CN111525268A - 缝隙阵列天线以及无线通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缝隙阵列天线以及无线通信系统。缝隙阵列天线更紧密地排列多个辐射元件。缝隙阵列天线具有第1导电部件和第2导电部件。第1导电部件具有：在第1导电性表面开口的多个第1种缝隙；以及在第2导电性表面开口并沿第1方向排列的多个第2种缝隙。各第1种缝隙的开口沿相对于第1方向倾斜的第2方向延伸。各第2种缝隙包含：沿与第1方向交叉的第3方向延伸的横向部分；以及与横向部分的端部连接并沿与第3方向交叉的第4方向延伸的纵向部分。各第2种缝隙具有在第1导电部件的内部与第1种缝隙连接的两个以上的连接部位。两个以上的连接部位中的至少一个连接部位是第2种缝隙的纵向部分与第1种缝隙连接的部位。

Description

缝隙阵列天线以及无线通信系统

技术领域

本公开涉及缝隙阵列天线。

背景技术

在专利文献1至4中公开了具有人工磁导体的波导结构的例。人工磁导体是以人工方式实现自然界中不存在的理想磁导体(PMC：Perfect Magnetic Conductor)的性质的结构体。理想磁导体具有“表面上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“表面上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，但是例如能够通过多个导电性杆的排列这样的人工结构来实现。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4所公开的波导装置中，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。这些波导装置中的各个波导装置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。

能够在各天线元件中输入输出独立的信号的阵列天线在雷达等传感设备以及无线通信系统等广泛的领域中有用。包含多个喇叭天线元件的阵列天线由于频带宽且损耗也小，因此尤其有用。

专利文献1的图25中公开了具有多个缝隙作为辐射元件(还称作“天线元件”。)的缝隙阵列天线。在该缝隙阵列天线中，在与脊部的上表面相对的导电板上以等间隔配置有多个缝隙的列(辐射元件列)。电磁波从设置有脊部的另一导电板的背面侧供给到脊部上的波导。辐射元件列配置在所传播的电磁波的相位相同的多个部位。通过这样的结构，从多个辐射元件辐射同相位的电磁波。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第8779995号说明书

专利文献2：美国专利第8803638号说明书

专利文献3：欧洲专利申请公开第1331688号说明书

专利文献4：美国专利第10027032号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1的结构中，辐射元件的配置间隔被确定成与波导内的电磁波的波长或其整数倍一致。因此，很难紧密地配置多个辐射元件。在WRG波导中，由于波导内的电磁波的波长比自由空间中的波长大，因此在上述的结构中，辐射元件的配置间隔也比自由空间波长大。其结果是，容易产生栅瓣等不希望的现象。

本公开提供能够更紧密地排列多个辐射元件的缝隙阵列天线。

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具有：第1导电部件，所述第1导电部件具有第1导电性表面以及位于与所述第1导电性表面相反的一侧的第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；波导部件，所述波导部件位于所述第1导电部件与所述第2导电部件之间，所述波导部件具有与所述第2导电性表面或所述第3导电性表面相对的导电性的波导面，所述波导部件在沿所述第2导电性表面或所述第3导电性表面的方向上延伸；以及多个导电性杆，所述多个导电性杆配置在所述波导部件的周围。所述第1导电部件具有：多个第1种缝隙，所述多个第1种缝隙在所述第1导电性表面上开口，并沿第1方向排列；以及多个第2种缝隙，所述多个第2种缝隙在所述第2导电性表面上开口，并沿所述第1方向排列。所述多个第1种缝隙在所述第1导电性表面上的开口具有沿第2方向延伸的形状，所述第2方向相对于所述第1方向倾斜。所述多个第2种缝隙中的各个第2种缝隙包含：沿与所述第1方向交叉的第3方向延伸的横向部分；以及与所述横向部分连接并沿与所述第3方向交叉的第4方向延伸的纵向部分。所述多个第2种缝隙中的各个第2种缝隙具有两个以上的连接部位，在所述第1导电部件的内部，所述两个以上的连接部位与所述多个第1种缝隙中的相邻的两个第1种缝隙连接。所述两个以上的连接部位中的至少一个连接部位是所述第2种缝隙的所述纵向部分与所述第1种缝隙连接的部位。所述波导面与各个所述第2种缝隙的所述横向部分相对，或者在各个所述第2种缝隙的所述横向部分的位置处分割。

发明效果

根据本公开的实施方式，能够更紧密地配置多个辐射元件。

附图说明

图1是示意性地示出波导装置的例的立体图。

图2A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。

图2B是示意性地示出波导装置100的与XZ面平行的截面的其他结构的图。

图3是示意性地示出处于使导电部件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的范围的例的图。

图5A是示出只是波导部件122的作为上表面的波导面122a具有导电性而波导部件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110b、120b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110b、120b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的高度低并且导电部件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是示出导电部件120的导电性表面120a也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是示意性地示出了中空波导管的截面的图。

