CN111009710A - 波导装置以及天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供波导装置以及天线装置。本发明的波导装置提高阻抗的匹配度。波导装置具有：具有导电性表面和第1贯通孔的第1导电部件；具有多个导电性杆以及第2贯通孔的第2导电部件，所述多个导电性杆分别具有与所述导电性表面相对的末端部，所述第2贯通孔在沿所述第1贯通孔的轴向观察时与所述第1贯通孔重合；包围所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间的空间的至少一部分的导电性的波导壁，所述波导壁被所述多个导电性杆包围，所述波导壁使电磁波在所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间传播。所述波导壁在内侧具有台阶部。

Description

波导装置以及天线装置
技术领域
本公开涉及波导装置以及天线装置。
背景技术
在专利文献1至5公开有电磁波沿着被人工磁导体包围的脊部传播的波导装置。在专利文献1至5所公开的波导装置中，通过在行方向以及列方向上排列的多个导电性杆实现了人工磁导体。这些波导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的两侧的人工磁导体。脊部的上表面(具有导电性的面)隔着间隙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。将这样的波导称作WRG(Waffle-iron Ridge waveGuide)或WRG波导。
在专利文献5公开有波导装置，该波导装置的彼此相对的两个导电板均具有贯通孔，并设置有包围这些贯通孔之间的空间的至少一部分的导电性的波导壁。能够使电磁波经由被波导壁包围的空间而在多个层之间传播。
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：欧州专利申请公开第1331688号
专利文献4：美国专利第10027032号
专利文献5：美国专利申请公开第2018/375219号
发明内容
发明要解决的课题
本公开提供一种提高使电磁波在多个层之间传播的波导装置中的阻抗的匹配度的技术。
用于解决课题的手段
基于本公开的一实施方式的波导装置具有：第1导电部件，所述第1导电部件具有导电性表面和第1贯通孔；第2导电部件，所述第2导电部件具有多个导电性杆以及第2贯通孔，所述多个导电性杆分别具有与所述导电性表面相对的末端部，所述第2贯通孔在沿所述第1贯通孔的轴向观察时与所述第1贯通孔重合；以及导电性的波导壁，所述波导壁包围所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间的空间的至少一部分，所述波导壁被所述多个导电性杆包围，所述波导壁使所述电磁波在所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间传播。所述波导壁在内侧具有台阶部。
基于本公开的其他实施方式的天线装置具有第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、背面侧的第2导电性表面以及贯通所述第1导电性表面与所述第2导电性表面之间的缝隙。所述第1导电性表面具有规定包围所述缝隙的喇叭状部的形状。所述喇叭状部具有沿与所述缝隙的E面垂直的第1方向延伸的一对内壁面。所述一对内壁面各自的基部具有沿所述第1方向延伸的突出部。
基于本公开的另一其他实施方式的天线装置具有导电部件，所述导电部件具有正面侧的第1导电性表面、背面侧的第2导电性表面以及贯通所述第1导电性表面与所述第2导电性表面之间的一个以上的缝隙。所述第1导电性表面具有规定一个以上的喇叭状部以及两个凹部的形状，所述一个以上的喇叭状部分别包围所述一个以上的缝隙，所述两个凹部位于所述一个以上的喇叭状部的两侧。所述一个以上的喇叭状部以及所述两个凹部隔着导电壁而排列成一列。所述一个以上的喇叭状部以及所述两个凹部之间的所述导电壁分别具有隔开中央部与所述中央部的两侧的部位的两个槽部。
发明效果
根据本公开的一个实施方式，能够提高使电磁波在多个层之间传播的波导装置中的阻抗的匹配度。
附图说明
图1是波导装置的立体图。
图2是波导装置的侧视图。
图3是第1导电部件的俯视图。
图4是示出第1导电部件的背面侧的俯视图。
图5A是发送部的立体图。
图5B是发送部的俯视图。
图6是放大示出了天线元件中的喇叭状部的结构的图。
图7是图6的A-A′线剖视图。
图8是波导壁的立体图。
图9是局部示出第1导电部件的背面侧的立体图。
图10是第2导电部件的俯视图。
图11是局部放大了第2导电部件的俯视图。
图12是第3导电部件的俯视图。
图13是示出图7的变形例的剖视图。
图14是示意性地示出波导装置所具有的基本结构的例的立体图。
图15A是示意性地示出波导装置的与XZ面平行的截面的结构的图。
图15B是示意性地示出波导装置的与XZ面平行的截面的其他结构的图。
图16是示意性地示出处于将第1导电部件与第2导电部件之间的间隔过大地分开的状态的波导装置的立体图。
图17是示出图15A所示的结构中的各部件的尺寸的范围的例的图。
图18A是示出只有波导部件的波导面具有导电性而波导部件的波导面以外的部分不具有导电性的结构的例的剖视图。
图18B是示出第二波导部件未形成于导电部件上的变形例的图。
图18C是示出第二导电部件、波导部件以及多个导电性杆分别在电介质的表面涂覆金属等导电性材料的结构的例的图。
图18D是示出用电介质层覆盖由作为导体的金属制成的导电部件的表面的结构的例的图。
图18E是示出第二导电部件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、再用电介质层覆盖其金属层的结构的例的图。
图18F是示出波导部件的高度比导电性杆的高度低并且第一导电部件的导电性表面中的与波导面相对的部分向波导部件侧突出的例的图。
图18G是示出在图18F的结构中还使导电性表面中的与导电性杆相对的部分向导电性杆侧突出的例的图。
图19A是示出第一导电部件的导电性表面具有曲面形状的例的图。
图19B是示出第二导电部件的导电性表面也具有曲面形状的例的图。
图20A示意性地示出在波导部件的波导面与第一导电部件的导电性表面之间的间隙中的宽度窄的空间内传播的电磁波的图。
图20B是示意性地示出中空波导管的截面的图。
图20C是示出在第二导电部件上设置有两个波导部件的形态的剖视图。
图20D是示意性地示出排列配置有两个中空波导管的波导装置的截面的图。
图21A是示意性地示出天线装置的结构的一部分的立体图。
图21B是示意性地示出天线装置中的通过在X方向上排列的两个缝隙的中心并与XZ面平行的截面的一部分的图。
图22A是示出排列有多个缝隙的天线装置的例的图。
图22B是图22A的B-B线剖视图。
图23A是示出第1导电部件中的波导部件以及导电性杆的平面布局的图。
图23B是示出第2导电部件中的导电性杆、波导壁以及贯通孔的平面布局的图。
图23C是示出第3导电部件中的波导部件以及导电性杆的平面布局的图。
图24A是示出另一其他变形例所涉及的缝隙天线装置中的一个辐射元件的立体图。
图24B是在图24A所示的辐射元件中分开示出导电部件之间的间隔的图。
图25是示出贯通孔的变更的图。
符号说明
100 波导装置
110 第1导电部件
110a、110b 第1导电部件的导电性表面
