａと少なくとも部分的に重なり、第２の縦部分１４５ｔ２の負の方向側の端部は、第２スロット群の内の横部分に最も近いスロット１１２Ｂと少なくとも部分的に重なる。このような構成でも、前述の構成と同様の特性が得られる。

【0144】

図１７Ａから図２４Ｄを参照して説明した各実施形態におけるスロットアレイアンテナは、第１スロット群、第２スロット群、導波部材１２２Ｕ、および貫通孔（ポート１４５Ｕ）の組み合わせを複数組有している。当該複数組の組み合わせは、第１の方向（Ｙ方向）に交差するＸ方向に配列されている。複数の導電性ロッド１２４Ｕは、各導波部材１２２Ｕの周囲に位置している。本開示の実施形態はこのような形態に限定されない。例えば、スロットアレイアンテナは、第１スロット群、第２スロット群、導波部材１２２Ｕ、および貫通孔（ポート１４５Ｕ）の組み合わせを１つのみ有していてもよい。また、励振層、分配層を構成するに当たっては、導波路における様々の回路要素を利用する事ができる。それらの例は、例えば米国特許第１００４２０４５、米国特許第１００９０６００、米国特許第１０１５８１５８、国際特許出願公開第２０１８／２０７７９６、国際特許出願公開第２０１８／２０７８３８、米国特許出願第１６／１２１７６８に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

【0145】

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

【0146】

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

【0147】

本開示の実施形態のスロットアレイアンテナは、小型化が可能なワッフルアイアン構造を備えているため、従来の構成と比較して、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、当該スロットアレイアンテナ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。

【0148】

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

【0149】

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

【0150】

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

【産業上の利用可能性】

【0151】

本開示のスロットアレイアンテナは、電磁波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などに用いられ得る。

【符号の説明】

【0152】

１００ 導波路装置
１１０ 第１導電部材
１１０ａ、１１０ｂ 第１導電部材の導電性表面
１１２ スロット
１１４ ホーン
１１４ ホーンの導電壁
１２０ 第２導電部材
１２０ａ、１２０ｂ 第２導電部材の導電性表面
１２２、１２２Ｕ、１２２Ｌ 導波部材
１２２ａ 導波面
１２４、１２４Ｕ、１２４Ｌ 導電性ロッド
１２４ａ 導電性ロッドの先端部
１２４ｂ 導電性ロッドの基部
１２５ 人工磁気導体の表面
１３０ 第３導電部材
１３０ａ、１３０ｂ 第３導電部材の導電性表面
２００ スロットアンテナ
２００Ａ スロットアレイアンテナ
３００、３００Ａ、３００Ｂ スロットアレイアンテナ
３１０ 電子回路
３３０ 中空導波管
３３２ 中空導波管の内部空間

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図5F】

【図5G】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図10E】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図11E】

【図12】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15A】

【図15B】

【図15C】

【図15D】

【図16】

【図17A】

【図17B】

【図17C】

【図17D】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図20C】

【図20D】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【図23】

【図24A】

【図24B】

【図24C】

【図24D】