CN110611171B - 缝隙阵列天线以及雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供缝隙阵列天线以及雷达装置。缝隙阵列天线以比较简单的结构实现良好的辐射特性，且包括：层叠的第1以及第2导电部件；第2导电部件上的脊状的波导部件；及波导部件的周围的多个导电性杆。波导部件具有与第1导电部件的导电性表面相对并沿第1方向延伸的波导面。各导电性杆具有与第1导电部件的导电性表面相对的末端部。第1导电部件具有沿第1方向排列的第1以及第2缝隙组。第2导电部件具有将波导部件分割成第1和第2脊部的贯通孔。第1缝隙组以及第2缝隙组中的一部分缝隙经由第1脊部的波导面与导电性表面之间的波导路与贯通孔内的波导路连接，剩余的缝隙经由第2脊部的波导面与导电性表面之间的波导路与贯通孔内的波导路连接。

Description

缝隙阵列天线以及雷达装置
技术领域
本公开涉及缝隙阵列天线以及雷达装置。
背景技术
在线上或面上排列有多个辐射元件(还称作“天线元件”)的阵列天线(还称作“天线阵列”)利用于各种各样的用途，例如雷达以及通信系统。为了从阵列天线辐射电磁波，需要从生成电磁波的电路向各辐射元件供给电磁波，例如高频的信号波。这样的信号波的供给经由波导路进行。波导路还用于将由天线元件接收的电磁波发送到接收电路。
以往，为了向阵列天线供电，大多使用微带线路。但是，在通过阵列天线发送或接收的电磁波的频率为例如毫米波频带那样超过30千兆赫(GHz)的较高的频率的情况下，微带线路的电介质损耗变大，导致天线的效率下降。因此，在这样的高频区域中，需要代替微带线路的波导路。
作为代替微带线路的波导路结构，专利文献1至3以及非专利文献1至3公开了利用配置于脊形波导路的两侧的人工磁导体(AMC：Artificial Magnetic Conductor)进行电磁波的引导的结构。在专利文献1以及非专利文献1、3中公开了利用了这样的波导路结构的缝隙阵列天线。
另一方面，专利文献4、5公开了包括具有多个缝隙的中空波导管的缝隙阵列天线。
专利文献4、5以及非专利文献3所公开的缝隙阵列天线能够辐射电场在与波导路所延伸的方向垂直的方向上振动的偏振波。这些缝隙阵列天线具有沿波导路排列的矩形状的多个缝隙作为天线元件。多个缝隙分别以其长度方向与波导路所延伸的方向一致的方式配置。多个缝隙中的从端部数第奇数个缝隙相对于波导路的中心线位于一侧，第偶数个缝隙相对于波导路的中心线位于另一侧。在沿波导路的方向上相邻的两个缝隙之间的间隔是在波导路中传播的电磁波的波长的大约二分之一。通过这样的结构，即使在沿波导路的方向上的缝隙的间隔比波导路内的波长短的情况下，也能够以同相激励各缝隙。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8779995号
专利文献2：美国专利第8803638号
专利文献3：欧洲专利申请公开第1331688号
专利文献4：日本特开2005-167755号公报
专利文献5：美国专利第4513291号说明书
非专利文献
非专利文献1：Kirino et al.,"A 76GHz Multi-Layered Phased Array AntennaUsing a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide",IEEE Transaction onAntennas and Propagation,Vol.60,No.2,February 2012, pp 840-853
非专利文献2：Kildal et al.,"Local Metamaterial-Based Waveguides inGaps Between Parallel Metal Plates",IEEE Antennas and Wireless PropagationLetters,Vol.8,2009,pp84-87
非专利文献3：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
发明内容
发明要解决的课题
本公开提供一种用于以比较简单的结构实现具有良好的辐射特性的缝隙阵列天线的技术。
用于解决课题的手段
本公开的一方式所涉及的缝隙阵列天线包括：第1导电部件，所述第1导电部件具有正面侧的第1导电性表面以及背面侧的第2导电性表面；第2导电部件，所述第2导电部件具有与所述第2导电性表面相对的第3导电性表面；脊状的波导部件，所述波导部件位于所述第3导电性表面上，并具有与所述第2导电性表面相对并沿第1方向延伸的导电性的波导面；以及多个导电性杆，所述多个导电性杆位于所述波导部件的两侧，并分别具有与所述第3导电性表面连接的基部以及与所述第 2导电性表面相对的末端部。所述第1导电部件具有多个缝隙。所述多个缝隙包含：第1缝隙组，所述第1缝隙组沿所述第1方向排列；以及第2缝隙组，所述第 2缝隙组与所述第1缝隙组相邻，并沿所述第1方向排列。从与所述波导面垂直的方向观察时，所述第1缝隙组中的各缝隙的中心位于所述波导面的中心线的一侧，所述第2缝隙组中的各缝隙的中心位于所述波导面的中心线的另一侧，所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的各缝隙的中心与所述波导面的所述中心线之间的距离比所述波导面的所述中心线与最靠近所述中心线的导电性杆的中心之间的距离短。在所述第1方向上，所述第1缝隙组中的至少一个缝隙的中心位于所述第2缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间。在所述第1方向上，所述第2缝隙组中的至少一个缝隙的中心位于所述第1缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间。所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中所包含的各缝隙的开口的至少中央部沿所述第1方向或从所述第1方向倾斜了小于45度的角度的方向延伸。所述第2导电部件具有贯通孔。所述波导部件通过所述贯通孔分割成第1脊部和第2脊部。从与所述波导面垂直的方向观察时，所述贯通孔的中心位于所述第1缝隙组中所包含的一个缝隙与所述第2缝隙组中所包含的一个缝隙之间。所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的一部分缝隙经由所述第1脊部的所述波导面与所述第2导电性表面之间的第1波导路与所述贯通孔内的波导路连接。所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的剩余的缝隙经由所述第2脊部的所述波导面与所述第2导电性表面之间的第2波导路与所述贯通孔内的所述波导路连接。
发明效果
根据本公开的实施方式，能够以比较简单的结构实现具有良好的辐射特性的缝隙阵列天线。
附图说明
图1是示意性地示出波导路装置所具备的基本结构的非限定性例的立体图。
图2A是示意性地示出波导路装置100的与XZ面平行的截面的结构的图。
图2B是示意性地示出波导路装置100的与XZ面平行的截面的另一结构的图。
图3是示意性地示出处于为了容易理解将导电部件110与导电部件120之间的间隔过大地分开的状态的波导路装置100的立体图。
图4是示出图2A所示的结构中的各部件的尺寸范围的例的图。
图5A是示出只是波导部件122的作为上表面的波导面122a具有导电性且波导部件122的除波导面122a以外的部分不具有导电性的结构的例的剖视图。
图5B是示出波导部件122未形成于导电部件120上的变形例的图。
图5C是示出导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124分别在电介质的表面涂布有金属等导电性材料的结构的例的图。
图5D是示出在导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124各自的最表面具有电介质层110c、120c的结构的例的图。
图5E是示出在导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124各自的最表面具有电介质层110c、120c的结构的其他例的图。
图5F是示出波导部件122的高度比导电性杆124的高度低且导电部件110的导电性表面110a中的与波导面122a相对的部分向波导部件122侧突出的例的图。
图5G是示出在图5F的结构中还使导电性表面110a中的与导电性杆124相对的部分向导电性杆124侧突出的例的图。
图6A是示出导电部件110的导电性表面110a具有曲面形状的例的图。
图6B是示出还使导电部件120的导电性表面120a具有曲面形状的例的图。
图7A示意性地示出了在波导部件122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110a之间的间隙中的宽度较窄的空间中传播的电磁波。
图7B是示意性地示出中空波导管330的截面的图。
图7C是示出在导电部件120上设置有两个波导部件122的方式的剖视图。
图7D是示意性地示出排列配置有两个中空波导管330的波导路装置的截面的图。
图8A是示意性地示出缝隙天线200的结构的立体图。
图8B是示意性地示出图8A所示的缝隙天线200中的通过缝隙112的中心并与 XZ面平行的截面的一部分的图。
图8C是示出缝隙112与波导部件122以及多个导电性杆124之间的配置关系的俯视图。
图8D是示意性地示出形成于缝隙112的内部的电场的例的图。
图9A是示出只是缝隙112的一部分与第2导电性表面120a相对的例的俯视图。
图9B是示出只是缝隙112的一部分与第2导电性表面120a相对的其他例的俯视图。
图10A示出了I型缝隙112的一例。
图10B示出了U型缝隙112的一例。
图10C示出了Z型缝隙112的一例。
图10D示出了H型缝隙112的一例。
图10E示出了曲线状的缝隙112的一例。
图11A示出了缝隙112为U型且缝隙112的开口的一部分与波导面122a相对的例。
图11B示出了缝隙112为U型且缝隙112的开口整体与波导面122a不相对的例。
图11C示出了缝隙112为曲线状缝隙且缝隙112的开口的一部分与波导面122a 相对的例。
图11D示出了缝隙112为Z型缝隙且只是缝隙112的开口的端部与波导面122a 相对的例。
图11E示出了缝隙112为H型缝隙且缝隙112的开口跨越波导面122a的两个缘而配置的例。
图12是示意性地示出具有沿波导面122配置的多个缝隙112的缝隙天线200A 的结构例的立体图。
图13是示出多个缝隙112与波导面122a以及多个导电性杆124之间的配置关系的俯视图。
图14A是示出各缝隙112的一部分与波导面122a相对的例的图。
图14B是示出各缝隙112的长度方向从波导面122a所延伸的方向以小于45度的角度倾斜的例的图。
图15A是示出各缝隙112具有U形状的例的图。
图15B是示出各缝隙112具有Z形状的例的图。
图15C是示出各缝隙112具有H形状的例的图。
图15D是示出各缝隙112具有曲线形状的例的图。
图16是示意性地示出具有多个波导部件122的缝隙天线的结构的俯视图。
图17A是示出从位于波导部件的中央部的贯通孔接收供电的缝隙阵列天线300 的结构例的俯视图。
图17B是图17A的B-B线剖视图。