111A、111B 天线元件
112 缝隙
113A、113B 贯通孔
114 喇叭状部的侧壁
114a 开口部
116 发送部
117 接收部
118 导电壁
118b 导电壁的中央部
118c 导电壁的两侧部
118d 槽部
118d 导电壁的突出部
119 凹部
120 第2导电部件
120a、120b 第2导电部件的导电性表面
122、122A、122B 波导部件(脊部)
122d 脊部的凹部
123 贯通孔
124、134 导电性杆
124A 第1杆(脊部侧杆)
124B 第2杆(贯通孔侧杆)
124C 第3杆
125 端口
130 第3导电部件
130a 第3导电部件的导电性表面
160 波导壁
161 脊部
162 台阶部
164A 第1内壁面
164B 第2内壁面
165 端面
200 天线装置
290 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
以下更具体地说明本公开的实施方式。但是，有时省略必要以上地详细的说明。例如，有时省略对于已知的事项的详细说明或实质上相同的结构的重复说明。这是为了避免以下的说明变得不必要地冗长，使本领域技术人员容易理解。另外，发明人为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下说明，并不是想通过这些来限定在权利要求书中记载的主题。在以下说明中，对于相同的类似的构成要素标注相同的参照符号。
图1中示意性地示出了本公开的例示性的实施方式所涉及的波导装置100。波导装置100用于传播电磁波。该波导装置100作为具有发送部116以及接收部117的天线装置发挥功能。发送部116以及接收部117分别具有一个以上的天线元件。在图1的例中，发送部116以及接收部117分别具有多个天线元件。发送部116中的各天线元件将在波导装置100的内部的波导中传播的电磁波辐射到外部空间。接收部117中的各天线元件接收从外部空间入射的电磁波，并传输至波导装置100的内部的波导。
在图1及其后面的图中，示出了表示相互垂直的X、Y、Z方向的XYZ坐标。以下，利用该XYZ坐标对波导装置100的结构进行说明。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进行设定的，对实际实施本公开的实施方式时的朝向不产生任何限制。并且，附图所示的结构物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。
在以下说明中，将辐射电磁波的一侧或电磁波入射的一侧称作“正面侧”，将与正面侧相反的一侧称作“背面侧”。在本实施方式中，正面侧是+Z方向侧，背面侧是-Z方向侧。
图2是示出从-Y方向侧观察波导装置100时的结构的侧视图。本实施方式中的波导装置100具有层叠多个板状的导电部件的结构。波导装置100具有第1导电部件110、第2导电部件120以及第3导电部件130。第1导电部件110、第2导电部件120、第3导电部件130依次隔开间隙而层叠。各导电部件例如对金属板进行加工而成型。或者，各导电部件还能够通过对成型的树脂等电介质部件实施电镀而制作。各导电部件能够在正面侧以及背面侧这双方具有导电性表面。
第1导电部件110在正面侧(+Z方向侧)的面具有发送部116和接收部117。第1导电部件110在正面侧的面具有平坦的导电性表面110a，在与正面侧的面相反的一侧的面具有平坦的导电性表面110b。背面侧的导电性表面110b与第2导电部件120中的+Z方向侧的导电性表面120a相对。第2导电部件120具有多个导电性杆124，多个导电性杆124分别具有与第1导电部件110的导电性表面110b相对的末端部。第2导电部件120在-Z方向侧的面也具有导电性表面120b。该导电性表面120b与第3导电部件130的+Z方向侧的导电性表面130a相对。第3导电部件130具有多个导电性杆134，多个导电性杆134分别具有与第2导电部件120的-Z方向侧的导电性表面120b相对的末端部。
图3是示出第1导电部件110的辐射侧的结构的俯视图。第1导电部件110在发送部116中具有沿Y方向排列配置的多个天线元件111A。本实施方式中的各天线元件是喇叭天线元件。在图示的例中，发送部116具有三个天线元件111A，但是发送部116中的天线元件111A的数量并不限定于三个。
第1导电部件110在接收部117中具有沿X方向以及Y方向二维地排列的多个天线元件111B。在图示的例中，接收部117具有以四行四列排列的16个天线元件111B，但是接收部117中的天线元件111B的数量并不限定于16个。另外，本实施方式中的波导装置100具有发送部116和接收部117这双方，但是也可以只具有任意一方。
图4示出了第1导电部件110的背面侧(-Z方向侧)的结构。各天线元件具有贯通第1导电部件110的正面侧的导电性表面110a与背面侧的导电性表面110b的多个贯通孔。多个贯通孔包含发送部116中的三个贯通孔113A和接收部117中的16个贯通孔113B。将发送部116中的贯通孔113A称作“第1贯通孔113A”。这些贯通孔113A、113B的形状是H字形状，但是并不限定于H字形状。在本说明书中，有时将第1导电部件110中的贯通孔113A、113B称作“缝隙”。
在沿Y方向排列三个的贯通孔113A中，在配置于中央的贯通孔113A的周围设置有包围该贯通孔113A的波导壁160。波导壁160与背面侧的导电性表面110b连接。波导壁160也可以作为第1导电部件110的一部分而与第1导电部件110一体地构成。波导壁160也可以在作为与第1导电部件110独立的分体部件制作之后，安装于第1导电部件110。
图5A以及图5B是放大示出了从正面侧观察的发送部116的结构的图。图6是放大示出了发送部116中的天线元件111A的喇叭状部的结构的图。各天线元件111A具有正面侧开口的开口部114a。各开口部由导电壁118规定，具有矩形状的开口形状。在各天线元件111A中，第1贯通孔113A与开口部114a相连。各天线元件111A在导电壁118的内侧具有沿X方向延伸的突出部118d，形成阶梯状的结构。
在Y方向上位于各天线元件111A的两侧并沿X方向延伸的导电壁118中，在除了中央部分以外的两侧形成有槽部118c。从+Z方向观察时，该导电壁118的中央部分位于从第1贯通孔113A的中心向电场的振动方向(即Y方向)位移的位置处。槽部118c能够通过例如利用切削加工切除导电壁118的一部分而形成。沿X方向延伸的各导电壁118的顶部被两个槽部118c划分为导电壁118a和作为中央部分的导电壁118b。
通过在Y方向上位于各天线元件111A的两侧并沿X方向延伸的导电壁118中，在除中央部分以外的部分设置槽部118c，能够实现以下效果。首先，改善从三个天线元件111A辐射的电磁波的隔离。换句话说，能够抑制电磁波向所期望的方向以外的方向传播或漏出。而且，能够使三个天线元件111A的频率特性稳定化。例如，即使在改变频率的情况下，也能够实现稳定的指向性。
在本实施方式中，导电壁118a所露出的面(与导电壁118b的侧面相对的面)呈曲面状。并且，导电壁118b呈圆柱状。导电壁118a以及118b的形状并不限定于图示的形状。例如，导电壁118b也可以是棱柱状、圆锥台状或角锥台状。各槽部118c的深度以及宽度被设定为能够获得所期望的辐射特性的尺寸。