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的波导装置的截面的图。

图8A是示意性地示出利用WRG结构的缝隙阵列天线200的结构的一部分的立体图。

图8B是示意性地示出缝隙阵列天线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。

图9是示出第1实施方式的缝隙阵列天线的立体图。

图10是示出第1导电部件的第2导电性表面侧的结构的立体图。

图11是示出第2导电部件上的结构的立体图。

图12是放大示出第1导电部件的正面侧的结构的一部分的立体图。

图13是放大示出第1导电部件的正面侧的结构的一部分的俯视图。

图14是示出第2种缝隙的结构的俯视图。

图15A是示出第2种缝隙的内侧的凹部的立体图。

图15B是示出第2种缝隙的内侧的凸部的立体图。

图16是示出第2实施方式的缝隙阵列天线的立体图。

图17是示出第2实施方式的缝隙阵列天线的一部分的截面结构的图。

图18是示出第2导电部件上的结构的例的图。

图19是示出第1种缝隙与第2种缝隙之间的配置关系的俯视图。

图20是示出二维地排列有多个辐射元件的缝隙阵列天线的实施方式的立体图。

图21是示出从图20所示的缝隙阵列天线去除了第1导电部件的结构的立体图。

图22是更详细地示出图20所示的缝隙阵列天线的结构的图。

图23是示出图20所示的缝隙阵列天线的第1导电部件的背面侧的结构的图。

图24A是示出第3实施方式的缝隙阵列天线的立体图。

图24B是从正面侧观察第3实施方式的缝隙阵列天线的图。

图24C是示出第3实施方式的缝隙阵列天线的局部透视立体图。

图24D是示出第3实施方式的缝隙阵列天线的第1导电部件的背面侧的结构的立体图。

图25A是示出第2种缝隙的第1变形例的图。

图25B是示出第2种缝隙的第2变形例的图。

图25C是示出第2种缝隙的第3变形例的图。

图25D是示出第2种缝隙的第3变形例中的与第1种缝隙之间的配置关系的例的图。

图26A是示意性地示出第4实施方式的缝隙阵列天线的立体图。

图26B是示意性地示出第4实施方式的缝隙阵列天线的局部透视立体图。

图26C是示意性地示出第4实施方式的缝隙阵列天线的俯视图。

图27A是示意性地示出第4实施方式的变形例的缝隙阵列天线的立体图。

图27B是示意性地示出第4实施方式的变形例的缝隙阵列天线的第1导电部件的正面侧的结构的俯视图。

图27C是示意性地示出第4实施方式的变形例的缝隙阵列天线的第1导电部件的背面侧的结构的俯视图。

符号说明

100 波导装置

110、120 导电部件

110a、110b 导电部件的导电性表面

112 缝隙

122 波导部件

122a 波导部件的波导面

124 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

126 中空波导管

127 贯通孔(端口)

200 缝隙阵列天线

300、300A、300B、300C、300D 缝隙阵列天线

310 第1导电部件

310a 第1导电性表面

310b 第2导电性表面

311、311A、311B 第1种缝隙

311a 第1种缝隙的基部

312、312A、312B 第2种缝隙

312a 凹部

312b 凸部

312c 第2种缝隙的脊部

312d 第2种缝隙的横向部分

312e 第2种缝隙的纵向部分

313 贯通孔

320 第2导电部件

320a 第3导电性表面

322 波导部件

324 导电性杆

400 电子电路

530 中空波导管

532 中空波导管的内部空间

具体实施方式

在说明本公开的实施方式之前，对能够在本公开的实施方式中使用的WRG波导的结构以及动作的例进行说明。

WRG是能够设置在作为人工磁导体发挥功能的华夫板结构中的脊形波导。这样的脊形波导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，能够高密度地配置天线元件。

图1是示意性地示出这样的波导装置的结构例的立体图。在图1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形状(板状)的导电部件110以及120。在导电部件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。

图2A中示意性地示出了波导装置100的与XZ面平行的截面的结构。如图2A所示，导电部件110在与导电部件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而将导电部件110与导电部件120之间的间隔过大地分开的状态的波导装置100的立体图。如图1以及图2A所示，在实际的波导装置100中，导电部件110与导电部件120之间的间隔窄，导电部件110以覆盖导电部件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阻塞结构。阻塞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位于同一平面上或实质上相同的平面上。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，只要具有沿杆状结构物的至少上表面以及侧面扩展的导电层即可。该导电层也可以位于杆状结构物的表层，但是也可以是表层由绝缘涂装或树脂层构成，而在杆状结构物的表面不存在导电层。并且，导电部件120无需其整体具有导电性。只要导电部件120的表面上的排列有多个导电性杆124的一侧的面120a具有导电性，并且相邻的多个导电性杆124的表面通过导电体而电连接即可。导电部件120的具有导电性的层也可以被绝缘涂装或树脂层覆盖。换句话说，只要导电部件120以及多个导电性杆124的组合的整体具有与导电部件110的导电性表面110a相对的凹凸状的导电层即可。

在导电部件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的两侧分别存在人工磁导体，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。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，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装置100内传播的电磁波(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的宽度、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导电部件110的导电性表面的距离

从导电性杆124的基部124b至导电部件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至导电部件110的导电性表面110a的距离相当于导电部件110与导电部件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，因此导电部件110与导电部件120之间的间隔能够设计成比3.8934mm的一半小。若导电部件110与导电部件120以实现这样的窄间隔的方式相对配置，则导电部件110与导电部件120无需严格地平行。并且，若导电部件110与导电部件120之间的间隔小于λm/2，则导电部件110和/或导电部件120的整体或一部分也可以具有曲面形状。另一方面，导电部件110、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，但是本公开的实施方式并不限于此。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。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本公开的实施方式中的波导装置发挥功能。

(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110a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。

各导电性杆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，各导电性杆124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。

