CN208782007U - 波导装置、具备该波导装置的天线装置以及雷达装置 - Google Patents

波导装置、具备该波导装置的天线装置以及雷达装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供波导装置、具有该波导装置的天线装置以及雷达装置。波导装置用于传播自由空间中的最短波长为λm的频带的电磁波。所述波导装置包括：具有导电性表面以及第一贯通孔的第一导电部件；具有在沿所述第一贯通孔的轴向观察时与所述第一贯通孔重合的第二贯通孔以及多个导电性杆的第二导电部件；以及在中间隔着所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间的空间的至少一部分的导电性的一对波导壁。所述一对波导壁被所述多个导电性杆包围，使所述电磁波在所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间传播。所述一对波导壁各自的高度小于λm/2。

Description

波导装置、具备该波导装置的天线装置以及雷达装置
技术领域
本公开涉及一种波导装置以及具备该波导装置的天线装置以及雷达装置。
背景技术
在专利文献1至3以及非专利文献1至3中公开了具备人工磁导体的波导路结构的例。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中公开的波导装置中，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。这样的杆是有时还被称作柱或销的突出部。这些波导装置各自在整体上具备相对的一对导电板。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) 隔着间隙而与另一导电板的导电性表面相对。人工磁导体的具有传播截止频带中所包含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。
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
非专利文献
非专利文献1：H.Kirino and K.Ogawa,"A 76GHz Multi-Layered Phased ArrayAntenna using a Non-Metal Contact Metamaterial Wavegude",IEEE Transaction onAntenna and Propagation,Vol.60,No.2,pp.840-853,February,2012
非专利文献2：A.Uz.Zaman and P.-S.Kildal,"Ku Band Linear Slot-Array inRidge Gapwaveguide Technology,EUCAP 2013,7th European Conference on Antennaand Propagation
实用新型内容
实用新型要解决的课题
根据专利文献1至3以及非专利文献1以及2中公开的波导路结构，能够实现与使用以往的中空波导管的情况相比小型的天线装置。但是，若天线装置变小，则很难构筑用于对各天线元件供电的馈线。
本公开的实施方式提供一种具有适合于小型的天线装置的新型供电结构的波导装置。
用于解决课题的手段
本公开的一方式所涉及的波导装置用于传播自由空间中的最短波长为λm的频带的电磁波。所述波导装置包括：第一导电部件，其具有导电性表面以及第一贯通孔；第二导电部件，其具有第二贯通孔和多个导电性杆，所述第二贯通孔在沿所述第一贯通孔的轴向观察时与所述第一贯通孔重合，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；以及导电性的一对波导壁，所述一对波导壁在中间隔着所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述多个导电性杆包围，使电磁波在所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间传播。所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔中的至少一个贯通孔的与所述轴向垂直的截面具有沿第一方向延伸的横部分。在沿所述轴向观察时，所述一对波导壁在与所述第一方向交叉的第二方向上并排，并且位于所述横部分的中央部的两侧。所述一对波导壁中的一个波导壁在所述第一方向上的至少一个端部与所述一对波导壁中的另一波导壁在所述第一方向上的至少一个端部隔着间隙而相对。所述一对波导壁各自的高度小于λm/2。
实用新型效果
根据本公开的实施方式，能够使电磁波经由一对波导壁贯穿至少一个波导层而传播。此时，能够在该波导层的上层或下层配置其他波导层或激励层。由于能够抑制中间层中的不必要的传播，因此能够提高波导装置的设计的自由度。
附图说明
图1是示意性地示出波导装置所具有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是示意性地示出在波导部件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的图。
图5B是示意性地示出中空波导管130的截面的图。
图5C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。
图5D是示意性地示出并排配置有两个中空波导管130的波导装置的截面的图。
图6A是示出专利文献1的图7所示的相移器的波导路结构的立体图。
图6B是示出专利文献1的图8所示的相移器的波导路结构的剖视图。
图7A是示意性地示出本公开的实施方式1中的波导装置200的一部分的立体图。
图7B是示出图7A所示的第一导电部件210的与第二导电部件220相对的一侧的结构的立体图。
图7C是示出图7A所示的第二导电部件220的与第一导电部件210相对的一侧的结构的立体图。
图7D是示出图7A所示的第二导电部件220的结构的俯视图。
图7E是示意性地示出波导装置200的通过贯通孔211、221的中心的YZ面平行的截面的图。
图8A是示出一对波导壁的其他构成例的剖视图。