如图5A以及图5B所示，本实施方式中的波导装置100的第1导电部件110在三个天线元件111A的两侧具有两个凹部119。这些凹部和三个天线元件111A排列成一列。各凹部119具有与各天线元件111A的开口部114a相同的开口形状。但是，在各凹部119的内部不存在贯通孔。在各凹部119跟与各凹部119相邻的天线元件111A之间存在沿X方向延伸的导电壁118。在该导电壁118也设置有前述的两个槽部118c。通过这样的结构，能够使在Y方向上排列的三个天线元件111A的辐射特性等同。
在本实施方式中，第1导电部件110具有发送用的多个天线元件111A，但是也可以具有一个天线元件111A。即使在该情况下，也能够在天线元件111A的两侧设置具有与该天线元件111A的开口相同的开口形状的两个凹部119。在各凹部119与天线元件111A之间能够配置具有前述的两个槽部118c的导电壁118。通过这样的结构，提高被辐射的电磁波的隔离，能够改善频率特性。
图7是图6的A-A′线剖视图。第2导电部件120具有在沿第1贯通孔113A的轴向观察时与第1贯通孔113A重合的第2贯通孔123。在此，第1贯通孔113A的轴线是通过第1贯通孔113A的中心并与Z方向平行的直线。第1贯通孔113A以及第2贯通孔123作为波导发挥功能。在图示的三个天线元件111A中的中央的天线元件111A的背面侧设置有波导壁160。波导壁160只要包围第1贯通孔113A与第2贯通孔123之间的空间的至少一部分即可，并非必须全部包围该空间。而且，这样构成的波导壁160使电磁波在第1贯通孔113A与第2贯通孔123之间传播。另外，在图7的例中，在相当于波导壁160的部位加上与第1导电部件110以及第2导电部件120不同的阴影线来图示。这并不表示第1导电部件110以及第2导电部件120与波导壁160是不同的部件，而是为了容易理解地表示波导壁160。
波导壁160只要使与第2导电部件120的导电性表面120a相对的端面165由导电性的材料构成即可，并非必须整体具有导电性。
在图7的例中，波导壁160的一端与第1导电部件110的导电性表面110b连接。在波导壁160的端面165与第2导电部件120的导电性表面120a之间存在间隙。也可以在波导壁160的端面165与第2导电部件120的导电性表面120a之间不设置间隙，使波导壁160的端面165与第2导电部件120的导电性表面120a接触。即使在该情况下，也正常地作为天线发挥功能。
图8是放大示出了波导壁160的立体图。波导壁160包围第1贯通孔113A的周围。图8所示的波导壁160的角部被实施了倒角，端面165成为八边形状。但是，波导壁160的形状并不限定于图示的形状。也可以将波导壁160的角部呈曲面状实施倒角。但是，若在角部中增加曲面状的部分，则存在设计波导装置100时进行的模拟的运算量增加的倾向。因而，在角部的交叉角度接近90度时，能够减少模拟的运算量。
波导壁160在其内侧具有与Y方向(E面方向)平行的一对第1内壁面164A以及与X方向(H面方向)平行的一对第2内壁面164B。一对第1内壁面164A具有与Y方向平行并且波导壁160的一部分凹陷而成的台阶部162。通过台阶部162，扩大了第1贯通孔113A的背面侧(-Z方向侧)。这样，通过在波导壁160的内侧设置台阶部162，提高阻抗的匹配度。
在此，“E面”是包含在第1贯通孔113A(缝隙)的中央部形成的电场矢量的平面，E面通过第1贯通孔113A的中心，并与第1导电部件110的导电性表面110b大致垂直。“H面”是包含在第1贯通孔113A的中央部形成的磁场矢量的平面。在本实施方式中，E面与YZ面平行，H面与XZ面平行。
本实施方式的台阶部162包含一阶的台阶部，但是也可以包含两阶以上的台阶部。并且，台阶部162并不限于图示的形状。只要能够获得阻抗的匹配，则台阶部162的形状也可以适当地变更。波导壁160的内侧的形状并不限于阶梯状，例如也可以是倾斜的平面状。在代替图8所示的台阶部162而采用通过一对倾斜部使开口沿-Z方向逐渐扩大的结构的情况下，也能够获得同样的效果。
在一对第2内壁面164B的正面侧(+Z方向侧)设置有一对突出部118d，一对突出部118d从与一对第2内壁面164B连接的第1贯通孔113A的内壁面突出，并沿X方向延伸。在图8中只示出了一对突出部118d中的一个突出部118d。在+Y方向侧也存在相同的突出部118d。如图6所示，这些突出部118d位于天线元件111A的导电壁118的基部。波导壁160具有从一对第2内壁面164B的中央部分突出并沿Z方向延伸的一对脊部161。脊部161的+Z方向侧的端面与突出部118d的-Z方向侧的侧面连接，形成图5A至图6所示的阶梯结构。
图9是示出第1导电部件110的背面侧的结构的图。如图9所示，还可以使未配置有波导壁160的第1贯通孔113A也在内侧具有突出部118d。突出部118d并不限于阶梯状的结构，也可以形成倾斜的结构。突出部118d使间隙的大小随着从各天线元件中的一对脊部161朝向开口部的正面侧(+Z方向侧)的缘而逐渐扩大。通过设置这样的突出部118d，能够进一步提高阻抗的匹配度。
另外，在专利文献5中公开有关于波导壁160的结构以及变形例的详细内容。将专利文献5的公开内容全部引用于本说明书中。
如以上，本实施方式中的波导壁160具有与E面平行的一对第1内壁面164A以及与H面平行的一对第2内壁面164B。波导壁160在内侧具有台阶部或倾斜部。台阶部或倾斜部位于一对第1内壁面164A。从与第1导电部件110的导电性表面110b垂直的方向观察时，被第1贯通孔113A、第2贯通孔123以及波导壁160的内壁面包围的区域具有H字形状，该H字形状包含沿第1方向延伸的横向部分和与该横向部分连接并沿与第1方向交叉的第2方向延伸的一对纵向部分。波导壁160的内壁面包含与一对纵向部分平行的一对第1内壁面164A。台阶部或倾斜部位于一对第1内壁面164A中的第2导电部件120所在的一侧的缘。
本实施方式中的天线装置具有第1导电部件110，该第1导电部件110具有正面侧的第1导电性表面110a、背面侧的第2导电性表面110b以及贯通第1导电性表面110a与第2导电性表面110b之间的一个以上的缝隙113A。第1导电性表面110a具有规定分别包围一个以上的缝隙113A的一个以上的喇叭状部的形状。喇叭状部具有沿与缝隙的E面垂直的第1方向延伸的一对内壁面118。一对内壁面118各自的基部具有沿第1方向延伸的突出部118d。
如图5A以及图5B所示，第1导电性表面110a还具有除了规定一个以上的喇叭状部之外还规定位于一个以上的喇叭状部的两侧的两个凹部119的形状。一个以上的喇叭状部以及两个凹部119排列成一列。一个以上的喇叭状部以及两个凹部119之间的导电壁118分别具有隔开中央部118b与中央部118b的两侧的部位118a的两个槽部118c。
波导装置100还具有第2导电部件120，第2导电部件120具有与第2导电性表面110b相对的第3导电性表面120a。第2导电部件120具有规定贯通孔或脊形波导的波导部件，在该贯通孔与缝隙之间使电磁波相互传播，在该脊形波导与缝隙之间使电磁波相互传播。
图10是从+Z方向侧观察第2导电部件120的俯视图。在第2导电部件120上的与发送部116对应的部分配置有作为波导部件的第1脊部122A以及第2脊部122B。图示的例中的第1脊部122A具有两个弯曲部122d。第2脊部122B具有直线状结构。
第1脊部122A以及第2脊部122B具有与第1导电部件110的导电性表面110b相对的上表面(以下，称作“波导面”。)。各脊部的波导面具有多个凹部。在第1脊部122A以及第2脊部122B的一端设置有端口125(即贯通孔)。在图示的例中，端口125的形状是H字形状，但是并不限定于此。