(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，不会作为波导发挥功能。在某一例中，该距离L1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，优选将距离L1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-MechanicalSystem)技术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以及导电部件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和导电部件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110b、120b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，则能够与上述的实施方式同样地工作。

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，则能够与前述的实施方式同样地工作。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中不包含“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530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530的内部空间532的电磁场模式(TE₁₀)的电场的方向。箭头的长度与电场的强度对应。中空波导管530的内部空间532的宽度必须设定成比波长的一半宽。即，中空波导管530的内部空间532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的方式的例的剖视图。在相邻的两个波导部件122之间配置有由多个导电性杆124的列形成的人工磁导体。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530的波导装置的截面。两个中空波导管530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530的金属壁覆盖。因此，无法将电磁波传播的内部空间532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530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天线阵列供电。

图8A是示意性地示出利用如上述的波导结构的缝隙阵列天线200的结构的一部分的立体图。图8B是示意性地示出该缝隙阵列天线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。在该缝隙阵列天线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。

电磁波从未图示的发送电路供给到各波导部件122的波导面122a与导电部件110的导电性表面110a之间的波导。由此，在Y方向上排列的多个缝隙112被激励，从各缝隙112辐射电磁波。

在图8A以及图8B所示的结构中，沿Y方向排列的多个缝隙112(辐射元件)的配置间隔能够被确定成与WRG波导内的电磁波的波长或其整数倍一致。由此，能够从各缝隙112辐射同一相位的电磁波。但是，在这样确定缝隙112的配置间隔的情况下，无法充分地缩小在Y方向上相邻的两个缝隙112之间的间隔，有可能出现产生栅瓣等不希望的现象。

本发明人等为了解决以上课题而想到了以下说明的实施方式的结构。以下，对本公开的例示性的实施方式进行说明。

(实施方式1)

图9是示出本公开的第1实施方式的缝隙阵列天线300的结构的立体图。缝隙阵列天线300具有第1导电部件310和第2导电部件320。第1导电部件310以及第2导电部件320相互隔着间隙而层叠。第1导电部件310以及第2导电部件320例如能够分别对金属板进行加工而成型。导电部件310、320例如还能够分别对已成型的塑料的表面实施电镀加工而制成。

第1导电部件310在正面侧具有第1导电性表面310a，在背面侧具有第2导电性表面310b。在本说明书中，将辐射电磁波的一侧称作“正面侧”，将与该正面侧相反的一侧称作“背面侧”。第2导电部件320在正面侧具有与第2导电性表面310b相对的第3导电性表面320a。第1导电部件310以及第2导电部件320分别具有板形状或块形状。在本实施方式中，导电性表面310a、310b、320a分别平坦，并与XY面平行。

第1导电部件310具有在第1导电性表面310a开口的多个第1种缝隙311。多个第1种缝隙311沿着沿第1导电性表面310a的第1方向(在本实施方式中Y方向)排列。各第1种缝隙311在第1导电性表面310a中的开口具有沿第2方向的形状，该第2方向相对于第1方向(Y方向)倾斜。在本实施方式中，第2方向是相对于Y方向倾斜约45度的方向。第2方向和第1方向形成的角并不限定于45度，能够设定为比0度大且比90度小的任意值。本实施方式中的多个第1种缝隙311沿Y方向以一定的间隔排列。各第1种缝隙311作为辐射元件发挥功能。

图10是示出第1导电部件310的背面侧的结构的立体图。如图10所示，第1导电部件310具有在第2导电性表面310b上开口的多个第2种缝隙312。多个第2种缝隙312也沿第1方向(Y方向)排列。另外，在本实施方式中，第1导电性表面310a与第2导电性表面310b平行。因此，所述第1方向与第1导电性表面310a以及第2导电性表面310b这两者平行。但是，更一般的是，也可以选择第1导电性表面310a与第2导电性表面310b不平行的形态。在这样的情况下，第1种缝隙311以及第2种缝隙312各自的开口分别沿着第1导电性表面310a以及第2导电性表面310b排列，但是在空间上观察时这些开口排列的方向并不一定是相同方向。但是，在空间上，这些两个方向位于同一假想的平面上。在本说明书中，为了便利，在这样的情况，将这些方向看作相同，都称作“第1方向”。第2种缝隙312的个数是第1种缝隙311的个数的一半。在第1导电部件310的内部，各第2种缝隙312与彼此相邻的两个第1种缝隙311连接。各第2种缝隙312具有沿Z轴观察时类似于字母“H”的形状。以下，将这样的形状称作“H字形状”。

图11是示出从缝隙阵列天线300去除第1导电部件310而使第2导电部件320露出的状态的立体图。如图11所示，缝隙阵列天线300在第2导电部件320上具有波导部件322和多个导电性杆324。波导部件322具有从第3导电性表面320a突出的脊状的结构。多个导电性杆324从第3导电性表面320a突出，并配置于波导部件322的周围。波导部件322具有与第2导电性表面310b相对的导电性的波导面322a。波导部件322沿第1方向延伸，波导面322a位于从Z方向观察时与各第2种缝隙312的中央部重合的位置处。在波导面322a与第2导电性表面310b之间规定了波导。

波导部件322的一端经由端口327而与波导管326连接。在端口327的周围也配置有多个导电性杆324。波导管326沿Z方向延伸，并与未图示的发送电路连接。电磁波从发送电路经由波导管326而供给到波导面322a上的波导。