图8B是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8C是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8D是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8E是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8F是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8G是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图8H是示出从+Z方向侧观察图8F中的第二导电部件220时的各部的位置关系的图。
图9A是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的其他例的图。
图9B是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的另一其他例的图。
图9C是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的另一其他例的图。
图9D是示出一对波导壁的另一其他构成例的剖视图。
图9E是示出图9D所示的第一导电部件210的与第二导电部件220相对的一侧的结构的立体图。
图9F是示出图9D所示的第二导电部件220的与第一导电部件210相对的一侧的结构的立体图。
图9G是示出从+Z方向侧观察图9D所示的第二导电部件220的结构的俯视图。
图10A、图10B、图10C、图10D是用于对贯通孔211、221的尺寸进行更详细的说明的图。
图11是示意性地示出在开口的形状为H型时形成的电场的强度分布的一例的图。
图12A是示出一对波导壁203分别具有与各导电性杆124相同的形状的例的图。
图12B是示出一对波导壁203的其他例的图。
图12C是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12D是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12E是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12F是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12G是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12H是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12I是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12J是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图12K是图12J中的波导壁203的立体图。
图12L是示出一对波导壁203的另一其他例的图。
图13是示出一对波导壁的其他构成例的图。
图14A是示出第二导电部件220具有多组由贯通孔221以及一对波导壁203构成的组的例的图。
图14B是示出第二导电部件220具有多组由贯通孔221以及一对波导壁203构成的组的其他例的图。
图14C是示出第二导电部件220具有多组由贯通孔221以及一对波导壁203构成的组的另一其他例的图。
图15A是示出在第二导电部件220的下方包含具有WRG结构的第三导电部件 230的例的剖视图。
图15B是示出在第二导电部件220的上下方具有WRG结构的例的剖视图。
图16是从Z轴的正方向侧观察第三导电部件230的俯视图。
图17是示出在第一导电部件210的上方设置有WRG结构的例的剖视图。
图18是从Z轴的正方向侧观察图17中的第一导电部件210的俯视图。
图19是示出组合图15A以及图17的结构的构成例的剖视图。
图20A是示意性地示出能够使电磁波越过两个层而传播的波导装置200的构成例的剖视图。
图20B是示意性地示出能够使电磁波越过两个层而传播的波导装置200的其他构成例的剖视图。
图21是示意性地示出在配置有波导壁203的层形成有其他波导路的构成例的剖视图。
图22是从Z轴的正方向侧观察图21所示的波导装置200中的第二导电部件220 的俯视图。
图23A是示意性地示出实施方式2的天线装置300的俯视图。
图23B是图23A的B-B线剖视图。
图24A是示意性地示出实施方式2的天线装置300的变形例的俯视图。
图24B是图24A的B-B线剖视图。
图25A是示出排列有多个缝隙(开口部)的天线装置(阵列天线)的例的图。
图25B是图25A的B-B线剖视图。
图26A是示出第一导电部件210中的波导部件122U以及导电性杆124U的平面布局的图。
图26B是示出第二导电部件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26C是示出第三导电部件230中的波导部件122L以及导电性杆124L的平面布局的图。
图26D是示出实施方式2的另一其他变形例所涉及的缝隙天线装置中的一个发射元件的立体图。
图26E是在图26D的发射元件中将导电部件110与其他导电部件160之间的间隔分开来示出的图。
图27A是示出只是作为波导部件122的上表面的波导面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27B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27C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覆有金属等导电性材料的结构的例的图。
图27D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27E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的结构的另一例的图。
图27F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27G是示出在图27F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28A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28B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29是示出本车辆500和在与本车辆500相同的车道上行驶的先行车辆502的图。
图30是示出本车辆500的车载雷达系统510的图。
图31A是示出车载雷达系统510的阵列天线AA与多个入射波k之间的关系的图。
图31B是示出接收第k个入射波的阵列天线AA的图。