在第2导电部件120上排列有多个导电性杆124。多个杆124包围第1脊部122A、第2脊部122B、第2贯通孔123以及端口125。图11是图10的局部放大图。如图11所示，多个杆124包含：沿着第1脊部122A以及第2脊部的122B的侧面配置在靠近脊部的位置处的脊部侧杆(第1杆)124A；配置在靠近第2贯通孔123以及端口125的位置处的贯通孔侧杆(第2杆)124B；以及除此以外的杆(以下，称作“第3杆”)124C。这些杆124沿X方向以及Y方向二维地排列在第2导电部件120的导电性表面120a上。
第3杆124C的角部被实施了较大的倒角。第3杆124C的与XY面平行的截面成为端部变细的形状。第3杆124C的与轴向垂直的截面的外形的尺寸从第3杆124C的基部朝向末端部减小。在此，杆的轴线是指通过该杆的中心并与导电性表面120a垂直的直线。
在第3杆124C的基部设置有如下的倾斜面，该倾斜面随着朝向下方而从第3杆124C的轴线的中心侧向外侧倾斜。
脊部侧杆124A具有接近四棱柱的形状，与第3杆124C的角部相比，角部较小地倒角成曲面状。另外，倒角是任意的，也可以不实施倒角。
脊部侧杆124A的侧面中的至少与脊部122A、122B的侧面相对的侧面124d与第2导电部件120的导电性表面120a垂直，或者具有接近直角的角度。在脊部侧杆124A的不与脊部122A、122B的侧面相对的侧面的基部设置有倾斜面，该倾斜面随着朝向下方而从脊部侧杆124A的轴线的中心侧向外侧倾斜。接近直角的角度是指，与至少和脊部侧杆124A相邻排列的杆124C的侧面跟导电性表面120a形成的角度相比，更接近直角的角度。
通常，当杆124不存在倾斜面时，容易设计天线。另一方面，在杆124设置倾斜面时，容易实现阻抗匹配。因此，为了既实现阻抗匹配，又迅速设计天线，在本实施方式中，在各杆124的侧面中的不面向脊部122A、122B的侧面的侧面设置有倾斜。而且，通过在脊部122A、122B设置凹部，补偿阻抗的匹配。
另外，在专利文献4中公开有通过在杆124设置倾斜面来提高阻抗匹配度的内容。将专利文献4的公开内容全部引用于本说明书中。
多个杆包围第2贯通孔123的周围。并且，在端口125的周围也围着多个杆。所述杆是贯通孔侧杆124B。
贯通孔侧杆124B具有接近四棱柱的形状，与第3杆124C的角部相比，角部进一步倒角成曲面状。另外，角部的倒角是任意的，也可以不实施倒角。
在贯通孔侧杆124B中，贯通孔侧杆124B的侧面中的至少面向贯通孔的侧面124d与第2导电部件120的导电性表面120a垂直，或者具有接近直角的角度，在贯通孔侧杆124B的不面向贯通孔的侧面的基部设置有倾斜面，该倾斜面随着朝向下方而从贯通孔侧杆124B的轴线的中心侧向外侧倾斜。
图12是从正面侧观察第3导电部件130的俯视图。在第3导电部件130上配置有多个脊部132以及包围这些脊部132的多个导电性杆134。关于第3导电部件130的多个杆134，也包含沿着脊部132的侧面配置在靠近脊部的位置处的脊部侧杆(第1杆)和其他杆(第3杆)。这些杆沿X方向以及Y方向二维地排列在第3导电部件130的导电性表面130a上。
接着，对本实施方式的变形例进行说明。
图13是示出图7的变形例的图。在该例中，具有台阶部162的波导壁160位于第2导电部件120侧。即，波导壁160包围第2贯通孔123的周围，并连接于第2导电部件120的与第1导电部件110的导电性表面110b相对的导电性表面120a。波导壁160可以与第2导电部件120一体地构成，也可以是与第2导电部件120独立的分体部件。波导壁160的结构与上述的波导壁160的结构相同。台阶部162设置于导电壁118的与E面(YZ面)平行的内壁面中的第1导电部件110所在的一侧的缘。也可以代替台阶部162而设置倾斜部。
波导壁160只要包围第1贯通孔113A与第2贯通孔123之间的空间的至少一部分即可，并非必须全部包围该空间。而且，这样构成的波导壁160使电磁波在第1贯通孔113A与第2贯通孔123之间传播。另外，对图13的相当于波导壁160的部位，加上与第1导电部件110以及第2导电部件120不同的阴影线来图示。这并不表示第1导电部件110以及第2导电部件120与波导壁160是不同的部件，而是为了容易理解地表示波导壁160。
在图13的例中，在波导壁160的端面165与第1导电部件110的导电性表面110b之间存在间隙。也可以在波导壁160的端面165与第1导电部件110的导电性表面110b之间不设置间隙，使波导壁160的端面165与第1导电部件110的导电性表面110b接触。即使在该情况下，也正常地作为天线发挥功能。
(WRG波导的结构例)
接着，对在本公开的实施方式中使用的华夫板脊形波导(WRG)的基本结构进行说明。
前述的专利文献1至5所公开的脊形波导设置在作为人工磁导体发挥功能的华夫板结构中。根据本公开利用这样的人工磁导体的脊形波导能够在微波段或毫米波段中实现损耗低的天线馈线。并且，通过利用这样的脊形波导，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称作华夫板脊形波导(WRG)。以下，对华夫板脊形波导的基本结构以及动作的例进行说明。
人工磁导体是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而实现。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被包含在特定频带(传播截止频带)中的频率的电磁波沿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。
图14是示意性地示出这样的波导装置所具有的基本结构的例的立体图。在图14中示出了表示相互垂直的X、Y、Z方向的XYZ坐标。图示的波导装置100具有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排列有多个导电性杆124。
图15A是示意性地示出波导装置100的与XZ面平行的截面的结构的图。如图15A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110b。导电性表面110b沿与导电性杆124的轴向(Z方向)垂直的平面(与XY面平行的平面)二维地扩展。该例中的导电性表面110b是平滑的平面，但是如后述，导电性表面110b无需是平面。