图17C是示出第1波导路装置100a中的波导部件122U的平面布局的图。
图17D是示出第2波导路装置100b中的波导部件122L的平面布局的图。
图18A是示出基于本公开的其他实施方式的缝隙阵列天线300A的俯视图。
图18B是从-Y方向观察缝隙阵列天线300A的侧视图。
图19A是示出辐射层210以及激励层220的结构的一部分的剖视图。
图19B是放大示出辐射层210的一部分的图。
图20A是示出激励层220的结构的俯视图。
图20B是放大示出激励层220的一部分的立体图。
图20C是放大示出激励层220的一部分的图。
图20D是用于对端口145U与缝隙112A、112B之间的位置关系进行说明的图。
图21A是示出分配层230的结构的俯视图。
图21B是放大示出分配层230的一部分的图。
图22A是将缝隙阵列天线300A利用第2导电部件120中的通过一个波导部件 122U的中心并与YZ面平行的平面剖切时的剖视图。
图22B是放大示出图22A所示的结构的一部分的图。
图23是示出实施方式的变形例中的缝隙阵列天线300B的图。
图24A是示出变形例中的激励层220的俯视图。
图24B是放大示出变形例中的激励层220的一部分的图。
图24C是用于对变形例中的各部件的位置关系进行说明的图。
图24D是示出其他变形例的图。
符号说明
100 波导路装置
110 第1导电部件
110a、110b 第1导电部件的导电性表面
112 缝隙
114 喇叭状部
114 喇叭状部的导电壁
120 第2导电部件
120a、120b 第2导电部件的导电性表面
122、122U、122L 波导部件
122a 波导面
124、124U、124L 导电性杆
124a 导电性杆的末端部
124b 导电性杆的基部
125 人工磁导体的表面
130 第3导电部件
130a、130b 第3导电部件的导电性表面
200 缝隙天线
200A 缝隙阵列天线
300、300A、300B 缝隙阵列天线
310 电子电路
330 中空波导管
332 中空波导管的内部空间
具体实施方式
在对本公开的实施方式进行说明之前，对成为本公开的基础的知识进行说明。
前述的专利文献1至3以及非专利文献1至3所公开的脊形波导路设置于作为人工磁导体发挥功能的华夫板结构中。根据本公开而利用这样的人工磁导体的脊形波导路能够在微波段或毫米波段中实现损耗较低的天线馈线。并且，通过利用这样的脊形波导路，能够高密度地配置天线元件。在本说明书中，有时将这样的脊形波导路称作华夫板脊形波导路(WRG)。以下，对华夫板脊形波导路的基本结构以及动作的例进行说明。
人工磁导体为通过人工方式实现自然界中不存在的理想磁导体(PMC：PerfectMagnetic Conductor)的性质的结构体。理想磁导体具有“表面的磁场的切线分量为零”的性质。这是与理想电导体(PEC：Perfect Electric Conductor)的性质、即“表面的电场的切线分量为零”的性质相反的性质。理想磁导体虽不存在于自然界中，但是能够通过例如多个导电性杆的排列这样的人工结构实现。人工磁导体在由该结构规定的特定频带中作为理想磁导体发挥功能。人工磁导体抑制或阻止具有特定频带(传播截止频带)中所包含的频率的电磁波沿着人工磁导体的表面传播。因此，人工磁导体的表面有时被称作高阻抗面。
在专利文献1至3以及非专利文献1至3所公开的波导路装置中，通过在行以及列方向上排列的多个导电性杆实现了人工磁导体。这样的杆是有时还被称作柱或销的突出部。这些波导路装置各自在整体上具有相对的一对导电板。一个导电板具有向另一导电板侧突出的脊部和位于脊部两侧的人工磁导体。脊部的上表面具有导电性，隔着间隙而与另一导电板的导电性表面相对。具有被包含在人工磁导体的传播截止频带中的波长的电磁波(信号波)在该导电性表面与脊部的上表面之间的空间(间隙)中沿着脊部传播。
在图1中示出了表示相互垂直的X、Y、Z方向的XYZ坐标。图1所示的波导路装置100包括相对且平行地配置的板状(板形状)的第1导电部件110以及第2导电部件120。在第2导电部件120上排列有多个导电性杆124。
另外，本申请的附图所示的结构物的朝向是考虑说明的理解容易度而设定的，并不对本公开的实施方式在实际实施时的朝向进行任何限制。并且，附图所示的结构物的整体或一部分的形状以及大小也不限制实际的形状以及大小。
如图2A所示，第1导电部件110在与第2导电部件120相对的一侧具有导电性表面110a。导电性表面110a沿着与导电性杆124的轴向(Z方向)垂直的平面(与 XY面平行的平面)二维扩展。该例中的导电性表面110a是平滑的平面，但是如后述，导电性表面110a无需是平面。
图3是示意性地示出处于为了容易理解将第1导电部件110与第2导电部件 120之间的间隔过大地分开的状态的波导路装置100的立体图。如图1以及图2A所示，在实际的波导路装置100中，第1导电部件110与第2导电部件120之间的间隔窄，第1导电部件110以覆盖第2导电部件120的所有导电性杆124的方式配置。
图1至图3只示出了波导路装置100的一部分。实际上，导电部件110、120、波导部件122以及多个导电性杆124还向图示部分的外侧扩展而存在。如后述，在波导部件122的端部设置有防止电磁波向外部空间泄漏的扼流结构。扼流结构例如包含与波导部件122的端部相邻配置的导电性杆的列。
再次参照图2A。排列在第2导电部件120上的多个导电性杆124分别具有与导电性表面110a相对的末端部124a。在图示的例中，多个导电性杆124的末端部 124a位于同一平面上。该平面形成人工磁导体的表面125。导电性杆124无需其整体具有导电性，只要杆状结构物的至少表面(上表面以及侧面)具有导电性即可。并且，只要第2导电部件120能够支承多个导电性杆124而实现人工磁导体，则无需其整体具有导电性。只要第2导电部件120的表面中的排列有多个导电性杆124 的一侧的面120a具有导电性，相邻的多个导电性杆124的表面通过导体而连接即可。换句话说，只要第2导电部件120以及多个导电性杆124的组合的整体具有与第1导电部件110的导电性表面110a相对的凹凸状的导电性表面即可。
在第2导电部件120上的多个导电性杆124之间配置有脊状的波导部件122。更详细地说，在波导部件122的两侧存在人工磁导体，波导部件122被两侧的人工磁导体夹住。由图3可知，该例中的波导部件122被导电部件120支承，并沿着Y 方向直线延伸。在图示的例中，波导部件122具有与导电性杆124的高度以及宽度相同的高度以及宽度。如后述，波导部件122的高度以及宽度也可以分别与导电性杆124的高度以及宽度不同。与导电性杆124不同地，波导部件122在沿着导电性表面110a引导电磁波的方向(在该例中为Y方向)上延伸。波导部件122也无需整体具有导电性，只要具有与第1导电部件110的导电性表面110a相对的导电性的波导面122a即可。第2导电部件120、多个导电性杆124以及波导部件122也可以是连续的单一结构体的一部分。而且，第1导电部件110也可以是该单一结构体的一部分。
在波导部件122的两侧，各人工磁导体的表面125与第1导电部件110的导电性表面110a之间的空间不传播具有特定频带内的频率的电磁波。这种频带称作“受限带”。人工磁导体被设计成在波导路装置100内传播的信号波的频率(以下，有时称作“工作频率”)包含于受限带。受限带能够根据导电性杆124的高度、即形成于相邻的多个导电性杆124之间的槽的深度、导电性杆124的直径、配置间隔以及导电性杆124的末端部124a与导电性表面110a之间的间隙的大小进行调整。
接下来，参照图4对图2A所示的结构中的各部件的尺寸、形状、配置等的例进行说明。波导路装置用于规定频带(称作“工作频带”)的电磁波的发送以及接收中的至少一方。在本说明书中，将在第1导电部件110的导电性表面110a与波导部件122的波导面122a之间的波导路中传播的电磁波(信号波)在自由空间中的波长的代表值(例如，与工作频带的中心频率对应的中心波长)设为λo。并且，将工作频带中的最高频率的电磁波在自由空间中的波长设为λm。将各导电性杆124中的与第2导电部件120接触的一端的部分称作“基部”。如图4所示，各导电性杆124 具有末端部124a和基部124b。各部件的尺寸、形状、配置等的例如下。
(1)导电性杆的宽度
导电性杆124的宽度(X方向以及Y方向的大小)能够设定成小于λm/2。若在该范围内，则能够防止在X方向以及Y方向上产生最低次的谐振。另外，不仅是X 方向以及Y方向，在XY截面的对角方向上也有可能引起谐振，因此优选导电性杆 124的XY截面的对角线的长度也小于λm/2。杆的宽度以及对角线的长度的下限值为能够通过加工方法制作的最小长度，并无特别限定。
(2)从导电性杆的基部至第1导电部件的导电性表面的距离
从导电性杆124的基部124b至第1导电部件110的导电性表面110a的距离能够设定成比导电性杆124的高度长且小于λm/2。在该距离为λm/2以上的情况下，在导电性杆124的基部124b与导电性表面110a之间产生谐振，失去信号波的锁定效应。
从导电性杆124的基部124b至第1导电部件110的导电性表面110a的距离相当于第1导电部件110与第2导电部件120之间的间隔。例如，在作为毫米波段的 76.5±0.5GHz的信号波在波导路中传播的情况下，信号波的波长在3.8934mm至3.9446mm的范围内。因而，在该情况下，λm为3.8934mm，因此第1导电部件110 与第2导电部件120之间的间隔能够设定成比3.8934mm的一半小。若第1导电部件 110与第2导电部件120以实现这样的窄间隔的方式相对配置，则第1导电部件110 与第2导电部件120无需严格地平行。并且，若第1导电部件110与第2导电部件 120之间的间隔小于λm/2，则第1导电部件110和/或第2导电部件120的整体或一部分也可以具有曲面形状。另一方面，第1导电部件110以及第2导电部件120 的平面形状(与XY面垂直地投影的区域的形状)以及平面大小(与XY面垂直地投影的区域的大小)能够按照用途任意设计。
在图2A所示的例中，导电性表面120a是平面，但是例如如图2B所示，导电性表面120a也可以是截面为接近U字或V字的形状的面的底部。在导电性杆124或波导部件122具有宽度朝向基部扩大的形状的情况下，导电性表面120a成为这样的结构。在该例中，波导部件122以及多个导电性杆124分别在基部具有倾斜的侧面。波导部件122以及各导电性杆124的侧面在顶部的倾斜角度比在基部的倾斜角度小。即使是这样的结构，只要导电性表面110a与导电性表面120a之间的距离比波长λm的一半短，则图2B所示的装置也能够作为波导路装置发挥功能。
(3)从导电性杆的末端部至导电性表面的距离L2
从导电性杆124的末端部124a至导电性表面110a的距离L2设定成小于λ m/2。这是因为，在该距离为λm/2以上的情况下，产生电磁波在导电性杆124的末端部124a与导电性表面110a之间往返的传播模式，无法锁定电磁波。另外，关于多个导电性杆124中的至少与波导部件122相邻的导电性杆124，处于末端与导电性表面110a非电接触的状态。在此，导电性杆的末端与导电性表面非电接触的状态是指以下状态中的任一状态：在末端与导电性表面之间存在空隙的状态；或者在导电性杆的末端和导电性表面中的任一方存在绝缘层，并且导电性杆的末端与导电性表面隔着绝缘层接触的状态。
(4)导电性杆的排列以及形状