在本实施方式中的波导部件322的波导面322a设置有多个凹部322d。凹部322d是为了调整沿着波导面322a传播的信号波的相位而设置。作为凹部322d的位置，选择了能够适当地改变信号波在各第2种缝隙312的位置处的相位而得到所希望的辐射特性的位置。

波导部件322也可以具有所延伸的方向发生变化的弯曲部。在图11的例中，波导部件322具有两个弯曲部322c。在各弯曲部322c以及与该弯曲部322c相邻的部位，为了阻抗匹配而使波导面322a的高度与其他部位的高度不同。

多个导电性杆324配置在波导部件322的两侧以及端口327的周围而形成人工磁导体。电磁波无法在人工磁导体与第2导电性表面310b之间的空间中传播。因此，电磁波一边在波导面322a与第2导电性表面310b之间的波导中传播，一边对各第2种缝隙312进行激励。若第2种缝隙312被激励，则与该第2种缝隙312连接的两个第1种缝隙311也被激励。由此，能够从各第1种缝隙311辐射电磁波。

第2导电部件320、多个导电性杆324以及波导部件322可以是连续的单一结构体的一部分，也可以相互分离。

与第1导电部件310相比，图9至图11所示的第2导电部件320极薄。并不限定于这样的结构，第2导电部件320也可以具有更厚的结构。第2导电部件320例如也可以具有各导电性杆324的高度的一半左右的厚度。

接着，对本实施方式中的第1种缝隙311和第2种缝隙312的结构进行更详细的说明。

图12是放大示出了第1导电部件310的一部分的图。图13是从正面侧观察第1导电部件310的图。如图示，沿第1方向(Y方向)排列的各个第1种缝隙311的开口沿相对于第1方向倾斜的第2方向延伸，具有接近矩形的形状。各第1种缝隙311的大部分不贯通第1导电部件310而有底。将各第1种缝隙311中的底部分称作基部311a。在基部311a的中央存在沿第2方向延伸的槽部311b。各第1种缝隙311的端部的一部分与背面侧的第2种缝隙312连接，并在该部位贯通第1导电部件310。一个第2种缝隙312与相邻的两个第1种缝隙311连接。各第2种缝隙312与两个第1种缝隙311连接的两个部位贯通第1导电部件310。即，在从与第1导电性表面310a垂直的方向观察时第1种缝隙311与第2种缝隙312重合的部分形成贯通第1导电部件310的正面和背面的贯通孔。

在本实施方式中，第1种缝隙311具有在基部311a的内侧设置有槽部311b的阶梯状的结构。槽部311b沿第1种缝隙311所延伸的方向延伸。槽部311b的宽度比基部311a整体的宽度窄。各第1种缝隙311也可以具有宽度随着从基部311a朝向开口而逐渐扩大的形状。在该情况下，第1种缝隙311也可以不具有槽部311b。这样，通过在基部311a的内侧设置阶梯差或倾斜面，提高阻抗的匹配度。

在图12的例中，第1种缝隙311的基部311a以及槽部311b的一端与第2种缝隙312的一部分连接。通过这样的结构，能够使电磁波在第2种缝隙312与第1种缝隙311之间传播，改变该电磁波的电场方向。在第2种缝隙312的内部，电磁波的电场的主方向与波导部件322所延伸的方向(即Y方向)平行。与此相对，在第1种缝隙311的内部，电场的主方向是从波导部件322所延伸的方向倾斜45度的方向。因而，在以Y方向与铅垂方向一致的方式配置缝隙阵列天线的情况下，能够辐射具有从铅垂方向倾斜45度的方向的电场分量的偏振波。如前述，该倾斜角度并不限于45度。但是，若该角度接近90度，则实质上电磁波不会从第2种缝隙312传播到第1种缝隙311。

如图13所示，在第1方向(Y方向)上相邻的两个第1种缝隙311之间的间隔D1比在第1方向上相邻的两个第2种缝隙312之间的间隔D2窄。在本实施方式中，第1种缝隙311的配置间隔D1是第2种缝隙312的配置间隔D2的约一半。通过这样的结构，能够以比第2种缝隙312高的密度配置由第1种缝隙311规定的辐射元件。在第2种缝隙312的配置间隔D2与WRG波导内的电磁波的波长一致的情况下，能够以该波长的约一半的间隔D1配置辐射元件。由于能够这样紧密地配置辐射元件，因此能够有效地抑制产生栅瓣。

图14是更具体地示出第2种缝隙312的结构的俯视图。各第2种缝隙312包含：沿与第1方向(Y方向)交叉的第3方向(在本实施方式中与X方向一致)延伸的横向部分312d；以及分别与横向部分312d的两端部连接并沿与第3方向交叉的第4方向(在本实施方式中与Y方向一致)延伸的一对纵向部分312e。或者，也可以是横向部分312d与一对纵向部分312e的至少一方交叉的形态。此时，横向部分312d的两个端部中的至少一方越过横向部分312d和纵向部分312e连接的部位而延伸。这样，两个纵向部分312e中的一方与横向部分312d的一处连接，两个纵向部分312e的另一方与跟横向部分312d的上述一处不同的部位连接。第3方向也可以相对于X方向稍微倾斜。同样地，第4方向也可以相对于Y方向稍微倾斜。各第2种缝隙312具有在第1导电部件310的内部分别与两个第1种缝隙311连接的两个连接部位。在本实施方式中，两个连接部位是第2种缝隙312的两个纵向部分312e与两个第1种缝隙311分别连接的部位。各第2种缝隙312的横向部分312d与波导部件322的波导面322a相对。