图32是示出基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一例的框图。
图33是示出车辆行驶控制装置600的结构的另一例的框图。
图34是示出车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例的框图。
图35是示出本应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
图36是示出根据三角波生成电路581生成的信号而调制的发送信号的频率变化的图。
图37是示出“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd的图。
图38是示出通过包括处理器PR以及存储装置MD的硬件实现信号处理电路560 的实施方式的例的图。
图39是示出三个频率f1、f2、f3之间的关系的图。
图40是示出复平面上的合成频谱F1～F3之间的关系的图。
图41是示出求出相对速度以及距离的处理步骤的流程图。
图42是与包括具有缝隙阵列天线的雷达系统510以及车载摄像头系统700的融合装置有关的图。
图43是示出通过将毫米波雷达510和摄像头放置在车厢内的大致相同的位置而各自的视野、视线一致且对照处理变得容易的图。
图44是示出基于毫米波雷达的监控系统1500的结构例的图。
图45是示出数字式通信系统800A的结构的框图。
图46是示出包含能够改变电波的发射图案的发射机810B的通信系统800B的例的框图。
图47是示出装配有MIMO功能的通信系统800C的例的框图。
符号说明
100 波导装置
110 第一导电部件
110a 第一导电部件的导电性表面
112 缝隙
114 喇叭的侧壁
120 第二导电部件
120a 第二导电部件的导电性表面
122、122U、122M、122L 波导部件
122a 波导面
124、124U、124M、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 中空波导管
132 中空波导管的内部空间
140 第三导电部件
145、145L、145M、145U 端口
200 波导装置
203 波导壁
203T 波导壁的开口的横部分
203L 波导壁的开口的纵部分
210 第一导电部件
211 第一贯通孔
203 波导壁
203a 波导壁的第一部分
203b 波导壁的第二部分
220 第二导电部件
221 第二贯通孔
230 第三导电部件
240、250 其他导电部件
253 其他波导壁
253a 其他波导壁的第一部分
253b 其他波导壁的第二部分
290 电子电路
500 本车辆
502 先行车辆
510 车载雷达系统
520 行驶支援电子控制装置
530 雷达信号处理装置
540 通信设备
550 计算机
552 数据库
560 信号处理电路
570 物体检测装置
580 收发电路
596 选择电路
600 车辆行驶控制装置
700 车载摄像头系统
710 摄像头
720 图像处理电路
800A、800B、800C 通信系统
810A、810B、830 发射机
820A、840 接收机
813、832 编码器
823、842 解码器
814 调制器
824 解调器
1010、1020 传感器部
1011、1021 天线
1012、1022 毫米波雷达检测部
1013、1023 通信部
1015、1025 监控对象
1100 主体部
1101 处理部
1102 数据存储部
1103 通信部
1200 其他系统
1300 通信线路
1500 监控系统
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以及2中公开的脊形波导路设置于作为人工磁导体发挥作用的对开式铁芯结构中。根据本公开利用这样的人工磁导体的脊形波导路(以下，有时称作WRG：Waffle-iron Ridge waveGuide。)能够在微波段或毫米波段中实现损耗低的天线馈线。通过利用这样的脊形波导路，还能够高密度地配置天线元件。以下，对这样的波导路结构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作用。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以及2中公开的波导装置中，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。这样的杆是有时还被称作柱或销的突出部。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) 隔着间隙而与另一导电板的导电性表面相对。人工磁导体的具有传播截止频带中所包含的波长的电磁波(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。
图1是示意性地示出这样的波导装置所具备的基本结构的非限定性例的立体图。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 包括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方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方向进行任何限制。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的端部邻接地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。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，并在杆状结构物的表面不存在导电层。并且，只要导电部件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，并且相邻的多个导电性杆124的表面通过导电体电连接即可。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持。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具有与导电性杆124 的高度以及宽度不同的值。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对各部件的尺寸、形状、配置等的例进行说明。