多个导电性杆124中的相邻的两个导电性杆124之间的间隙例如具有小于λm/2 的宽度。相邻的两个导电性杆124之间的间隙的宽度由从该两个导电性杆124中的一个导电性杆124的表面(侧面)至另一导电性杆124的表面(侧面)的最短距离定义。该杆之间的间隙的宽度被确定成在杆之间的区域不引起最低次的谐振。产生谐振的条件根据导电性杆124的高度、相邻的两个导电性杆之间的距离以及导电性杆124的末端部124a与导电性表面110a之间的空隙的容积的组合而确定。由此，杆之间的间隙的宽度依赖其他设计参数适当地确定。杆之间的间隙的宽度并无明确的下限，但是为了确保制造的容易度，在使毫米波段的电磁波传播的情况下，例如能够为λm/16以上。另外，间隙的宽度并非必须固定。只要小于λm/2，则导电性杆124之间的间隙也可以具有各种各样的宽度。
多个导电性杆124的排列只要发挥作为人工磁导体的功能，则并不限定于图示的例。多个导电性杆124无需排列成垂直的行状以及列状，行以及列也可以以90度以外的角度交叉。多个导电性杆124无需沿行或列排列在直线上，也可以不呈现简单的规律性而分散配置。各导电性杆124的形状以及大小也可以按照第2导电部件 120上的位置发生变化。
多个导电性杆124的末端部124a所形成的人工磁导体的表面125无需严格地为平面，也可以是具有微细的凹凸的平面或曲面。即，各导电性杆124的高度无需相同，在导电性杆124的排列能够作为人工磁导体发挥功能的范围内，每个导电性杆 124能够具有多样性。
导电性杆124并不限于图示的棱柱形状，例如也可以具有圆筒状的形状。而且，无需具有简单的柱状的形状。人工磁导体还能够通过导电性杆124的排列以外的结构实现，能够将多样的人工磁导体利用于本公开的波导路装置。另外，在导电性杆124的末端部124a的形状为棱柱形状的情况下，优选其对角线的长度小于λ m/2。在为椭圆形状时，优选长轴的长度小于λm/2。即使在末端部124a呈另一其他形状的情况下，也优选其跨度尺寸在最长的部分中小于λm/2。
导电性杆124(尤其是与波导部件122相邻的导电性杆124)的高度、即从基部 124b至末端部124a的长度能够设定成比导电性表面110a与导电性表面120a之间的距离(小于λm/2)短的值，例如λo/4。
(5)波导面的宽度
波导部件122的波导面122a的宽度、即波导面122a在与波导部件122延伸的方向垂直的方向上的大小能够设定成小于λm/2(例如λo/8)。这是因为，若波导面122a的宽度为λm/2以上，则在宽度方向上引起谐振，若引起谐振，则WRG不会作为简单的传输线路工作。
(6)波导部件的高度
波导部件122的高度(在图示的例中为Z方向的大小)设定成小于λm/2。这是因为，在该距离为λm/2以上的情况下，导电性杆124的基部124b与导电性表面 110a之间的距离为λm/2以上。同样地，关于导电性杆124(尤其是与波导部件122 相邻的导电性杆124)的高度，也设定成小于λm/2。
(7)波导面与导电性表面之间的距离L1
关于波导部件122的波导面122a与导电性表面110a之间的距离L1，设定成小于λm/2。这是因为，在该距离为λm/2以上的情况下，在波导面122a与导电性表面110a之间引起谐振，不会作为波导路发挥功能。在某一例中，该距离为λm/4以下。为了确保制造的容易度，在使毫米波段的电磁波传播的情况下，优选设为例如λm/16以上。
导电性表面110a与波导面122a之间的距离L1的下限以及导电性表面110a与导电性杆124的末端部124a之间的距离L2的下限依赖于机械工作的精度和将上下两个导电部件110、120以保持一定的距离的方式组装时的精度。在利用冲压加工方法或注射加工方法的情况下，上述距离的实际下限是50微米(μm)左右。在利用 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)制作例如太赫兹区域的产品的情况下，上述距离的下限是2～3μm左右。
接着，对具有波导部件122、导电部件110、120以及多个导电性杆124的波导路结构的变形例进行说明。以下的变形例还能够适用于后述的各实施方式中的任一部位的WRG结构。
图5A是示出只是波导部件122的作为上表面的波导面122a具有导电性且波导部件122的除波导面122a以外的部分不具有导电性的结构的例的剖视图。导电部件 110、120也同样地只是波导部件122所在的一侧的表面(导电性表面110a、120a) 具有导电性，其他部分不具有导电性。这样，波导部件122、导电部件110、120中的各个部件也可以并非整体具有导电性。
图5B是示出波导部件122未形成于导电部件120上的变形例的图。在该例中，波导部件122固定于对导电部件110、120进行支承的支承部件(例如，壳体的内壁等)。在波导部件122与导电部件120之间存在间隙。这样，波导部件122也可以不与导电部件120连接。
图5C是示出导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124分别在电介质的表面涂布有金属等导电性材料的结构的例的图。导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124彼此通过导电体连接。另一方面，导电部件110由金属等导电性材料构成。
图5D以及图5E是示出在导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124 各自的最表面具有电介质层110c、120c的结构的例的图。图5D示出用电介质层覆盖作为导体的由金属制成的导电部件的表面的结构的例。图5E示出导电部件120具有用金属等导体覆盖由树脂等电介质制成的部件的表面、再用电介质层覆盖该金属层的结构的例。覆盖金属表面的电介质层可以是树脂等涂覆膜，也可以是通过该金属的氧化而生成的钝态被膜等氧化被膜。
最表面的电介质层会增加通过WRG波导路传播的电磁波的损耗。但是，能够保护具有导电性的导电性表面110a、120a不腐蚀。并且，能够切断直流电压或无法通过WRG波导路传播的程度的低频率的交流电压的影响。
图5F是示出波导部件122的高度比导电性杆124的高度低且导电部件110的导电性表面110a中的与波导面122a相对的部分向波导部件122侧突出的例的图。即使是这样的结构，只要满足图4所示的尺寸的范围，则能够与上述的结构相同地工作。
图5G是示出在图5F的结构中还使导电性表面110a中的与导电性杆124相对的部分向导电性杆124侧突出的例的图。即使是这样的结构，只要满足图4所示的尺寸的范围，则能够与前述的例同样地工作。另外，也可以以导电性表面110a的一部分凹陷的结构来替代导电性表面110a的一部分突出的结构。
图6A是示出导电部件110的导电性表面110a具有曲面形状的例的图。图6B是示出使导电部件120的导电性表面120a也具有曲面形状的例的图。如这些例，导电性表面110a、120a并不限于平面形状，也可以具有曲面形状。具有曲面状的导电性表面的导电部件也相当于“板形状”的导电部件。
根据具有上述结构的波导路装置100，工作频率的信号波无法在人工磁导体的表面125与导电部件110的导电性表面110a之间的空间中传播，而是在波导部件 122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110a之间的空间中传播。与中空波导管不同地，这样的波导路结构中的波导部件122的宽度无需具有应传播的电磁波的半波长以上的宽度。并且，也无需由沿厚度方向(与YZ面平行)延伸的金属壁将导电部件110与导电部件120电连接。
图7A示意性地示出了在波导部件122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110a之间的间隙中的宽度较窄的空间中传播的电磁波。图7A中的三个箭头示意性地示出了所传播的电磁波的电场的朝向。所传播的电磁波的电场与导电部件 110的导电性表面110a以及波导面122a垂直。
在波导部件122的两侧分别配置有由多个导电性杆124形成的人工磁导体。电磁波在波导部件122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110a之间的间隙中传播。图7A是示意图，并未准确地示出电磁波实际形成的电磁场的大小。在波导面122a上的空间中传播的电磁波(电磁场)的一部分也可以从根据波导面122a的宽度而划分的空间向外侧(人工磁导体所在的一侧)横向扩展。在该例中，电磁波在与图7A的纸面垂直的方向(Y方向)上传播。这样的波导部件122无需沿着Y方向直线延伸，能够具有未图示的弯曲部和/或分支部。由于电磁波沿着波导部件122 的波导面122a传播，因此传播方向在弯曲部发生变化，传播方向在分支部分支为多个方向。
在图7A的波导路结构中，在所传播的电磁波的两侧不存在中空波导管中必不可少的金属壁(电壁)。因此，在该例中的波导路结构中，所传播的电磁波形成的电磁场模式的边界条件不包含“因金属壁(电壁)产生的约束条件”，波导面122a的宽度(X方向的大小)小于电磁波的波长的一半。
图7B中为了参考而示意性地示出了中空波导管330的截面。在图7B中用箭头示意性地示出了形成于中空波导管330的内部空间332的电磁场模式(TE10)的电场的朝向。箭头的长度与电场的强度对应。中空波导管330的内部空间332的宽度必须设定成比波长的一半宽。即，中空波导管330的内部空间332的宽度不可能设定成小于所传播的电磁波的波长的一半。
图7C是示出在导电部件120上设置有两个波导部件122的实施方式的剖视图。在这样相邻的两个波导部件122之间配置有由多个导电性杆124形成的人工磁导体。更准确地说，在各波导部件122的两侧配置有由多个导电性杆124形成的人工磁导体，各波导部件122能够实现独立地传播电磁波。
图7D为了参考而示意性地示出了并排配置有两个中空波导管330的波导路装置的截面。两个中空波导管330相互电绝缘。电磁波传播的空间的周围需要用构成中空波导管330的金属壁覆盖。因此，无法将电磁波传播的内部空间332的间隔比两张金属壁的厚度的总和还要缩短。两张金属壁的厚度的总和通常比所传播的电磁波的波长的一半长。因而，很难将中空波导管330的排列间隔(中心间隔)设成比所传播的电磁波的波长短。尤其在处理电磁波的波长为10mm以下的毫米波段或者其以下的波长的电磁波的情况下，很难形成足够薄于波长的金属壁。因此，在商业方面很难以现实的成本实现。
与此相比，包括人工磁导体的波导路装置100能够容易地实现使波导部件122 靠近的结构。因此，能够适宜地用于向多个天线元件靠近配置而成的阵列天线供电。
接着，对利用如上述的波导路结构的缝隙天线的结构例进行说明。“缝隙天线”是指作为天线元件具有一个或多个缝隙(还称作“贯通孔”)的天线装置。尤其是将作为天线元件具有多个缝隙的缝隙天线称作“缝隙阵列天线”或“缝隙天线阵列”。
图8A是示出能够辐射电场在X方向上振动的偏振波的缝隙天线200的例的立体图。图8B是示意性地示出图8A所示的缝隙天线200中的通过缝隙112的中心并与 XZ面平行的截面的一部分的图。该缝隙天线200中的缝隙112的长度方向与Y方向一致，缝隙112的中心在X方向上的位置与波导部件122的中心在X方向上的位置不同。另外，在此，为了简单而对第1导电部件110具有一个缝隙112时的结构进行说明。如后述，只要将缝隙112的数量设为两个以上，则能够实现缝隙阵列天线。