图16是示意性地示出处于为了容易理解而将第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装置100的立体图。如图14以及图15A所示，在实际的波导装置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14至图16只示出了波导装置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。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15A。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110b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126。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110b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16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110b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110b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126与第1导电部件110的导电性表面110b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110b之间的间隙的大小进行调整。
接下来，参照图17对各部件的尺寸、形状、配置等的例进行说明。
图17是示出图15A所示的结构中的各部件的尺寸的范围的例的图。波导装置用于规定频带(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110b与波导部件122的波导面122a之间的波导中传播的电磁波(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17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110b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110b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110b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15A所示的例中，导电性表面120a是平面，但是例如如图15B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110b与导电性表面120a之间的距离比波长λm的一半短，则图15B所示的装置也能够作为波导装置发挥功能。
(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110b的距离L2设定成小于λm/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110b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110b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110b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126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，能够将多种多样的人工磁导体利用于本公开的波导装置。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λm/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110b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110b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110b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110b之间引起谐振，不会作为波导发挥功能。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110b与波导面122a之间的距离L1的下限以及导电性表面110b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，上述距离的实质下限是50微米(μm)左右。在利用MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)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的波导结构的变形例进行说明。以下的变形例还能够适用于本公开的实施方式中的任一部位的WRG结构。
图18A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110b、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18B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18C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18D以及图18E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18D示出用电介质层覆盖由作为导体的金属制成的导电部件的表面的结构的例。图18E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110b、120a不腐蚀。并且，能够切断直流电压或无法通过WRG波导传播的程度的低频率的交流电压的影响。
图18F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110b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17所示的尺寸的范围，则能够与上述的结构相同地工作。
图18G是示出在图18F的结构中还使导电性表面110b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17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110b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19A是示出导电部件110的导电性表面110b具有曲面形状的例的图。图19B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110b、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装置100，工作频率的信号波无法在人工磁导体的表面126与导电部件110的导电性表面110b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110b之间的空间中传播。与中空波导管不同地，这样的波导结构中的波导部件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20A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110b之间的间隙中的宽度较窄的空间中传播的电磁波。