本实施方式中的第2种缝隙312具有H字形状。横向部分312d与两个纵向部分312e大致垂直，将两个纵向部分312e的大致中央部彼此连接起来。这样的H字形状的缝隙的形状以及尺寸被确定成不会引起高次谐振并且缝隙阻抗不会变得过小。设从H字形状的中心点(即横向部分312d的中心点)至纵向部分312e的任一端部为止的沿横向部分312d以及纵向部分312e的长度的两倍为L。L能够被设定成满足λo/2＜L＜λo的长度。例如，L能够被设定为约λo/2。

在本实施方式中，第2种缝隙312的两个纵向部分312e的一部分成为贯通第1导电部件310的贯通孔。另一方面，横向部分312d不贯通第1导电部件310，在第1导电部件310的内部有底。该横向部分312d位于与在Y方向上相邻的两个第1种缝隙311之间的与第1导电性表面310a相反的一侧。相邻的两个第1种缝隙311之间的第1导电性表面310a的底部位于与横向部分312d的底部相反的一侧。

在本实施方式中，如图10所示，第1导电部件310在第2导电性表面310b具有多个凹部312a以及多个凸部312b。凹部312a与相邻的部分相比扩大波导面322a与第2导电性表面310b之间的间隔。凸部312b与相邻的部分相比缩小波导面322a与第2导电性表面310b之间的间隔。各凹部312a以及各凸部312b与多个第2种缝隙312中的一个第2种缝隙312的横向部分312d以及纵向部分312e相邻。

图15A是示出设置于第2种缝隙312的凹部312a的结构例的立体图。在图15A所示的第2种缝隙312中，与横向部分312d以及两个纵向部分312e相邻设置有一对脊部312c。在一对脊部312c的端面存在两个凹部312a。凹部312a是露出于第2导电性表面310b侧的脊部312c的端面中的比第2导电性表面310b更向里侧凹陷的部位。通过设置凹部312a，能够与相邻的部位相比扩大第2导电性表面310b与波导面322a之间的间隔来局部地减少波导的电容。

图15B是示出设置于第2种缝隙312的凸部312b的结构例的立体图。在图15B所示的第2种缝隙312中，在一对脊部312c的端面存在两个凸部312b。凸部312b是露出于第2导电性表面310b侧的脊部312c的端面中的比第2导电性表面310b更向前侧突出的部位。通过设置凸部312b，能够与相邻的部位相比缩小第2导电性表面310b与波导面322a之间的间隔来局部地增加波导的电容。

在本实施方式中，如图10所示，第2种缝隙312的一对脊部312c的端面的位置随着从电磁波的供电侧(-Y方向侧)朝向波导的终端侧(+Y方向侧)前进而靠近波导面322a。但是，位于最靠终端侧的位置处的第2种缝隙312例外。换句话说，除位于最靠终端侧的位置处的第2种缝隙312之外，第2导电性表面310b与波导面322a之间的间隔随着从供电侧朝向终端侧前进而逐渐变窄。在脊部312c的端面的位置比第2导电性表面310b靠里侧的情况下，该端面成为凹部312a。相反，在脊部312c的端面的位置比第2导电性表面310b靠前侧的情况下，该端面成为凸部312b。在图10的例中，供电侧的四个第2种缝隙312具有凹部312a，紧接着的四个第2种缝隙312具有凸部312b，位于最靠终端侧的位置处的第2种缝隙312不具有凹部和凸部。

如本实施方式，通过调整第2种缝隙312中的一对脊部312c的端面的高度，能够调整WRG波导与第2种缝隙312的耦合强度。通过适当地进行该调整，能够使多个第1种缝隙311进行与目的相应的适当的辐射。在图10的例中，波导与第2种缝隙312的耦合随着从波导的供电侧端部(+Y方向侧)朝向波导的终端(-Y方向侧)前进而增强。通过这样的结构，缝隙阵列天线300例如能够实现余割平方特性。

余割平方特性是指，设从正面方向倾斜的角度为θ时所辐射的电磁波的强度与cosecθ(＝1/sinθ)的平方大致成比例的特性。只要缝隙阵列天线300具有余割平方特性，则例如在作为设置于无线通信基站的天线使用的情况下，能够在近距离至远距离的范围内对电波实现相同程度的接收强度。

在本实施方式中，在所有第2种缝隙312中，与横向部分以及纵向部分相邻的部位与第3导电性表面320a之间的距离不同。并不限于这样的形态，可以采用包含多个第2种缝隙312中的与横向部分以及纵向部分相邻的部位跟第3导电性表面320a之间的距离互不相同的两个以上的第2种缝隙的任意的形态。

(实施方式2)

图16是示出本公开的第2实施方式的缝隙阵列天线300A的结构的立体图。图17是放大示出缝隙阵列天线300A的结构的一部分的剖视图。

在本实施方式中，在Y方向上排列的多个第1种缝隙311的基部311a的深度根据缝隙而不同。如图17所示，多个第1种缝隙311包含基部311a的深度不同的第1种缝隙311A以及311B。