缝隙天线200包括第1导电部件110、第2导电部件120、波导部件122以及人工磁导体(在该例中，包含多个导电性杆124)。第1导电部件110具有平面或曲面形状的第1导电性表面110a。第1导电部件110具有缝隙112。第2导电部件 120具有与第1导电性表面110a相对的第2导电性表面120a。波导部件122具有与第1导电部件110的第1导电性表面110a相对的条形状的导电性的波导面122a。在本说明书中，“条形状”并不指条纹(stripes)形状，而是指单一的条(a stripe)形状。不仅是在一个方向上直线延伸的形状，中途弯曲或分支的形状也包含于“条形状”。还有时将“条形状”称作“带形状”。
人工磁导体在第1导电部件110与第2导电部件120之间至少位于波导部件 122的两侧。与波导部件122相邻并作为人工磁导体发挥功能的多个导电性杆124 配置于波导部件122的两侧。
缝隙天线200用于规定频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方。在将该规定频带的电磁波中的频率最高的电磁波在自由空间中的波长设为λm时，波导部件 122的宽度、各导电性杆124的宽度、相邻的两个导电性杆124之间的空间的宽度、第1导电性表面110a与第2导电性表面120a之间的距离以及与波导部件122 相邻的导电性杆124与波导部件122之间的空间的宽度小于λm/2。
缝隙112是形成于第1导电部件110的贯通孔，是第1导电部件110中的被导电性的内壁面包围的区域。如图8B所示，缝隙112具有贯通第1导电部件110并向第1导电性表面110a开口的开口112a。开口112a是指在缝隙112中视为位于与第 1导电性表面110a相同的平面内的部分。缝隙112的开口112a具有由直线(线段)或曲线(包含多个线段的组合)规定的长度和作为与长度方向垂直的方向的尺寸的宽度。另外，规定开口112a的长度的直线或曲线并不指开口112a的缘的直线部分或曲线部分，而是指将开口的宽度方向的中央部从开口的一端连接至另一端的假想的直线或曲线。在如图示那样呈直线状延伸的I型缝隙112中，开口的长度与该直线的长度相等。如后述，缝隙112也可以具有I形状以外的形状。
图8A的例中的缝隙112的Y方向的长度被设定为比信号波在自由空间中的中心波长λo的一半长的值。在满足该条件时，波长λo的电磁波能够通过缝隙112。具有这样的缝隙112的缝隙天线200能够发送或接收电场在与波导部件122所延伸的方向(Y方向)垂直的方向(X方向)上振动的电磁波。
图8C是示出缝隙112与波导部件122以及多个导电性杆124之间的配置关系的俯视图。图8C示出了从第1导电部件110的导电性表面110a的法线方向观察缝隙 112时的状况。在图8C中，用虚线示出了位于第1导电部件110的背面侧(-Z方向侧)的波导部件122以及多个导电性杆124。波导部件122的波导面122a具有规定波导面122a的宽度的两个缘122b1、122b2。在该例中，在从第1导电性表面110a 的法线方向观察的情况下，缝隙112的开口的宽度方向与波导面122a的宽度方向一致(均为X方向)。缝隙112的开口整体在波导面122a的一个缘122b1的外侧(图 8C中为左侧)与第2导电部件120的第2导电性表面120a相对。在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，缝隙112的开口与波导面122a的两个缘 122b1、122b2中的任一个均不交叉地靠近一个缘122b1。
缝隙天线200与未图示的电子电路(例如毫米波集成电路)连接。在发送时，从该电子电路向波导部件122的波导面122a与第1导电部件110的导电性表面 110a之间的波导路供给电磁波(信号波)。
图8D是示意性地示出在发送时或接收时的某一瞬间形成于缝隙112的内部的电场的例的图。图中的箭头表示电场的朝向，箭头的长度与电场的强度对应。缝隙 112具有在X方向上短且在Y方向上长的I形状，缝隙112的中心在X方向上的位置比波导面122a的中心的位置靠-X侧。形成于缝隙112的内部的电场的振动方向与缝隙112的内壁面垂直，越靠近中央，振幅越大。因此，在缝隙112的中央附近形成了在波导面122a的宽度方向(X方向)上振动的电场。即，能够发送或接收在 X方向上具有较强的电场分量的电磁波。在将X方向设为水平方向且将Y方向设为铅垂方向的情况下，能够发送或接收水平方向的偏振波。
在该例中，缝隙112的开口整体与第2导电性表面120a相对。不限于这样的结构，也可以仅使缝隙112的开口的一部分与第2导电性表面120a相对。
图9A是示出只是缝隙112的一部分与第2导电性表面120a相对的例的俯视图。在该结构中，缝隙112位于比图8C所示的配置靠+X侧的位置处。其结果是，缝隙112的一部分与第2导电性表面120a相对，缝隙112的其他一部分与波导面 122a相对。即使是这样的缝隙112的配置，也能够发送或接收电场在X方向上振动的电磁波。
图9B是示出只是缝隙112的一部分与第2导电性表面120a相对的其他例的俯视图。在该例中，俯视时，缝隙112的长度方向与波导面122a所延伸的方向(Y方向)交叉。缝隙112的长度方向和波导面122a所延伸的方向形成的角度比45度小。缝隙112具有在从导电性表面110a、120a的法线方向观察的情况下与第2导电性表面120a重合的部分、与波导面122a重合的部分以及与导电性杆124重合的部分。被发送或接收的电磁波的电场的主要方向是从波导面122a的宽度方向(X方向)以小于45度的角度交叉的方向，并不是X方向其本身。但是，即使在该情况下，也能够发送或接收与波导面122a所延伸的方向(Y方向)相比在波导面122a 的宽度方向(X方向)上具有较强的电场分量的电磁波。
如以上，在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，缝隙112的长度方向与波导面122a所延伸的方向以小于45度的角度交叉，并且缝隙112的开口的中心位于波导面122a的中心线的X方向侧。通过这样的结构，能够进行X方向的电场分量比Y方向的电场分量大的电磁波的发送以及接收中的至少一方。
在以上的例中，缝隙112的形状为I形状，但是缝隙112也可以是其他形状。在本公开的实施方式中，只要满足以下条件(1)～(3)，则缝隙的形状以及配置的方式是任意的。
(1)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，缝隙112的开口至少在开口的长度方向上的中央部包含开口的宽度方向和波导面122a的宽度方向所形成的角度小于45度的部分(称作“小角度部”)。
(2)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部的至少一部分在波导面122a的两个缘中的一方的外侧与第2导电性表面120a重合。
(3)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部与波导面 122a的两个缘中的其一方交叉，并且与两个缘中的另一方不交叉，或者从两个缘中的其一方隔着比波导面122a的宽度短的距离而存在。
图10A至图10E示出了能够在缝隙天线200中使用的缝隙112的开口的形状的几个例。在这些图中，箭头表示缝隙112的开口的长度方向。箭头的长度表示缝隙 112的开口的长度。各例中的缝隙112的开口具有由直线(线段)或曲线(包含多个线段的组合)规定的长度和作为与长度方向垂直的方向的尺寸的宽度。在以下说明中，有时将缝隙112的开口简称为缝隙112。在任一例中，缝隙112的长度均被设定为不会引起高次谐振并且缝隙阻抗不会变得过小的值。在缝隙天线200的工作频带的中心频率的电磁波在自由空间中的波长设为λo时，缝隙112的长度典型地被设定为比λo/2大且小于λo的值。
图10A示出了目前为止说明的I形状的缝隙112的例。在I形状的缝隙112 中，由连接缝隙112的两端的线段规定长度。无论在长度方向的任何位置处，宽度方向都恒定。缝隙112的两端可以带圆角，也可以平坦。也可以使用类似于椭圆的形状或矩形形状的I型缝隙。在使用I型缝隙112的情况下，以缝隙112的开口整体相当于“小角度部”的方式配置。即，I型缝隙112在开口整体以宽度方向和波导面122a的宽度方向所形成的角度小于45度的方式配置。
图10B示出了根据U字形曲线(在该例中为三个线段的组合)定义长度的缝隙 112的一例。该例中的缝隙112包含平行的一对直线状部分和连接该两个直线状部分的端部彼此的其他直线状部分。使图10B所示的缝隙112向顺时针方向旋转90度而得的形状类似于字母“U”。因此，在本说明书中，有时将这样的缝隙112称作“U型缝隙”。在使用U型缝隙的情况下，以相当于中央部的底部(在图10B中为右侧的直线状部分)相当于“小角度部”的方式配置。
图10C示出了根据倒Z字形曲线(在该例中为三个线段的组合)定义长度的缝隙112的一例。也可以使用使图10C所示的缝隙左右反转并根据Z字形曲线定义长度的缝隙。在本说明书中，有时将这样的缝隙112称作“Z型缝隙”。Z型缝隙也包含平行的一对直线状部分和连接该两个直线状部分的端部彼此的其他直线状部分。在使用Z型缝隙的情况下，以中央的直线状部分相当于“小角度部”的方式配置。
图10D示出了具有类似于字母“H”的形状的缝隙112的一例。这样的缝隙112 包含平行的一对直线状部分和连接一对直线状部分的中央部彼此的其他直线状部分。有时将这样的缝隙112称作“H型缝隙”。H型缝隙112的长度由平行的一对直线状部分的长度之和的一半同该一对直线状部分的中心间距离之和而定义。在H型缝隙中，以中央的直线状部分相当于“小角度部”的方式配置。
图10E示出了由圆弧状的曲线定义长度的缝隙112的一例。也可以使用除圆弧以外的曲线规定长度的缝隙。有时将这样的缝隙112称作“曲线状缝隙”。在不包含直线状部分的曲线状缝隙中，宽度方向根据沿长度方向的位置而连续性地发生变化。在使用曲线状缝隙112的情况下，也以中央部分中的宽度方向和波导面122a的宽度方向所形成的角度小于45度的方式配置。
接着，参照图11A至图11E对缝隙112与波导面122a之间的配置关系的几个例进行说明。在图11A至图11E中，用阴影线示出了缝隙112的开口的小角度部。图 11A至图11E均为从第1导电性表面110a的法线方向观察的图。为了易于观察，省略了缝隙112以及波导面122a以外的要素的图示。
图11A示出了缝隙112为U型且缝隙112的开口的一部分与波导面122a相对的例。在从第1导电性表面110a的法线方向(与波导面122a的法线方向相同)观察的情况下，该例中的缝隙112的小角度部112s与波导面122a的两个缘中的一方交叉，并且与另一缘不交叉。小角度部112s的一部分与波导面122a相对，其他一部分与第2导电性表面120a相对。在该例中，发送或接收电场在从波导面122a的宽度方向倾斜小于45度的角度的方向上振动的偏振波。
图11B示出了缝隙112为U型且缝隙112的开口整体与波导面122a不相对的例。在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，该例中的缝隙112的小角度部112s与波导面122a的两个缘中的任一个均不交叉地与两个缘中的一方接触。小角度部112s整体与第2导电性表面120a相对。由于小角度部112s的宽度方向与波导面122a的宽度方向一致，因此发送或接收电场在该方向上振动的偏振波。