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。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，设导电部件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)为λo。并且，设工作频带中的最高频率的电磁波在自由空间中的波长为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。只要导电部件110与导电部件120以实现这样的窄间隔的方式相对配置即可，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作用。
(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邻接的导电性杆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，也可以是具有细微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作用的范围内，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邻接的导电性杆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邻接的导电性杆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作用。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-Mechanical System)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。
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。这样的波导路结构中的波导部件122的宽度与中空波导管不同，无需具有应传播的电磁波的半波长以上的宽度。并且，还无需由沿厚度方向(与YZ面平行)延伸的金属壁连接导电部件 110与导电部件120。
图5A示意性地示出在波导部件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5A中的三个箭头示意性地示出所传播的电磁波的电场的方向。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5A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5A 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5A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5B为了参考而示意性地示出了中空波导管130的截面。在图5B中用箭头示意性地示出了形成于中空波导管130的内部空间132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130的内部空间132的宽度必须设定成比波长的一半宽。即，中空波导管130的内部空间132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5C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5D为了参考而示意性地示出了并排配置有两个中空波导管130的波导装置的截面。两个中空波导管130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130的金属壁覆盖。因此，无法将电磁波传播的内部空间132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130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阵列天线供电。
在利用如以上的WRG结构而构成小型的阵列天线的情况下，如何对各天线元件供电是问题。配置有天线元件的面的面积由设置位置以及所要求的天线特性决定。若配置天线元件的面的面积因设置位置的限制等而变小，则很难经由波导路对各天线元件进行必要的供电。
为了在有限的空间内对各天线元件进行所希望的供电，利用如图3所示的一维脊形波导路或二维脊形波导路是不够的，需要构成三维(即多层化的)馈线的网络。此时，如何连接不同层中的波导路是重要的问题。另外，在本说明书中，“层”是指被相对的两个导电部件夹持且包含能够传播电磁波的区域的层状的空间。例如，图3所示的第一导电部件110与第二导电部件120之间的空间相当于一个“层”。
专利文献1公开有具有多层化的波导路结构的相移器。为了参考，引用专利文献 1中公开的图对该结构进行说明。
图6A是示出专利文献1的图7所示的相移器的波导路结构的立体图。该相移器包括具有贯通孔27b的上侧导体23和具有贯通孔27a的下侧导体22。下侧导体22 具有沿Z方向延伸的脊部25和其周围的多个柱状突起(杆)24。贯通孔27b和贯通孔27a设置于在Z方向上分离的位置。
图6B是示出专利文献1的图8所示的相移器的波导路结构的剖视图。该相移器包括组合两个图6A所示的相移器的结构。图6B示出了沿脊部25a、25b剖切了将两个相移器的导体22a、22b背靠背的结构时的截面。在该相移器中，电磁波在图示的 A-A的路径中通过贯通孔27ba、27aa、27ab、27bb而传播。通过使导体22a、22b向图中的箭头30的方向滑动，通过贯通孔27ba、27aa、27ab、27bb的电磁波的相位发生变化。由此，能够作为可变相移器工作。
在图6A以及图6B所示的结构中，上侧层中的脊形波导路与下侧层中的脊形波导路借助贯通孔相连。在各贯通孔的附近设置有包含脊部的末端部和多个槽的阻塞结构28、29。由此，抑制高频能量的损耗，能够经由贯通孔在不同的层之间高效地传输电磁波。
通过如以上的结构，能够构成三维馈线的网络。另一方面，有时根据用途需要越过一个以上的层而进行供电。例如，在需要将其他脊形波导路或摄像头等结构物配置在中间层的情况下，要求越过该层进行供电。这样的结构例如能够适用于以下等情况：将与发送用的天线元件连接的馈线和与接收用的天线元件相连的馈线分开设置的情况；或构筑利用摄像头的雷达系统的情况。以往未知在这样的情况下能够使电磁波越过中间层而传输的结构。
本公开的实施方式提供一种能够使电磁波在三个以上的层中传播的新型波导路结构。