在图17所示的例中，第1种缝隙311B的基部311a的深度比第1种缝隙311A的基部311a的深度大。即，第1种缝隙311A的基部311a位于比第1种缝隙311B的基部311a高的位置处。第1种缝隙311A和第1种缝隙311B沿第1方向(Y方向)交替配置。在Y方向上相邻的两个第1种缝隙311A以及311B与一个第2种缝隙312连接。第1种缝隙311B与第1种缝隙311A相比靠近供电部。

这样，通过根据缝隙而改变基部311a的深度，能够调整在波导部件322上的波导中传播的电磁波的相位。第1种缝隙311A、311B的结构除基部311a的深度不同这一点之外，与第1实施方式中的第1种缝隙311的结构相同。第2种缝隙312的结构与第1实施方式中的第2种缝隙312的结构相同。

图18是示出第2导电部件320、第2导电部件320上的波导部件322以及多个导电性杆324的立体图。图19是示出第1种缝隙311、第2种缝隙312、波导部件322以及导电性杆324的配置关系的俯视图。本实施方式中的波导部件322比第1实施方式中的波导部件322短。如图17至图19所示，在本实施方式中，波导的终端侧的波导部件322的端部322e位于H字形状的第2种缝隙312的横向部分的正下方附近。这样，通过缩短波导部件322的长度，能够调整成从终端侧的辐射元件辐射的辐射量变少。

以上实施方式中的缝隙阵列天线只具有一列沿Y方向(第1方向)排列的多个缝隙的列。本公开并不限定于这样的结构，能够构成具有在与第1方向交叉的方向上排列的多个缝隙列的缝隙阵列天线。通过这样的结构，能够实现二维地配置有辐射元件的阵列天线。

图20是示出多个辐射元件二维地排列的缝隙阵列天线的例的立体图。图21是示出从缝隙阵列天线300B去除第1导电部件310而使第2导电部件320露出的结构的立体图。在该缝隙阵列天线300B中，第1导电部件310具有在X方向以及Y方向上二维地排列的多个第1种缝隙311。第2导电部件320具有在X方向上排列的多个波导部件322。在各波导部件322的两侧配置有多个导电性杆324的列。各波导部件322的供电侧的端部与端口327连接。各端口327是贯通孔，与未图示的微波集成电路等电子电路连接。这样的电子电路作为发送电路或接收电路发挥功能。电子电路例如能够设置于图21所示的第2导电部件320的背面侧。关于朝向各波导部件322上的波导的供电，能够采用各种各样的结构。这些例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。

图22是示出缝隙阵列天线300B的终端侧的局部的截面结构的图。如图22所示，与图17的例同样地，在Y方向上排列的多个第1种缝隙311的基部311a的深度根据缝隙而不同。与一个第2种缝隙312连接的相邻的两个第1种缝隙311中的供电侧的第1种缝隙311B的基部311a的深度比终端侧的第1种缝隙311A的基部311a的深度大。在X方向上相邻的多个第1种缝隙的基部311a的深度均相同。

图23是示出第1导电部件310的背面侧的结构的立体图。如图23所示，多个第2种缝隙312沿X方向以及Y方向二维地配置。在供电侧的五列第2种缝隙312A1、312A2、312A3、312A4、312A5的内侧设置有凹部312a1、312a2、312a3，这些凹部312a1、312a2、312a3通过一对脊部的端面比第2导电性表面310b更向里侧凹陷而成。在图23的例中，位于最靠供电侧的位置处的两列第2种缝隙312A1、312A2的凹部312a1的深度最大，接着，以第三列以及第四列第2种缝隙312A3、312A4的凹部312a2、第五列第2种缝隙312A5的凹部312a3的顺序，脊部的端面的位置随着靠近终端侧而变高。另一方面，在终端侧的四列第2种缝隙312B1、312B2、312B3、312B4未设置有凹部。

与第1实施方式同样地，在本实施方式的缝隙阵列天线中，也能够调整由波导部件322规定的波导与各第2种缝隙312的耦合。例如，能够实现余割平方特性。

在本实施方式中，多个第2种缝隙312中的第2种缝隙312中的一对脊部的端面位于与第2导电性表面310b相同的平面上或位于比第2导电性表面310b靠里侧的位置处。但是，并不限定于这样的结构。例如，与实施方式1同样地，一部分第2种缝隙312的一对脊部的端面也可以是从第2导电性表面310b突出的凸部。通过在多个第2种缝隙312中的至少一个第2种缝隙312的与横向部分以及纵向部分相邻的位置处设置适当深度的凹部或适当高度的凸部的结构，能够根据所需的性能来调整辐射特性。

另外，本实施方式中的二维地排列有辐射元件的结构还能够适用于实施方式1以及后述的其他实施方式的结构。

(实施方式3)

图24A是示意性地示出第3实施方式中的缝隙阵列天线300C的结构的立体图。图24B是示出缝隙阵列天线300C中的第1导电部件310的正面侧的结构的立体图。图24C是示出第1导电部件310的结构的透视立体图。图24D是示出第1导电部件310的背面侧的结构的立体图。

在本实施方式中的缝隙阵列天线300C中，在第1导电部件310侧设置有波导部件322以及多个导电性杆324。在前述的各实施方式中，波导部件322具有从第2导电部件320的第3导电性表面320a突出的脊状的结构。与此相对，在本实施方式中，波导部件322具有从第1导电部件310的第2导电性表面310b突出的脊状的结构。多个导电性杆324也同样地与第2导电性表面310b连接。