图11C示出了缝隙112为曲线状(或月牙状)缝隙且缝隙112的开口的一部分与波导面122a相对的例。在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，该例中的缝隙112的小角度部112s与波导面122a的两个缘中的一方交叉，与另一方不交叉。小角度部112s的一部分与波导面122a相对，其他一部分与第2导电性表面120a相对。在该例中，在缝隙112的中央部附近发送或接收电场在靠近波导面 122a的宽度方向的方向上振动的电磁波。
图11D示出了缝隙112为Z型缝隙且只是缝隙112的开口的端部与波导面122a 相对的例。在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部112s在波导面122a的两个缘中的一方的外侧与第2导电性表面120a重合。小角度部112s 从两个缘中的一方隔着比波导面122a的宽度W短的距离D而存在。这样，俯视时，小角度部112s也可以远离波导面122a而存在。但是，若过于远离，则无法在缝隙 112内形成足够强度的电磁场。因此，在图11D的例中，俯视时，使小角度部112s 与波导面122a的较近的一侧的缘之间的距离D比波导面122a的宽度W短。只要满足这样的条件，则能够避免缝隙112内的电磁场的强度变得极小。在本说明书中，小角度部112s与波导面122a的一个缘之间的距离D是指小角度部112s的区域中的与该缘之间的距离最短的部位同该缘之间的距离。在使用图11D的缝隙112的情况下，在小角度部112s的中央部附近发送或接收电场在以小于45度的角度与波导面 122a的宽度方向交叉的方向上振动的偏振波。
图11E示出了缝隙112为H型缝隙且缝隙112的开口跨越波导面122a的两个缘而配置的例。在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部112s 与波导面122a的两个缘中的一方交叉，与另一方不交叉。但是，缝隙112的开口的除小角度部112s以外的部分(两个端部)与波导面122a的两个缘这两者交叉。即使是这样的结构，也能够在缝隙112的中央部发送或接收电场在波导面122a的宽度方向上振动的偏振波。
如以上，能够在本公开的实施方式中使用的缝隙112的形状以及配置有各种各样。通过满足上述条件(1)～(3)，能够进行电场在波导面122a的宽度方向或从该方向以小于45度的角度交叉的方向上振动的偏振波的发送以及接收中的至少一方。
接着，对具有多个缝隙的缝隙天线(缝隙阵列天线)的结构例进行说明。
图12是示意性地示出具有沿波导面122a配置的多个缝隙112的缝隙阵列天线200A的结构例的立体图。图13是示出该例中的多个缝隙112与波导面122a以及多个导电性杆124之间的配置关系的俯视图。在该例中，第1导电部件110具有：位于波导面122a的两个缘中的一个缘122b1侧的多个缝隙112；以及位于两个缘中的另一缘122b2侧的多个缝隙112。在以下说明中，有时将前者的多个缝隙称作“第1 种缝隙”，将其集合称作“第1缝隙组”。有时将后者的多个缝隙称作“第2种缝隙”，将其集合称作“第2缝隙组”。多个缝隙112分别具有I形状。各缝隙112 的长度方向与波导部件122所延伸的方向(Y方向)一致。各缝隙112的开口整体与第2导电性表面120a相对，与波导面122a以及多个导电性杆124的末端部不相对。换句话说，在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，各缝隙112的开口与波导部件122以及人工磁导体不重合。
在该例中，多个第1种缝隙和多个第2种缝隙交替排列。换句话说，关于沿波导面122a的方向(Y方向)，第2种缝隙位于多个第1种缝隙中的在Y方向上相邻的两个第1种缝隙之间。同样地，关于Y方向，第1种缝隙位于多个第2种缝隙中的在Y方向上相邻的两个第2种缝隙之间。能够将这样的缝隙112的配置称作“交错配置”(staggered Arrangement)。
多个缝隙112中的相邻的两个缝隙的Y方向的中心间隔被设定为λg/2。在此，λg是缝隙阵列天线200A的工作频带中的中心频率的电磁波(自由空间波长为λ o)在波导面122a与第1导电性表面110a之间的波导路中传播时的波长。通过将相邻的两个缝隙112的Y方向的中心间隔设为λg/2，在发送信号波时，能够使信号波在相邻的两个缝隙112的位置处的相位错开半波长(180度或π)。其结果是，能够从多个缝隙112辐射电场在同一方向上振动的电磁波。换句话说，能够从多个缝隙112辐射相位一致的电磁波。
另外，在沿波导部件122的方向(Y方向)上相邻的两个缝隙112的Y方向的中心间隔并非必须是λg/2。只要在Y方向上最近的两个第1种缝隙之间的距离以及最近的两个第2种缝隙之间的距离为λg的整数倍，在Y方向上最近的第1种缝隙与第2种缝隙之间的距离是λg的半整数倍，则能够获得相同的效果。并且，根据用途，也可以不严格地满足这些距离的条件。例如，也可以使在Y方向上最近的两个第1种缝隙之间的距离以及最近的两个第2种缝隙之间的距离是某一距离a(a为 0.5λo以上且小于1.5λo)的整数倍，使在Y方向上最近的第1种缝隙与第2种缝隙之间的距离是距离a的半整数倍。
根据这样的结构，能够实现分别从多个缝隙112发送电场在波导面122a的宽度方向上振动且相位一致的电磁波的阵列天线。因此，能够实现例如在将X方向设为水平方向且将Y方向设为铅垂方向时能够收发电场在水平方向上振动的偏振波的高增益的阵列天线。
上述的缝隙112的形状、配置以及数量是一例，能够进行各种各样的变形。以下，例示变形例。
图14A示出了各缝隙112的一部分与波导面122a相对的例。即使是这样的配置，也能够发送或接收电场在X方向上振动的偏振波。
图14B示出了各缝隙112的长度方向从波导面122a所延伸的方向(Y方向)以小于45度的角度倾斜的例。根据这样的配置，能够发送或接收电场在从X方向倾斜的方向上振动的偏振波。
在以上的例中，各缝隙112的形状是I形状，但是各缝隙112也可以是其他形状。只要多个缝隙112中的配置于波导面122a的一个缘122b1侧的第1种缝隙满足前述的条件(1)～(3)即可。另一方面，只要配置于波导面122a的另一缘122b2 侧的第2种缝隙满足以下条件(1’)～(3’)即可。
(1’)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，缝隙112的开口至少在开口的长度方向的中央部包含开口的宽度方向和波导面122a的宽度方向所形成的角度比45度小的部分(小角度部)。
(2’)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部的至少一部分在波导面122a的两个缘中的另一缘122b2的外侧(图14中的右侧)与第2 导电性表面120a重合。
(3’)在从第1导电性表面110a的法线方向观察的情况下，小角度部与波导面122a的两个缘中的另一缘122b2交叉，并且与两个缘中的一个缘122b1不交叉，或者从两个缘中的另一缘122b2隔着比波导面122a的宽度短的距离而存在。
条件(1’)～(3’)与条件(1)～(3)大致相同，但是缝隙112与波导面 122a的两个缘之间的位置关系不同。
以下，例示缝隙112的形状以及配置的其他几个例。
图15A示出了各缝隙112具有U形状的例。图15B示出了各缝隙112具有Z形状的例。图15C示出了各缝隙112具有H形状的例。图15D示出了各缝隙112具有曲线形状的例。在图15A至图15D中的任一例中，相邻的两个缝隙112的Y方向的中心间距离均被设定为λg/2。但是，根据用途，还有时被设定为λg/2以外的值。各缝隙112的中央部的宽度方向与波导面122a的宽度方向(X方向)大体一致。因此，能够发送或接收在X方向上具有较强的电场分量的电磁波。在图15A至图15D 所示的各例中，也可以稍微改变各缝隙112的X方向的位置而使中央附近的小角度部与波导面122a相对。并且，也可以使各缝隙112绕与Z轴平行的轴线旋转而发送或接收电场在从X方向倾斜的方向上振动的偏振波。
接着，对具有多个波导部件的缝隙阵列天线的例进行说明。
图16是示意性地示出具有多个波导部件122的缝隙阵列天线的结构的俯视图。图16示出了多个缝隙112与多个波导部件122以及多个导电性杆124之间的配置关系。该例中的缝隙阵列天线具有包含相邻的两个波导部件122的多个波导部件。波导部件122的数量并不限于图示的两个，还可以是多个。
在以下说明中，有时将图16所示的两个波导部件122中的左侧的波导部件122 称作“第1波导部件”，将右侧的波导部件122称作“第2波导部件”。第1导电部件110具有沿第1波导部件排列的多个缝隙112和沿第2波导部件排列的多个缝隙112。
根据这样的结构，能够实现二维配置有多个缝隙112的缝隙阵列天线。能够从各缝隙112发送或接收在X方向或从X方向以小于45度的角度倾斜的方向上具有较强的电场分量的电磁波。
接着，对具有多个波导部件122的缝隙阵列天线的实施方式进行说明。
图17A是从+Z方向观察基于例示性的实施方式的缝隙阵列天线300的俯视图。图17B是图17A的B-B线剖视图。缝隙阵列天线300包括第1导电部件110、第2 导电部件120、第3导电部件130、第2导电部件120上的多个波导部件122U以及多个导电性杆124U、第3导电部件130上的波导部件122L以及多个导电性杆 124L。第1导电部件110、第2导电部件120、第3导电部件130依次隔着间隙而层叠。在图17B中，为了容易理解，用阴影线示出了多个波导部件122U、122L。
第1导电部件110具有正面侧的第1导电性表面110b和背面侧的第2导电性表面110a。第2导电部件120具有与第2导电性表面110a相对的正面侧的第3导电性表面120a和该第3导电性表面120a的相反侧的第4导电性表面120b。第3导电部件130具有与第4导电性表面120b相对的正面侧的第5导电性表面130a。在此，“正面侧”是指辐射电磁波的一侧或电磁波入射的一侧，“背面侧”是指与正面侧相反的一侧。
在图示的缝隙阵列天线300中，第1波导路装置100a与第2波导路装置100b 层叠。第1波导路装置100a具有直接与多个缝隙112结合的多个波导部件122U。第2波导路装置100b具有与第1波导路装置100a的多个波导部件122U结合的波导部件122L。第2波导路装置100b的波导部件122L以及各导电性杆124L配置于第3 导电部件130上。第2波导路装置100b具有基本上与第1波导路装置100a的结构相同的结构。
如图17A所示，第1导电部件110具有在第1方向(Y方向)以及与第1方向交叉(在该例中为垂直)的第2方向(X方向)上排列的多个缝隙112。多个波导部件122U的波导面122a沿Y方向延伸。各波导部件122U的波导面122a与包含多个缝隙112中的在Y方向上排列的6个缝隙的第1缝隙组(相当于前述的第1种缝隙)以及包含在Y方向上排列的6个缝隙的第2缝隙组(相当于前述的第2种缝隙)结合。在该例中，导电部件110具有48个缝隙112，但是缝隙112的数量并不限定于该例。并且，各缝隙112的形状以及位置也并不限定于该例。相邻的两个波导面122a的中心间隔例如被设定为比波长λo短，更优选被设定为比波长λo/2 短。