图20A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110b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110b之间的间隙中传播。图20A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20A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20A的波导结构中，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20B中为了参考而示意性地示出了中空波导管330的截面。在图20B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20C是示出在导电部件120上设置有两个波导部件122的形态的剖视图。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20D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，很难形成与波长相比足够薄的金属壁。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21A是示意性地示出利用如上述的波导结构的天线装置200的结构的一部分的立体图。图21B是示意性地示出该天线装置200中的通过在X方向上排列的两个缝隙112的中心并与XZ面平行的截面的一部分的图。在该天线装置200中，第1导电部件110具有在X方向以及Y方向上排列的多个缝隙112。在该例中，多个缝隙112包含两个缝隙列，各缝隙列包含在Y方向上等间隔排列的六个缝隙112。在第2导电部件120上设置有沿Y方向延伸的两个波导部件122。各波导部件122具有与一个缝隙列相对的导电性的波导面122a。在两个波导部件122之间的区域以及两个波导部件122的外侧的区域配置有多个导电性杆124。这些导电性杆124形成了人工磁导体。
从未图示的发送电路向各波导部件122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110b之间的波导供给电磁波。在Y方向上排列的多个缝隙112中的相邻的两个缝隙112的中心间距离例如被设计成与在波导中传播的电磁波的波长相同的值。由此，从在Y方向上排列的六个缝隙112辐射相位一致的电磁波。
图21A以及图21B所示的天线装置200是将多个缝隙112分别作为天线元件(辐射元件)的天线阵列装置。根据这样的结构，能够使辐射元件之间的中心间隔例如比在波导中传播的电磁波在自由空间中的波长λo短。也可以在多个缝隙112设置喇叭状部。通过设置喇叭状部，能够提高辐射特性或接收特性。作为喇叭状部，能够使用例如参照图1至图13说明的天线元件111A中的喇叭状部。
接下来，对具有波导装置以及与该波导装置中的波导壁的内部的波导连接的至少一个天线元件(辐射元件)的其他天线装置的实施方式进行说明。“与波导壁的内部的波导连接”是指，直接或经由前述的WRG等其他波导而间接地与波导壁的内部的波导连接。至少一个天线元件具有将在波导壁的内部的波导中传播的电磁波朝向空间辐射的功能以及将在空间中传播来的电磁波导入到波导壁的内部的波导内的功能中的至少一方。即，本实施方式中的天线装置用于信号的发送以及接收中的至少一方。
图22A是示出排列有多个缝隙(开口部)的天线装置(天线阵列)的例的图。图22A是从+Z方向观察天线装置的俯视图。图22B是图22A的B-B线剖视图。在图示的天线装置中层叠有以下层：包含直接与作为辐射元件发挥功能的多个缝隙112耦合的多个波导部件122U的第1波导层10a；包含多个导电性杆124M以及未图示的波导壁的第2波导层10b；以及包含经由波导壁与第1波导层10a的波导部件122U耦合的其他波导部件122L的第3波导层10c。第1波导层10a中的多个波导部件122U以及多个导电性杆124U配置在第1导电部件210上。第2波导层10b中的多个导电性杆124M以及未图示的波导壁配置在第2导电部件220上。第3波导层10c中的波导部件122L以及多个导电性杆124L配置在第3导电部件230上。
该天线装置还具有覆盖第1波导层10a中的波导部件122U以及导电性杆124U的导电部件110。导电部件110具有以四行四列排列的16个缝隙(开口部)112。在导电部件110设置有包围各缝隙112的侧壁114。侧壁114形成了调整缝隙112的指向性的喇叭状部。该例中的缝隙112的个数以及排列只是例示性的个数以及排列。缝隙112的朝向以及形状也并不限定于图示的例。例如，也可以使用H字型形状的缝隙。喇叭状部的侧壁114的倾斜的有无以及角度和喇叭状部的形状也并不限定于图示的例。也可以代替图示的喇叭状部而采用例如实施方式1中的喇叭状部的结构。
图23A是示出第1导电部件210中的波导部件122U以及导电性杆124U的平面布局的图。图23B是示出第2导电部件220中的导电性杆124M、波导壁203以及贯通孔221的平面布局的图。图23C是示出第3导电部件230中的波导部件122L以及导电性杆124L的平面布局的图。由这些可知，第1导电部件210中的波导部件122U呈直线状(条状)延伸，不具有分支部和弯曲部。另一方面，第3导电部件230中的波导部件122L具有所延伸的方向分为两个的分支部以及所延伸的方向发生变化的弯曲部这双方。如图23B所示，在第1导电部件210中的贯通孔211与第2导电部件220中的贯通孔221之间配置有波导壁203。该例中的波导壁203具有XY面截面为矩形的结构，但是也可以采用例如参照图8说明的波导壁160的结构。
在图23B所示的例中，在第2导电部件220上存在四个贯通孔221，并存在四对波导壁203，每对波导壁203分别隔着每个贯通孔221的中央部而存在。第1导电部件210中的波导部件122U通过贯通孔211、波导壁203以及贯通孔221而与第3导电部件230中的波导部件122L耦合。换句话说，沿着第3导电部件230上的波导部件122L传播的电磁波能够通过贯通孔221、波导壁203以及贯通孔211而到达第1导电部件210上的波导部件122U，并沿着波导部件122U传播。此时，各缝隙112作为将在波导中传播的电磁波朝向空间辐射的天线元件发挥功能。相反，若在空间中传播的电磁波入射到缝隙112内，则其电磁波与位于缝隙112的正下方的波导部件122U耦合，并沿着波导部件122U传播。在沿着波导部件122U传播来的电磁波还能够通过贯通孔211、波导壁203以及贯通孔221而到达第3导电部件230上的波导部件122L，并沿着波导部件122L传播。
波导部件122L能够经由第3导电部件230所具有的端口145L而与位于外部的波导装置或高频电路(电子电路)耦合。在图23C中作为一例示出了与端口145L连接的电子电路290。电子电路290并不限定于配置在特定的位置，也可以配置于任意的位置处。电子电路290例如能够配置于第3导电部件230的背面侧(图22B中的下侧)的电路板。这样的电子电路是微波集成电路，例如能够包含生成或接收毫米波的MMIC(Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit)等微波集成电路。电子电路290除了包含微波集成电路之外，也可以还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例如执行具有天线装置的雷达系统的动作所需的各种处理。电子电路290也可以包含通信电路。通信电路能够构成为执行具有天线装置的通信系统的动作所需的各种处理。