如图24A至图24C所示，在本实施方式中，多个第1种缝隙311中的第1种缝隙311在第1导电性表面310a中的开口所延伸的方向也在相对于第1方向(Y方向)倾斜的第2方向上取向。如图24D所示，波导部件(脊部)322具有与第3导电性表面320a相对的导电性的波导面322a，并沿Y方向延伸。多个导电性杆324配置在波导部件322的周围，抑制沿着波导面322a传播的电磁波泄漏。在本实施方式中，波导部件322及其波导面322a在第2种缝隙312的横向部分的位置处被分割。换句话说，波导部件322包含相互分离并沿同一方向延伸的多个脊部。这些脊部的端面之间的间隙与第2种缝隙的横向部分连续。

根据这样的结构，沿着波导部件322中的一个脊部的波导面322a传播的电磁波的一部分经由第2种缝隙312以及两个第1种缝隙311而辐射到外部空间，其他一部分沿着位于其前面的其他脊部传播。通过本实施方式的结构，也能够与前述的实施方式同样地从多个第1种缝隙311辐射电磁波。

以上实施方式中的第2种缝隙312均具有H字形状。但是，第2种缝隙312的形状并不限定于H字形状。以下，对第2种缝隙312的其他形状的例进行说明。

图25A示出了具有Z字形状的第2种缝隙312Z的例。该第2种缝隙312Z具有类似于字母“Z”的截面形状。缝隙312Z具有：沿一个方向延伸的横向部分312d；以及与横向部分312d的两端部连接并沿与横向部分312d交叉的方向延伸的两个纵向部分312e。在以横向部分312d的两端部为起点的情况下，两个纵向部分312e所延伸的方向彼此相反。

图25B示出了具有U字形状的第2种缝隙312U的例。该第2种缝隙312U具有类似于字母“U”的截面形状。缝隙312U也具有：沿一个方向延伸的横向部分312d；以及与横向部分312d的两端部连接并沿与横向部分312d交叉的方向延伸的两个纵向部分312e。与Z字形状的缝隙312Z不同地，在以横向部分312d的两端部为起点的情况下，两个纵向部分312e所延伸的方向相同。

图25C示出了具有L字形状的第2种缝隙312L的例。该第2种缝隙312L具有类似于字母“L”的截面形状。缝隙312L具有：沿一个方向延伸的横向部分312d；以及与横向部分312d的一个端部连接并沿与横向部分312d交叉的方向延伸的纵向部分312e。该第2种缝隙312L与前述的各第2种缝隙的不同点是只具有一个与横向部分312d连接的纵向部分312e。在这样的L字形状的结构中，也能够实现在第1导电部件310的内部将第2种缝隙312L与相邻的两个第1种缝隙311连接起来的结构。例如，如图25D所示，也可以采用第2种缝隙312L的横向部分312d与一个第1种缝隙311重合且第2种缝隙312L的纵向部分312e与另一第1种缝隙311重合的结构。在图25D的结构中，排列有多个第1种缝隙311的方向与排列有多个第2种缝隙312的方向不一致。

也可以使用图25A至图25C中例示的任一第2种缝隙，来代替前述的各实施方式中的H字形状的第2种缝隙312。

(实施方式4)

图26A是示出本公开的第4实施方式的缝隙阵列天线300D的结构的立体图。图26B是示出缝隙阵列天线300D的内部结构的透视立体图。图26C是示出第1种缝隙311与第2种缝隙312之间的配置关系的俯视图。

本实施方式与前述的各实施方式的不同点是一个第2种缝隙312与一个第1种缝隙311连接。本实施方式中的各第2种缝隙312具有接近椭圆的形状。各第2种缝隙312所延伸的方向与波导部件322所延伸的第1方向(Y方向)平行。多个第2种缝隙312中的各个第2种缝隙312相对于波导部件322的波导面的中心线向+X方向或-X方向位移。这样，位移的方向在沿Y方向相邻的两个第2种缝隙312处彼此相反。这样，本实施方式中的多个第2种缝隙312的排列是交错排列(staggered Arrangement)。与前述的各实施方式同样地，第1种缝隙311的开口所延伸的方向是相对于第1方向倾斜的第2方向。各个第2种缝隙312只具有一个在第1导电部件310的内部与第1种缝隙311连接的连接部位。第1导电部件310在该连接部位具有贯通孔313。

图27A是示出本实施方式的变形例的第1导电部件310的结构的立体图。图27B是从正面侧观察本变形例中的第1导电部件310的图。图27C是从背面侧观察本变形例中的第1导电部件310的图。在该例中，各第1种缝隙311具有基部311a和槽部311b。槽部311b与第1种缝隙311的内壁面相邻。槽部311b在相邻的两个第1种缝隙311中从各缝隙的中央部向彼此相反的方向位移。通过这样的结构，能够使第2种缝隙312与第1种缝隙311的连接部位在第1方向上以固定的间隔排列，从而能够实现良好的辐射。

本公开的实施方式中的缝隙阵列天线例如能够利用于无线通信系统。这样的无线通信系统具有：上述的任一实施方式中的缝隙阵列天线；以及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。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并作为模拟或数字信号进行输出。