图17C是示出第1波导路装置100a中的多个波导部件122U的平面布局的图。图17D是示出第2波导路装置100b中的波导部件122L的平面布局的图。由这些图可知，第1波导路装置100a中的各波导部件122U呈直线状延伸，不具有分支部和弯折部。另一方面，第2波导路装置100b中的波导部件122L具有分支部以及弯折部这两者。第2波导路装置100b中的“第2导电部件120”和“第3导电部件 130”的组合相当于第1波导路装置100a中的“第1导电部件110”和“第2导电部件120”的组合。
第1波导路装置100a中的各波导部件122U通过第2导电部件120所具有的端口(贯通孔)145U而与第2波导路装置100b中的波导部件122L结合。换句话说，在第2波导路装置100b的波导部件122L中传播的电磁波能够通过端口145U而到达第1波导路装置100a的波导部件122U，并在第1波导路装置100a的波导部件122U 中传播。此时，各缝隙112作为将在波导路中传播的电磁波朝向空间辐射的辐射元件发挥功能。相反，若在空间中传播的电磁波入射到缝隙112，则其电磁波与位于缝隙112的正下方的第1波导路装置100a的波导部件122U结合，并在波导部件 122U中传播。在波导部件122U中传播的电磁波还能够通过端口145U而到达第2波导路装置100b的波导部件122L，并在波导部件122L中传播。第2波导路装置100b 的波导部件122L能够经由第3导电部件130的端口145L而与位于外部的波导路装置或电子电路(例如高频电路)结合。在图17D中，作为一例示出了与端口145L连接的电子电路310。电子电路310并不限定于配置在特定的位置，也可以配置于任意的位置。电子电路310例如能够配置于第3导电部件130的背面侧(图17B中的下侧)的电路板。这样的电子电路310例如能够包含生成毫米波的MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit)等微波集成电路。电子电路 310除了包含微波集成电路之外，还可以包含其他电路，例如信号处理电路。这样的信号处理电路能够构成为执行具有缝隙天线阵列的例如雷达系统的动作所需的各种处理。电子电路310也可以包含通信电路。通信电路能够构成为执行具有缝隙天线阵列的通信系统的动作所需的各种处理。
能够将图17A所示的第1导电部件110称作“辐射层”。能够将图17C所示的第2导电部件120、多个波导部件122U以及多个导电性杆124U整体称作“激励层”。能够将图17D所示的第3导电部件130、波导部件122L以及多个导电性杆 124L整体称作“分配层”。或者，还能够将“激励层”和“分配层”统称为“供电层”。“辐射层”、“激励层”以及“分配层”能够分别通过加工一张金属板而批量生产。辐射层、激励层、分配层以及设置于分配层的背面侧的电子电路能够作为模块化的一个产品制造。
在该例中的阵列天线装置中，由图17B可知，板状的辐射层、激励层以及分配层被层叠。因此，整体实现了平坦并且低轮廓(low profile)的平板天线。例如，能够将具有图17B所示的截面结构的层叠结构体的高度(厚度)设为10mm以下。
根据图17D所示的波导部件122L，从第3导电部件130的端口145L至第2导电部件120的各端口145U(参照图17C)为止的沿波导路的距离全部相等。因此，从第3导电部件130的端口145L输入到波导部件122L的信号波以相同的相位分别到达至配置于第2波导部件122U的Y方向的中央的4个端口145U。其结果是，能够以相同的相位对配置于第2导电部件120上的4个波导部件122U进行激励。
另外，根据用途，无需使作为天线元件发挥功能的所有缝隙112以相同的相位辐射电磁波。从图17D所示的第3导电部件130的端口145L至图17C所示的第2导电部件120的多个端口145U为止的沿波导路的距离也可以彼此之间不同。激励层以及分配层中的波导部件122U、122L的网络模式是任意的，并不限定于图示的方式。
电子电路310经由图17C以及图17D所示的端口145U、145L与激励层中的各波导部件122U上的波导路连接。从电子电路310输出的信号波在分配层分支，之后在激励层中的多个波导部件122U上传播，并到达至多个缝隙112。为了使信号波的相位在X方向上相邻的两个缝隙112的位置处相同，能够被设计成例如从电子电路 310至在X方向上相邻的两个缝隙112为止的波导路的长度总和实质上相等。
在本实施方式中，在第2导电部件120上配置有4个波导部件122U，但是波导部件122U的数量也可以是一个以上的任意数量。能够根据波导部件122U的数量而确定第1导电部件110所具有的缝隙112的列数。在波导部件122U是单数的情况下，第1导电部件110也可以只具有与该波导部件122U结合的两列交错排列的缝隙 (第1缝隙组以及第2缝隙组)。这一点在以下实施方式中也相同。
接着，对本公开的其他实施方式进行说明。
图18A是示出基于本公开的其他实施方式的缝隙阵列天线300A的俯视图。图 18B是从-Y方向观察缝隙阵列天线300A的侧视图。该缝隙阵列天线300A包括隔着间隙而层叠的第1导电部件110、第2导电部件120以及第3导电部件130。在第2 导电部件120上配置有多个波导部件122U以及多个导电性杆124U。在第2导电部件120上也配置有多个波导部件122L以及多个导电性杆124L(例如参照图21A以及图21B)。第1导电部件110构成辐射层210。第2导电部件120和其上方的多个波导部件122U以及多个导电性杆124U构成激励层220。第3导电部件130和其上方的多个波导部件122L以及多个导电性杆124L构成分配层230。各导电部件110、 120、130例如能够加工金属板而成型。各导电部件110、120、130还能够对成型出的树脂(塑料)实施电镀而制成。
图19A是放大示出辐射层210以及激励层220的结构的一部分的剖视图。如图 19A所示，第2导电部件120上的波导部件122U的列和导电性杆124U的列沿X方向交替排列。在该例中，各波导部件122U的高度(即，Z方向上的尺寸)比各导电性杆的高度小。通过这样的结构，能够提高沿着各波导部件122U传播的信号波的分离度(isolation)。
图19B是放大示出辐射层210的一部分的图。构成辐射层210的第1导电部件 110具有多个缝隙112。多个缝隙112构成了多个缝隙列。
各缝隙列包含沿第1方向(Y方向)排列的第1缝隙组以及第2缝隙组。第1 缝隙组包含在Y方向上排列的多个缝隙112。第2缝隙组也同样地包含在Y方向上排列的多个缝隙112。第2缝隙组与第1缝隙组相邻。第1缝隙组中的各缝隙在Y 方向上的位置与第2缝隙组中的各缝隙在Y方向上的位置不同。在Y方向上，第1 缝隙组中的一个以上的缝隙的中心位于第2缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间。同样地，在Y方向上，第2缝隙组中的一个以上的缝隙的中心位于第1缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间。在图18A的例中，第1缝隙组在Y方向上的位置从第2 缝隙组在Y方向上的位置偏离相当于波导路内的电磁波的波长的一半的长度。第1 缝隙组以及第2缝隙组的排列是前述的“交错排列”。
在图19B中用虚线示出了最靠近第1缝隙组以及第2缝隙组的波导部件的波导面的中心线C。如图19B的例，从中心线C至缝隙为止的距离也可以按照每个缝隙而不同。在图19B的例中，缝隙随着靠近缝隙的列的端部而靠近波导面的中心线 C。并且，缝隙的形状和宽度也无需相同，也可以根据缝隙列中的位置而适当地改变。通过在第1缝隙组、第2缝隙组中追加这样的特征，能够调节缝隙天线的辐射图案。另外，在缝隙与中心线C之间的距离根据缝隙组中的位置而不同的情况下，构成其缝隙组的缝隙所排列的方向与波导面所延伸的方向并不严格地一致。但是，在缝隙列的位置的偏离小于波导面的宽度的两倍的情况下，在本说明书中设成缝隙沿波导面所延伸的方向排列的状态。
第1导电部件110的正面侧的第1导电性表面110b具有规定在X方向上排列的多个喇叭状部114的形状。各喇叭状部114具有沿第1方向(Y方向)延伸的结构。各喇叭状部114包含从第1导电性表面110b立起并沿第1方向延伸的导电性的一对壁面114a(以下，还称作导电壁114a)。在从与第1导电性表面110b垂直的方向观察时，第1缝隙组以及第2缝隙组位于一对壁面114a之间。在该例中，多个喇叭状部114分别容纳多个缝隙列。即，各喇叭状部114容纳第1缝隙组以及第2 缝隙组。在此，“容纳”表示通过喇叭状部114所具有的导电壁包围。
多个喇叭状部114在第2方向(X方向)上排列。在图18A的例中，排列有8 列喇叭状部114。通过这样的结构，能够从多个喇叭状部114内的缝隙112辐射不同相位的电磁波。
如图19B所示，各喇叭状部114具有沿长度方向延伸的一对导电壁114a。各导电壁114a呈阶梯状(山形)成型。导电壁114a的形状并不限于阶梯状，例如也可以是倾斜的平面状。
在各喇叭状部114的底部设置有多个缝隙112(第1缝隙组以及第2缝隙组)。本实施方式中的各缝隙112的开口形状是矩形，其长度方向与Y方向一致。但是，无需是这样的形状、配置，能够根据所需的天线特性而适当地调整。
图20A是示出激励层220的俯视图。图20B是放大示出激励层220的一部分的立体图。图20C是放大示出激励层220的一部分的俯视图。激励层220包含第2导电部件120和其上方的多个波导部件122U以及多个导电性杆124U。第2导电部件 120在各波导部件122U的中央部具有成为馈入点的端口145U(贯通孔)。以下，有时将端口145U称作“供电缝隙”。各端口145U的开口具有由沿X方向延伸的横向部分和从横向部分的两端沿Y方向延伸的一对纵向部分构成的形状。在该例中，一对纵向部分从横向部分的两端相互朝向相反的方向延伸。多个波导部件122U在X方向上排列。各波导部件122U的波导面在端口145U的附近以及波导面的两端部的附近具有多个凹部(缺口)。这些凹部的位置以及深度为了获得所期望的辐射特性或接收特性而适当地设计。多个导电性杆124U构成了沿多个波导部件122U排列的多个杆列。在该例中，在相邻的两个波导部件122U之间配置有一个杆列。
如图20B所示，从+Z方向观察时，各导电性杆124U的形状是矩形状。与该形状是正方形状的情况相比，各杆124U的在Y方向上的尺寸小。并且，在Y方向上排列的相邻的两个杆124U之间的间隙的宽度能够被设定为例如λm/10以下的范围。其结果是，各杆124U的Y方向上的配置周期(相邻的杆的中心间距离)能够被设定为λm/9以上且小于λm/5的值。即使是这样的配置间隔，也能够防止沿着波导部件 122U传播的高频信号的泄漏。
图20D是用于对第2导电部件120的端口145U与第1导电部件110中的第1缝隙组中所包含的缝隙112A以及第2缝隙组中所包含的缝隙112B之间的位置关系进行说明的图。如图示，在从与波导部件122U的波导面垂直的方向(+Z方向)观察时，第1缝隙组中的各缝隙112A的中心位于连接波导面的中心的线C(称作“中心线”)的一侧(图中左侧)，第2缝隙组中的各缝隙的中心位于波导面的中心线C 的另一侧(图中右侧)。该位置关系还能够表示中心线C通过第1缝隙组中的各缝隙的中心所形成的列与第2缝隙组中的各缝隙的中心所形成的列之间。在从+Z方向观察时，第1缝隙组以及第2缝隙组中的各缝隙的中心与波导面的中心线C之间的距离比波导面的中心线C与最靠近该中心线C的导电性杆124U的中心之间的距离短。同样地，在从+Z方向观察时，端口145U的中心位于第1缝隙组中所包含的缝隙112A与第2缝隙组中所包含的缝隙112B之间。更具体地说，在从与波导面垂直的方向观察时，端口145U的中心位于第1缝隙组所分布的区域的中央部与第2缝隙组所分布的区域的中央部之间。在本实施方式中，端口145U与任一缝隙都不重合，但是也可以与这些缝隙中的至少一方重合。