另外，连接电子电路与波导的结构例如公开于美国专利申请公开第2018/0351261、美国专利申请公开第2019/0006743、美国专利申请公开第2019/0139914、美国专利申请公开第2019/0067780、美国专利申请公开第2019/0140344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。
能够将图23A所示的导电部件110称作“辐射层”。并且，也可以将包含图23A所示的第1导电部件210上的波导部件122U以及导电性杆124U整体的层称作“激励层”，将包含图23B所示的第2导电部件220上的导电性杆124M以及波导壁203整体的层称作“中间层”，将包含图23C所示的第3导电部件230上的波导部件122L以及导电性杆124L整体的层称作“分配层”。并且，也可以将“激励层”、“中间层”以及“分配层”统称为“供电层”。“辐射层”、“激励层”、“中间层”以及“分配层”能够分别通过对一张金属板进行加工而批量生产。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。
在该例中的天线阵列中，由图22B可知，由于层叠了板状的辐射层、激励层以及分配层，因此整体实现了平坦并且低高度(low profile)的平板天线。例如，能够将具有图22B所示的截面结构的层叠结构体的高度(厚度)设为20mm以下。
根据图23C所示的波导部件122L，从第3导电部件230的端口145L至第1导电部件210的各贯通孔211(参照图23A)为止的沿波导部件122L测量的距离全部相等。因此，从第3导电部件230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第1导电部件210的四个贯通孔211。其结果是，能够以相同的相位对配置在第1导电部件210上的四个波导部件122U进行激励。
另外，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。激励层以及分配层中的波导部件122的网络模式是任意的，也可以构成为各波导部件122相互独立地传播不同的信号。
本实施方式中的第1导电部件210上的波导部件122U未具有分支部和弯曲部，但是也可以使作为激励层发挥功能的部分包括具有分支部以及弯曲部中的至少一方的波导部件。如前述，无需使波导装置内的所有导电性杆具有相同的形状。
根据本实施方式，能够使电磁波经由导电性的波导壁203而直接在第1导电部件210中的贯通孔211与第2导电部件220中的贯通孔221之间传播。由于在第2导电部件220上不产生不必要的传播，因此能够在第2导电部件220上配置其他波导、电路板或相机等结构物。因此，能够提高装置的设计的自由度。另外，在本实施方式中，在第1导电部件210与第2导电部件220之间配置有波导壁，但是波导壁也可以配置于其他位置处。
在构成激励层和分配层时，能够利用波导中的各种各样的电路要素。这些例公开于例如美国专利第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、美国专利申请公开第2019/0074569。将这些文献的公开内容全部引用于本申请说明书中。
图24A是示出另一其他变形例所涉及的缝隙天线装置中的一个辐射元件的立体图。该例中的缝隙天线装置还包括具有与导电部件110的正面侧的导电性表面110a相对的导电性表面的其他导电部件150。在该例中，其他导电部件150具有四个其他缝隙111。图24B是在图24A的辐射元件中分开示出导电部件110与其他导电部件160之间的间隔的图。
图22A中的各缝隙112与喇叭状部连通，但是在图24A的例中，缝隙112与腔体180连通。腔体180是被导电性表面110a、配置于导电部件110的正面侧的多个导电性杆170以及其他导电部件150的背面侧的导电性表面包围的平坦的空腔。在图24A、图24B的例中，在多个导电性杆170的末端与其他导电部件150的背面侧的导电性表面之间存在间隙。多个导电性杆170的基部与导电部件110中的导电性表面110a连接。多个导电性杆170也可以采用与其他导电部件150连接的结构。但是，在该情况下，在多个导电性杆170的末端与导电性表面110a之间确保间隙。
其他导电部件150具有四个其他缝隙111，任一缝隙111均与腔体180连通。从缝隙112辐射到腔体180内的信号波经由四个其他缝隙111而辐射到其他导电部件150的正面侧。另外，也可以采用在其他导电部件150的正面侧设置喇叭状部且其他缝隙111向其喇叭状部的底部开口的结构。在该情况下，从缝隙112辐射的信号波经由腔体180、其他缝隙111以及喇叭状部而被辐射。
接下来，对本公开的实施方式中的各贯通孔(缝隙或端口)的形状的变形例进行说明。贯通孔的与轴垂直的截面例如也可以具有以下说明的形状。以下的变形例还能够同样地适用于本公开的任一实施方式中。
图25中的(a)示出了椭圆形状的波导管的例。图中用箭头表示的波导管的长半径La被设定为不会引起高次谐振并且阻抗不会变得过小。更具体地说，在将与工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长设为λo时，La能够被设定为λo/4＜La＜λo/2。
图25中的(b)示出了具有包含一对纵向部分217L以及连接一对纵向部分217L的横向部分217T的H字型形状的波导管的例。横向部分217T与一对纵向部分217L大致垂直，并连接一对纵向部分217L的大致中央部彼此。在这样的H字型形状的波导管中，也以不会引起高次谐振并且阻抗不会变得过小的方式决定了其形状以及大小。将以下两个交点之间的距离设为Lb，该两个交点分别是：横向部分217T的中心线g2与垂直于横向部分217T的H字型形状整体的中心线h2的交点；以及中心线g2与纵向部分217L的中心线k2的交点。将中心线g2与中心线k2的交点跟纵向部分217L的端部之间的距离设为Wb。Lb与Wb之和被设定为满足λo/4＜Lb+Wb＜λo/2。通过相对加长距离Wb，能够相对缩短距离Lb。由此，能够使H字型形状的X方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横向部分217T的长度方向的间隔。
图25中的(c)示出了具有横向部分217T以及从横向部分217T的两端延伸的一对纵向部分217L的波导管的例。一对纵向部分217L的从横向部分217T延伸的方向与横向部分217T大致垂直，并彼此相反。将以下两个交点之间的距离设为Lc，该两个交点分别是：横向部分217T的中心线g3与垂直于横向部分217T的整体形状的中心线h3的交点；以及中心线g3与纵向部分217L的中心线k3的交点。将中心线g3与中心线k3的交点跟纵向部分217L的端部之间的距离设为Wc。Lc与Wc之和被设定为满足λo/4＜Lc+Wc＜λo/2。通过相对加长距离Wc，能够相对缩短距离Lc。由此，能够使图25中的(c)的整体形状的X方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横向部分217T的长度方向的间隔。