近年来，已知有被称作大规模MIMO的通信技术。大规模MIMO是通过根据情况而使用100个以上的天线元件来实现通信容量的飞跃性扩大的技术。根据大规模MIMO，能够使用同一频带同时连接多个用户。大规模MIMO在利用20GHz频带等比较高的频率时有用，能够利用于第五代移动通信系统(5G)等的通信。本公开的实施方式的天线阵列能够在使用这样的大规模MIMO的通信系统中利用。

本公开的实施方式中的缝隙阵列天线还能够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。雷达系统具有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，还具有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。

在将本公开的实施方式中的天线装置与能够小型化的WRG结构组合的情况下，与使用以往的中空波导管的结构相比，能够减小排列有天线元件的面的面积。因此，还能够将搭载有该天线装置的雷达系统容易地搭载于狭小的场所。雷达系统例如能够固定于道路或建筑物中来使用。

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天线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。尤其能够用于构筑要求小型以及高增益的天线的各种系统。作为这样的系统的例，能够适宜地用于车载雷达系统、各种监控系统、室内定位系统以及Massive MIMO等无线通信系统等。

Claims (11)

1.一种缝隙阵列天线，其具有：

第1导电部件，所述第1导电部件具有第1导电性表面以及位于与所述第1导电性表面相反的一侧的第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；

波导部件，所述波导部件位于所述第1导电部件与所述第2导电部件之间，所述波导部件具有与所述第2导电性表面或所述第3导电性表面相对的导电性的波导面，所述波导部件在沿所述第2导电性表面或所述第3导电性表面的方向上延伸；以及

多个导电性杆，所述多个导电性杆配置在所述波导部件的周围，

所述第1导电部件具有：

多个第1种缝隙，所述多个第1种缝隙在所述第1导电性表面上开口，并沿第一方向排列；以及

多个第2种缝隙，所述多个第2种缝隙在所述第2导电性表面上开口，并沿所述第1方向排列，

所述多个第1种缝隙在所述第1导电性表面上的开口具有沿第2方向延伸的形状，所述第2方向相对于所述第1方向倾斜，

所述多个第2种缝隙中的各个第2种缝隙包含：沿与所述第1方向交叉的第3方向延伸的横向部分；以及与所述横向部分连接并沿与所述第3方向交叉的第4方向延伸的纵向部分，

所述多个第2种缝隙中的各个第2种缝隙具有两个以上的连接部位，所述两个以上的连接部位在所述第1导电部件的内部与所述多个第1种缝隙中的相邻的两个第1种缝隙连接，

所述两个以上的连接部位中的至少一个连接部位是所述第2种缝隙的所述纵向部分与所述第1种缝隙连接的部位，

所述波导面与各个所述第2种缝隙的所述横向部分相对，或者在各个所述第2种缝隙的所述横向部分的位置处被分割。

2.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，

所述波导部件具有从所述第3导电性表面突出的脊状的结构，

所述波导面与所述第2导电性表面以及各第2种缝隙的所述横向部分相对。

3.根据权利要求1或2所述的缝隙阵列天线，其中，

所述多个第2种缝隙中的至少一个第2种缝隙具有两个所述纵向部分，

所述两个纵向部分中的一个纵向部分与所述横向部分的一处连接，所述两个纵向部分中的另一个纵向部分与所述横向部分的与所述一处不同的部位连接，

所述两个以上的连接部位中的一个连接部位是所述两个纵向部分中的一个纵向部分与所述多个第1种缝隙中的一个第1种缝隙连接的部位，所述两个以上的连接部位中的另一个连接部位是所述两个纵向部分中的另一个纵向部分与所述多个第1种缝隙中的另一个第1种缝隙连接的部位，

所述多个第1种缝隙中的所述一个第1种缝隙与所述另一个第1种缝隙之间的间隔比所述多个第2种缝隙中的相邻的两个第2种缝隙之间的间隔窄。

4.根据权利要求2所述的缝隙阵列天线，其中，

所述第1导电部件在所述第2导电性表面上具有一个以上的凹部，

所述一个以上的凹部中的至少一个凹部与所述多个第2种缝隙中的任一第2种缝隙的所述横向部分以及所述纵向部分相邻。

5.根据权利要求2或4所述的缝隙阵列天线，其中，

所述第1导电部件在所述第2导电性表面上具有一个以上的凸部，

所述一个以上的凸部中的至少一个凸部与所述多个第2种缝隙中的任一第2种缝隙的所述横向部分以及所述纵向部分相邻。

6.根据权利要求2、4、5中任意一项所述的缝隙阵列天线，其中，

所述多个第2种缝隙包含与所述横向部分以及所述纵向部分相邻的部位跟所述第3导电性表面之间的距离彼此不同的两个以上的第2种缝隙。

7.根据权利要求1所述的缝隙阵列天线，其中，

所述波导部件具有从所述第2导电性表面突出的脊状的结构，

所述多个导电性杆与所述第2导电性表面连接，

所述波导面与所述第3导电性表面相对，并在各第2种缝隙的所述横向部分的位置处被分割。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的缝隙阵列天线，其中，

所述多个第1种缝隙中的各个第1种缝隙具有有底的基部，

所述基部包含沿所述第2方向延伸的槽部。

9.根据权利要求8所述的缝隙阵列天线，其中，

与各个所述第2种缝隙连接的所述两个第1种缝隙的所述基部的深度彼此不同。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的缝隙阵列天线，其中，

所述纵向部分的一部分贯通所述第1导电部件，

所述横向部分在所述第1导电部件的内部有底。

11.一种无线通信系统，其具有：

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通信电路。

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