如图20D所示，在该例中，各端口145U的开口具有包含以下部分的形状，以下部分分别是：沿与第1方向(Y方向)交叉的第2方向(X方向)延伸的横向部分 145l；与横向部分145l的一端连接并沿Y方向延伸的第1纵向部分145t1；以及与横向部分145l的另一端连接并沿Y方向延伸的第2纵向部分145t2。另外，纵向部分145t1、145t2所延伸的方向也可以与横向部分145l所延伸的方向不垂直。若将第1方向(+Y方向)设为正方向，并将与第1方向相反的方向(-Y方向)设为负方向，则第1纵向部分145t1的正方向侧的端部145p1比第1纵向部分145t1的负方向侧的端部145n1靠近横向部分145l。并且，第2纵向部分145t2的负方向侧的端部145n2比第2纵向部分145t2的正方向侧的端部145p2靠近横向部分145l。第1 纵向部分145t1的正方向侧的端部145p1与第1缝隙组中的最靠近横向部分145l的缝隙112A的中心之间的距离比第1纵向部分145t1的负方向侧的端部145n1与第1 缝隙组中的最靠近横向部分145l的缝隙112A的中心之间的距离小。并且，第2纵向部分145t2的负方向侧的端部145n2与第2缝隙组中的最靠近横向部分145l的缝隙112B的中心之间的距离比第2纵向部分145t2的正方向侧的端部145p2与第2缝隙组中的最靠近横向部分145l的缝隙112B的中心之间的距离小。
在图20D的例中，第1纵向部分145t1的第1方向(Y方向)上的位置与第2 缝隙组中所包含的缝隙112B在Y方向上的位置是部分重合，第2纵向部分145t2的 Y方向上的位置的与第1缝隙组中所包含的缝隙112A在Y方向上的位置是部分重合。并不限定于这样的结构，也可以以第1纵向部分145t1以及第2纵向部分 145t2中的至少一方在Y方向上的位置与第1缝隙组以及第2缝隙组中所包含的至少一个缝隙在第1方向上的位置至少是部分重合的方式配置各缝隙以及贯通孔。
在本实施方式中，在从+Z方向观察时，各缝隙112的开口的形状是沿Y方向延伸的矩形形状(I型形状)，但是也可以是如图10A至图10E中例示的其他形状。关于各缝隙112的配置，也并不限定于图示的例。例如参照图11A至图11E进行说明，能够进行各式各样的配置。在本公开的实施方式中，第1缝隙组以及第2缝隙组中所包含的各缝隙的开口的至少中央部具有沿Y方向或从Y方向倾斜了小于45度的角度的方向延伸的形状。通过这样的结构，能够辐射与X方向的电场分量比Y方向的电场分量大的电磁波。还无需使多个缝隙112的朝向全部一致。还可以是多个缝隙112的朝向根据所期望的辐射特性或接收特性而各不相同的方式。并且，也可以使第1缝隙组以及第2缝隙组各自中所包含的多个缝隙沿Y方向非等间隔排列。
在从与波导面垂直的方向观察时，各端口145U位于对应的波导部件122U的中央部，并位于第1缝隙组的中央部与第2缝隙组的中央部之间。各端口145U的位置也可以偏离波导部件122U的中央部。
图21A是示出分配层230的结构的俯视图。图21B是放大示出分配层230的一部分的图。分配层230中的第3导电部件130具有多个端口145L(贯通孔)。该例中的端口145L的数量是八个。这些端口145L在Y方向上的位置交替错开，并且沿 X方向排列。
在第3导电部件130的导电性表面130a上配置有多个波导部件122L以及多个导电性杆124L。多个波导部件122L的端部分别与多个端口145L连接。多个波导部件122L分别独立并具有一个以上的弯折部。这些波导部件122L相互以不同长度的路径从端口145L延伸至第2导电部件120中的与对应的端口145U相对的位置。通过这样的结构，能够将不同相位的电磁波供给到第2导电部件120的多个端口 145U。
多个导电性杆124L沿X方向以及Y方向二维排列。这些导电性杆124L包围各端口145L以及各波导部件122L。各端口145L经由未图示的波导路与包含MMIC等微波集成电路的电子电路的端子连接。即，电子电路经由多个端口145L与波导部件 122L跟第2导电部件120之间的波导路连接。另外，连接电子电路与波导路的结构例如公开于美国专利申请第15/996795、美国专利申请第16/022893、美国专利申请第16/145491、美国专利申请第16/170172、美国专利申请第16/234749以及国际专利申请公开第2018/105513。将这些文献的公开内容全部引用于本申请说明书中。
如图21B所示，各波导部件122L在弯折部具有凹部。并且，在各波导部件 122L中的与端口145L连接的一个端部存在缺口。各波导部件122L还具有一个以上的凸部。这些凹部以及凸部为了使各波导部件122L与第2导电部件120之间的波导路的阻抗和第2导电部件120的端口145U的阻抗匹配而设置。通过这些凹部以及凸部，能够抑制信号波的反射。
图22A是将缝隙阵列天线300A利用第2导电部件120中的通过一个波导部件 122U的中心并与YZ面平行的平面剖切时的剖视图。图22B是放大示出图22A所示的结构的一部分的图。波导部件122U通过端口145U分割成两个部分。将该两个部分称作第1脊部122U1以及第2脊部122U2。第1脊部122U1以及第2脊部122U2 分别具有隔着端口145U而相互相对的一对导电性的端面122e。第1脊部122U1以及第2脊部122U2中的一对端面122e以及端口145U规定中空波导路(hollow waveguide)。第1缝隙组以及第2缝隙组中的缝隙中的沿第1脊部122U1排列的一部分缝隙经由第1脊部122U1的波导面与第1导电部件110的背面侧的第2导电性表面之间的第1波导路与端口145U内的波导路以及其下层的波导路连接。同样地，第1缝隙组以及第2缝隙组中的缝隙中的沿第2脊部122U2排列的剩余的缝隙经由第2脊部122U2的波导面与第1导电部件110的背面侧的第2导电性表面之间的第 2波导路与端口145U内的波导路以及其下层的波导路连接。该例中的下层的波导路是形成于波导部件122L的波导面与第2导电部件120的背面侧的第4导电性表面之间的脊形波导路。端口145U的下层的波导路并不限于脊形波导路，也可以是中空波导管等其他波导路。
根据本实施方式，各缝隙列的馈入点只位于该缝隙列的中途(例如中央)的一个部位。通过端口145U，从第1缝隙组以及第2缝隙组的排列的中央的一个部位朝向第1缝隙组以及第2缝隙组中的各缝隙供电。能够从各缝隙辐射从作为供电缝隙的端口145U供给的电磁波作为横向偏振波或斜偏振波。与从缝隙列的两端供电的结构相比，能够简化装置结构。并且，与使用中空波导管的缝隙阵列天线相比，能够使装置小型化。因此，在使用例如毫米波这样的高频电磁波的情况下，也能够实现良好的辐射特性或接收特性。
接着，对本实施方式的变形例进行说明。
图23是示出本变形例中的缝隙阵列天线300B的图。图24A是示出本变形例中的激励层220的俯视图。图24B是放大示出本变形例中的激励层220的一部分的图。在本变形例中，与前述的实施方式之间的不同点在于，第2导电部件120中的多个端口145U的开口形状是H形状。其他方面与前述的实施方式相同。
图24C是用于对本变形例中的各部件的位置关系进行说明的图。在图24C中，用实线示出了激励层220中的波导部件122U、导电性杆124U以及端口145U。用点线示出了辐射层210中的缝隙122A、122B以及喇叭状部114的导电壁114a。用虚线示出了分配层230中的导电性杆124L。另外，在图24C中未示出分配层230中的波导部件122L。
该例中的端口145U的开口具有包含横向部分145l、第1纵向部分145t1以及第2纵向部分145t2的H形状。横向部分145l的一端位于第1纵向部分145t1的两端之间，横向部分145l的另一端位于第2纵向部分145t2的两端之间。
在该例中，交错配置的第1缝隙组中的缝隙112A以及第2缝隙组中的缝隙 112B与位于其下侧的供电用的端口145U稍微重合。并且，分配层230中的导电性杆124L与端口145U稍微重合。因此，在从+Z方向观察中央的缝隙112A、112B 时，如图23所示，能够确认端口145U的端部。在电磁波通过端口145U时，在其中央部产生较强的电场，在周边部只产生微小的电场。因此，即使在端口145U的端部与缝隙112A、112B的端部之间产生重合，也并不损害作为天线的功能。通过这样的结构，能够更自由地选择缝隙112A以及缝隙112B之间的配置间隔，能够改善缝隙阵列天线300B的指向性。如该例，在从与波导部件122U的波导面垂直的方向观察时，端口145U(贯通孔)的至少一部分也可以与第1缝隙组中所包含的一个缝隙以及第2缝隙组中所包含的一个缝隙中的至少一方重合。
图24D是示出其他变形例的图。在该例中，端口145U的形状与图24C中的例不同。除此以外的点与图24C的例相同。在图24D中示出的例中，各端口145U的开口具有包含横向部分145l、第1纵向部分145t1以及第2纵向部分145t2的形状，其中，所述横向部分145l沿着X方向延伸，所述第1纵向部分145t1连接于横向部分 145l的一端并沿着Y方向延伸，所述第2纵向部分145t2连接于横向部分145l的另一端并沿Y方向延伸。纵向部分145t1以及纵向部分145t2所延伸的方向可以不与横向部分145l所延伸的方向垂直。设第1方向(+Y方向)为正方向、与第1方向相反的方向(-Y方向)为负方向时，第1纵向部分145t1的负方向侧的端部比第 1纵向部分145t1的正方向侧的端部更靠近横向部分145l。而且，第2纵向部分 145t2的正方向侧的端部比第2纵向部分145t2的负方向侧的端部更靠近横向部分 145l。从与波导部件122U的波导面垂直的方向观察时，第1纵向部分145t1的正方向侧的端部的至少一部分与第1缝隙组中的最靠近横向部分145l的缝隙112A重合，第2纵向部分145t2的负方向侧的端部的至少一部分与第2缝隙组中的最靠近横向部分的缝隙112B重合。通过这样的结构，也能够得到与前述的结构同样的特性。
参照图17A至图24D说明的各实施方式中的缝隙阵列天线具有多组第1缝隙组、第2缝隙组、波导部件122U以及贯通孔(端口145U)的组合。该多组组合在与第1方向(Y方向)交叉的X方向上排列。多个导电性杆124U位于各波导部件 122U的周围。本公开的实施方式并不限定于这样的方式。例如，缝隙阵列天线也可以只具有一个第1缝隙组、第2缝隙组、波导部件122U以及贯通孔(端口145U) 的组合。并且，在构成激励层、分配层时，能够利用波导路中的各种各样的电路要素。这些例是例如公开于美国专利第10042045、美国专利第10090600、美国专利第 10158158、国际专利申请公开第2018/207796、国际专利申请公开第2018/207838 以及美国专利申请第16/121768。将这些文献的公开内容全部引用于本申请说明书中。