图25中的(d)示出了具有横向部分217T以及从横向部分217T的两端沿与横向部分217T垂直的相同的方向延伸的一对纵向部分217L的波导管的例。在本说明书中，有时将这样的形状称作“U字形状”。另外，图25中的(d)所示的形状还能够考虑为H字形状的上半部分的形状。将以下两个交点之间的距离设为Ld，该两个交点分别是：横向部分217T的中心线g4与垂直于横向部分217T的U字形状整体的中心线h4的交点；以及中心线g4与纵向部分217L的中心线k4的交点。将中心线g4与中心线k4的交点跟纵向部分217L的端部之间的距离设为Wd。Ld与Wd之和被设定为满足λo/4＜Ld+Wd＜λo/2。通过相对加长距离Wd，能够相对缩短距离Ld。由此，能够使U字形状的X方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横向部分217T的长度方向的间隔。
本公开的实施方式中的天线装置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天线装置和与该天线装置连接的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天线装置具有能够小型化的多层WRG结构，因此与以往的使用中空波导管的结构相比，能够显著地减小排列有天线元件的面的面积。因此，能够将搭载有该天线装置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天线装置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天线装置以及与该天线装置连接的通信电路(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天线装置内的波导。接收电路能够构成为对经由天线装置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天线装置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。天线装置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。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]
本公开的波导装置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 (12)

1.一种波导装置，其用于传播电磁波，
所述波导装置具有：
第1导电部件，所述第1导电部件具有导电性表面和第1贯通孔；
第2导电部件，所述第2导电部件具有多个导电性杆以及第2贯通孔，所述多个导电性杆分别具有与所述导电性表面相对的末端部，所述第2贯通孔在沿所述第1贯通孔的轴向观察时与所述第1贯通孔重合；以及
导电性的波导壁，所述波导壁包围所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间的空间的至少一部分，所述波导壁被所述多个导电性杆包围，所述波导壁使所述电磁波在所述第1贯通孔与所述第2贯通孔之间传播，
所述波导壁在内侧具有台阶部或倾斜部。
2.根据权利要求1所述的波导装置，其中，
所述波导壁与所述第1导电部件的所述导电性表面连接，
在所述第2导电部件的与所述第1导电部件的所述导电性表面相对的表面跟所述波导壁之间存在间隙。
3.根据权利要求1所述的波导装置，其中，
所述波导壁跟所述第2导电部件的与所述第1导电部件的所述导电性表面相对的表面连接，
在所述第1导电部件的所述导电性表面与所述波导壁之间存在间隙。
4.根据权利要求1所述的波导装置，其中，
所述波导壁与所述第1导电部件的所述导电性表面连接，
所述第2导电部件的与所述第1导电部件的所述导电性表面相对的表面跟所述波导壁接触。
5.根据权利要求1所述的波导装置，其中，
所述波导壁跟所述第2导电部件的与所述第1导电部件的所述导电性表面相对的表面连接，
所述第1导电部件的所述导电性表面与所述波导壁接触。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的波导装置，其中，
所述波导壁具有与E面平行的一对第1内壁面和与H面平行的一对第2内壁面，
所述台阶部或所述倾斜部位于所述一对第1内壁面。
7.根据权利要求2所述的波导装置，其中，
从与所述第1导电部件的所述导电性表面垂直的方向观察时，被所述第1贯通孔、所述第2贯通孔以及所述波导壁的内壁面包围的区域具有如下的H字形状，所述H字形状包含沿第1方向延伸的横向部分和与所述横向部分连接并沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸的一对纵向部分，
所述波导壁的所述内壁面包含与所述一对纵向部分平行的一对第1内壁面，
所述台阶部或所述倾斜部位于所述一对第1内壁面中的所述第2导电部件所在的一侧的缘。
8.根据权利要求3所述的波导装置，其中，
从与所述第1导电部件的所述导电性表面垂直的方向观察时，被所述第1贯通孔、所述第2贯通孔以及所述波导壁的内壁面包围的区域具有如下的H字形状，所述H字形状包含沿第1方向延伸的横向部分和与所述横向部分连接并沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸的一对纵向部分，
所述波导壁的所述内壁面包含与所述一对纵向部分平行的一对第1内壁面，
所述台阶部或所述倾斜部位于所述一对第1内壁面中的所述第1导电部件所在的一侧的缘。
9.一种天线装置，其中，
该天线装置具有第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、背面侧的第2导电性表面以及贯通所述第1导电性表面与所述第2导电性表面之间的缝隙，
所述第1导电性表面具有规定包围所述缝隙的喇叭状部的形状，
所述喇叭状部具有沿与所述缝隙的E面垂直的第1方向延伸的一对内壁面，
所述一对内壁面各自的基部具有沿所述第1方向延伸的突出部。
10.根据权利要求9所述的天线装置，其中，
所述天线装置还具有第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，
所述第2导电部件具有规定贯通孔或脊形波导的波导部件，在所述贯通孔与所述缝隙之间使电磁波相互传播，在所述脊形波导与所述缝隙之间使电磁波相互传播。
11.一种天线装置，其中，
该天线装置具有导电部件，所述导电部件具有正面侧的第1导电性表面、背面侧的第2导电性表面以及贯通所述第1导电性表面与所述第2导电性表面之间的一个以上的缝隙，
所述第1导电性表面具有规定如下的一个以上的喇叭状部以及如下的两个凹部的形状，所述一个以上的喇叭状部分别包围所述一个以上的缝隙，所述两个凹部位于所述一个以上的喇叭状部的两侧，
所述一个以上的喇叭状部以及所述两个凹部在中间隔着导电壁而排列成一列，
所述一个以上的喇叭状部以及所述两个凹部之间的所述导电壁分别具有隔开中央部与所述中央部的两侧的部位的两个槽部。
12.根据权利要求11所述的天线装置，其中，
所述天线装置还具有第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，
所述第2导电部件具有规定贯通孔或脊形波导的波导部件，在所述贯通孔与所述缝隙之间使电磁波相互传播，在所述脊形波导与所述缝隙之间使电磁波相互传播。
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