本公开的实施方式中的缝隙阵列天线能够适宜地用于搭载在例如车辆、船舶、飞行器、机器人等移动体的雷达装置或雷达系统。雷达装置具有上述任一实施方式中的缝隙阵列天线和与该缝隙阵列天线连接的MMIC等微波集成电路。雷达系统包括该雷达装置和与该雷达装置的微波集成电路连接的信号处理电路。信号处理电路例如根据通过微波集成电路接收的信号进行估计入射波的方位的处理等。信号处理电路例如能够构成为执行MUSIC法、ESPRIT法以及SAGE法等算法而估计入射波的方位并输出表示估计结果的信号。信号处理电路还可以构成为通过公知的算法而估计与作为入射波的波源的目标之间的距离、目标的相对速度、目标的方位并输出表示估计结果的信号。
本公开中的“信号处理电路”这一术语并不限于单一的电路，还包括将多个电路的组合概括地理解为一个功能元件的形态。信号处理电路也可以通过一个或多个片上系统(SoC)而实现。例如，信号处理电路的一部分或全部也可以是作为可编程逻辑设备(PLD)的FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。在该情况下，信号处理电路包含多个运算元件(例如通用逻辑以及乘法器) 以及多个存储元件(例如，查询表或存储模块)。或者，信号处理电路也可以是通用处理器以及主存储装置的集合。信号处理电路也可以是包含处理器内核和存储器的电路。这些能够作为信号处理电路发挥功能。
由于本公开的实施方式的缝隙阵列天线具有能够小型化的华夫板结构，因此与使用以往的结构相比，能够显著地减小排列有天线元件的面的面积。因此，能够将搭载有该缝隙阵列天线的雷达系统还容易地搭载到例如车辆的后视镜的镜面的相反侧的面这样狭小的地方或者UAV(Unmanned Aerial Vehicle：所谓的无人机)这样的小型移动体。另外，雷达系统不限定于搭载到车辆的方式的例，能够固定于例如道路或者建筑物中而使用。
本公开的实施方式中的缝隙阵列天线还能够利用于无线通信系统。这样的无线通信系统具有上述任一实施方式中的缝隙阵列天线和与缝隙阵列天线连接的通信电路(发送电路或接收电路)。发送电路例如能够构成为将表示应发送的信号的信号波供给到缝隙阵列天线内的波导路。接收电路能够构成为对经由缝隙阵列天线接收的信号波进行解调而作为模拟或数字信号进行输出。
本公开的实施方式中的缝隙阵列天线还能够用作室内定位系统(IPS：IndoorPositioning System)中的天线。在室内定位系统中，能够确定建筑物内的人或者无人搬运车(AGV：Automated Guided Vehicle)等移动体的位置。缝隙阵列天线还能够在电波辐射器(信标)中使用，该电波辐射器在向来到店铺或者设施的人持有的信息终端(智能手机等)提供信息的系统中使用。在这样的系统中，信标例如每几秒发送一次叠加有ID等信息的电磁波。若信息终端接收该电磁波，则信息终端经由通信线路向远程服务器计算机发送接收到的信息。服务器计算机根据从信息终端得到的信息而确定该信息终端的位置，并将与其位置相对应的信息(例如，商品索引或者优惠券)提供给该信息终端。
包括具有WRG结构的缝隙阵列天线的雷达系统、通信系统以及各种监控系统的应用例是例如公开于美国专利第9786995号说明书以及美国专利第10027032号说明书。将这些文献的公开内容全部引用于本申请说明书中。本公开的缝隙阵列天线能够适用于这些文献所公开的各应用例。
[产业上的可利用性]
本公开的缝隙阵列天线能够在利用电磁波的所有技术领域中利用。例如，能够用于进行千兆赫频带或太赫兹频带的电磁波的收发的各种用途。尤其能够用于要求小型化的车载雷达系统、各种监控系统、室内定位系统以及无线通信系统等。

Claims (11)

1.一种缝隙阵列天线，其包括：
第1导电部件，所述第1导电部件具有正面侧的第1导电性表面以及背面侧的第2导电性表面；
第2导电部件，所述第2导电部件具有与所述第2导电性表面相对的第3导电性表面；
脊状的波导部件，所述波导部件位于所述第3导电性表面上，并具有与所述第2导电性表面相对并沿第1方向延伸的导电性的波导面；以及
多个导电性杆，所述多个导电性杆位于所述波导部件的两侧，并分别具有与所述第3导电性表面连接的基部以及与所述第2导电性表面相对的末端部，
所述第1导电部件具有多个缝隙，
所述多个缝隙包含：
第1缝隙组，所述第1缝隙组沿所述第1方向排列；以及
第2缝隙组，所述第2缝隙组与所述第1缝隙组相邻，并沿所述第1方向排列，
从与所述波导面垂直的方向观察时，
所述第1缝隙组中的各缝隙的中心位于所述波导面的中心线的一侧，
所述第2缝隙组中的各缝隙的中心位于所述波导面的中心线的另一侧，
所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的各缝隙的中心与所述波导面的所述中心线之间的距离比所述波导面的所述中心线与最靠近所述中心线的导电性杆的中心之间的距离短，
在所述第1方向上，所述第1缝隙组中的至少一个缝隙的中心位于所述第2缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间，
在所述第1方向上，所述第2缝隙组中的至少一个缝隙的中心位于所述第1缝隙组中的任意两个相邻的缝隙之间，
所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中所包含的各缝隙的开口的至少中央部沿所述第1方向或从所述第1方向倾斜了小于45度的角度的方向延伸，
所述第2导电部件具有贯通孔，
所述波导部件通过所述贯通孔被分割成第1脊部和第2脊部，
从与所述波导面垂直的方向观察时，所述贯通孔的中心位于所述第1缝隙组中所包含的一个缝隙与所述第2缝隙组中所包含的一个缝隙之间，
所述贯通孔的开口包含：横向部分，所述横向部分沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸；第1纵向部分，所述第1纵向部分与所述横向部分的一端部连接，并沿所述第1方向延伸；以及第2纵向部分，所述第2纵向部分与所述横向部分的另一端部连接，并沿所述第1方向延伸，
所述第1纵向部分以及所述第2纵向部分中的至少一方在所述第1方向上的位置与所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中所包含的至少一个缝隙在所述第1方向上的位置至少是部分重合，
所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的一部分缝隙经由所述第1脊部的所述波导面与所述第2导电性表面之间的第1波导路而与所述贯通孔内的波导路连接，
所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的剩余的缝隙经由所述第2脊部的所述波导面与所述第2导电性表面之间的第2波导路而与所述贯通孔内的所述波导路连接。
2.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述横向部分的一端位于所述第1纵向部分的两端之间，
所述横向部分的另一端位于所述第2纵向部分的两端之间。
3.根据权利要求1或2所述的缝隙阵列天线，其中，
在将所述第1方向称作正方向、将与所述第1方向相反的方向称作负方向时，
所述第1纵向部分的所述正方向侧的端部比所述第1纵向部分的所述负方向侧的端部更靠近所述横向部分，
所述第2纵向部分的所述负方向侧的端部比所述第2纵向部分的所述正方向侧的端部更靠近所述横向部分，
所述第1纵向部分的所述正方向侧的所述端部与所述第1缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙之间的距离比所述第1纵向部分的所述负方向侧的所述端部与所述第1缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙的中心之间的距离小，
所述第2纵向部分的所述负方向侧的所述端部与所述第2缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙之间的距离比所述第2纵向部分的所述正方向侧的所述端部与所述第2缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙的中心之间的距离小。
4.根据权利要求1或2所述的缝隙阵列天线，其中，
在将所述第1方向称作正方向、将与所述第1方向相反的方向称作负方向时，
所述第1纵向部分的所述负方向侧的端部比所述第1纵向部分的所述正方向侧的端部更靠近所述横向部分，
所述第2纵向部分的所述正方向侧的端部比所述第2纵向部分的所述负方向侧的端部更靠近所述横向部分，
从与所述波导面垂直的方向观察时，
所述第1纵向部分的所述正方向侧的所述端部的至少一部分与第1缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙重合，
所述第2纵向部分的所述负方向侧的所述端部的至少一部分与第2缝隙组中的最靠近所述横向部分的缝隙重合。
5.根据权利要求1或2所述的缝隙阵列天线，其中，
从与所述波导面垂直的方向观察时，所述贯通孔的至少一部分与所述第1缝隙组中所包含的一个缝隙以及所述第2缝隙组中所包含的一个缝隙中的至少一方重合。
6.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
从与所述波导面垂直的方向观察时，所述贯通孔的所述中心位于所述第1缝隙组所分布的区域的中央部与所述第2缝隙组所分布的区域的中央部之间。
7.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述贯通孔在所述第1方向上位于所述波导部件的中央部，
通过所述贯通孔，从所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组的排列的中央的一个部位朝向所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组中的各缝隙供电。
8.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第1导电部件的所述第1导电性表面具有规定导电性的喇叭状部的形状，
所述喇叭状部包含从所述第1导电性表面立起并沿所述第1方向延伸的一对壁面，
从与所述第1导电性表面垂直的方向观察时，所述第1缝隙组以及所述第2缝隙组位于所述一对壁面之间。
9.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述缝隙阵列天线具有多组与所述第1缝隙组、所述第2缝隙组、所述波导部件以及所述贯通孔的组合相同的组合，
多组所述组合在与所述第1方向交叉的方向上排列，
所述多个导电性杆位于各波导部件的周围。
10.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，
所述第2导电部件在与所述第3导电性表面相反的一侧具有第4导电性表面，
所述缝隙阵列天线还具有第3导电部件，所述第3导电部件具有与所述第4导电性表面相对的第5导电性表面，
在所述第4导电性表面与所述第5导电性表面之间形成有与所述贯通孔连接的波导路。
11.一种雷达装置，其包括：
权利要求1至10中任意一项所述的缝隙阵列天线；以及
与所述缝隙阵列天线连接的微波集成电路。
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