以下，对基于本公开的实施方式的波导装置的具体的构成例进行说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已周知的事项的详细说明以及对实际相同的结构的重复说明。这是为了避免以下说明不必要地冗长，便于本领域技术人员理解。另外，发明人等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，并非通过这些限定权利要求书中记载的主题。在以下说明中，对相同或类似的构成要素标注同一参照符号。
＜实施方式1：波导装置＞
图7A是示意性地示出本公开的例示性的实施方式中的波导装置200的一部分的立体图。该波导装置200包括第一导电部件210和第二导电部件220。第一导电部件 210以及第二导电部件220彼此固定于未图示的周边部，并隔着间隙而彼此相对。图 7A中示出了表示相互垂直的X、Y、Z方向的XYZ坐标。第一导电部件210以及第二导电部件220沿XY面扩展。该波导装置200能够在图7A所示的部分的周边包括与参照图1至图4说明的波导装置100相同的WRG结构。通过这样的结构，能够使例如发送波以及接收波中的一个通过第一导电部件210的贯通孔211而沿垂直方向(Z 轴方向)传播，使发送波以及接收波中的另一个借助周边部的WRG结构传播。通过第一导电部件210的贯通孔211而沿垂直方向传播的电磁波还能够如后述那样通过其他层中的WRG结构传播。
图7B是示出图7A所示的第一导电部件210的与第二导电部件220相对的一侧的结构的立体图。第一导电部件210以及第一贯通孔211的内壁均具有导电性的表面。
图7C是示出图7A所示的第二导电部件220的与第一导电部件210相对的一侧的结构的立体图。第二导电部件220具有第二贯通孔221、隔着第二贯通孔221的中央部而存在的一对波导壁203(凸部)以及包围一对波导壁203的多个导电性杆124。一对波导壁203在Y方向上并排。多个导电性杆124沿X方向以及Y方向呈行列状排列。另外，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。贯通孔221的内壁、一对波导壁203以及多个导电性杆124均具有导电性的表面。
图7D是示出第二导电部件220的从+Z方向侧观察的结构的俯视图。在图7D中，为了容易理解，只是一对波导壁203用阴影线示出。在之后的图中也相同地，有时只将一对波导壁203用阴影线示出。本实施方式中的第二贯通孔221的开口具有以下部分，该部分分别是：沿第一方向(图7D的例中为X方向)延伸的横部分221T；以及从所述横部分的两端沿与所述第一方向交叉的方向延伸的一对纵部分221L。横部分221T的两端与一对纵部分221L的中央部连接。由于这样的形状类似于字母“H”，因此有时称作“H型形状”。在本实施方式中，第一贯通孔211也同样具有H型形状。另外，本说明书中的“横部分”这一术语并不限定本公开中的波导装置或天线装置在实际使用时的姿势。各贯通孔的横部分延伸的方向既有与水平方向一致的情况，又有与铅垂方向或倾斜方向一致的情况。
各贯通孔211、221的内壁面具有向内侧突出的两个突出部。两个突出部之间的部分相当于横部分221T。在图7D的例中，纵部分221L与横部分221T垂直地延伸，但是并非必须垂直地延伸。这样的开口形状能够称作“双突出部形状”。在图7D的例中，H型形状的横部分221T与X轴方向平行，但是横部分221T也可以相对于X轴方向倾斜。
具有H型形状的贯通孔221被设计成从横部分221T的中心点至纵部分221L的任一端部的沿横部分221T以及纵部分221L的长度的两倍为λo/2以上。由此，能够使电磁波沿一对突出部以及一对波导壁203的侧面传播。通过将各贯通孔211、221 设成H型形状，能够缩小开口的沿横部分221T的方向的大小。
如后述，贯通孔211、221也可以具有与H形状不同的形状。例如，也可以具有只包含沿X方向延伸的横部分的形状(以下，有时称作“I形状”)。第一贯通孔211 和第二贯通孔221也可以不具有相同的形状。第一贯通孔211以及第二贯通孔221 的形状、大小以及配置能够在能够彼此传播电磁波的范围内自由选择。第一贯通孔 211中的横部分和第二贯通孔221中的横部分也可以不沿相同的方向延伸。只要第一贯通孔211以及第二贯通孔221中的至少一个贯通孔的与轴向垂直的截面具有沿第一方向延伸的横部分即可。
在沿各贯通孔211、221的轴向(在图7D的例中为Z方向)观察时，一对波导壁203在与第一方向交叉的第二方向(在图7D的例中为Y方向)上并排，并位于横部分221T的中央部的两侧。一对波导壁203被多个导电性杆124包围，使电磁波在第一贯通孔211与第二贯通孔221之间传播。一对波导壁203分别具有与各导电性杆 124相同的形状。各波导壁203也可以具有与各导电性杆124不同的形状。
图7E是示出图7D中的E-E线截面的图。图7E示意性地示出了波导装置200 的通过贯通孔211、221的中心的YZ面平行的截面。一对波导壁203、多个导电性杆 124以及第二导电部件220可以是各自分体的部件，也可以构成彼此相连的一个部件。在各构成要素相连而构成一个部件的情况下，虽然在构成要素之间没有明确的边界，但是在图7E以及之后图中，为了容易理解度而明确示出了构成要素之间的边界线。
如图7E所示，第二导电部件220中的一对波导壁203的顶面(上表面)与第一导电部件210的导电性表面210a相对，在两者之间存在间隙。一对波导壁203中的彼此相对的侧面与第二贯通孔221的内壁面连接。通过这样的结构，能够使电磁波沿第一贯通孔211的内壁面、波导壁203的相对的两个侧面以及第二贯通孔221的内壁面在Z方向上传播。各波导壁203的侧面也可以带有阶梯差地与第二贯通孔221的内壁面连接。
第一贯通孔211沿轴211a贯通第一导电部件210。将该轴211a称作“第一贯通孔的轴”。第二贯通孔221沿轴221a贯通第二导电部件220。将该轴221a称作“第二贯通孔的轴”。第二贯通孔221以在沿第一贯通孔211的轴向观察时与第一贯通孔211 重合的方式存在。在此，所谓“重合”不仅包含完全重合的情况，还包含局部重合的情况。即，在从未配置有第二导电部件220的一侧向轴211a的方向观察第一贯通孔211 时，第一贯通孔211与第二贯通孔221至少局部重合。
在本实施方式中，第一导电部件210的导电性表面210a呈平面状。第一贯通孔211与导电性表面210a垂直地贯通第一导电部件210。第二贯通孔221沿第一贯通孔 211的轴向而贯通第二导电部件220。即，第一贯通孔211的轴211a与第二贯通孔 221的轴221a一致。但是，并不限于这样的结构，轴211a、221a也可以稍微偏离。并且，轴211a、221a的方向也可以相对于Z轴稍微倾斜。
在本实施方式中，第一贯通孔211、各波导壁203以及第二贯通孔221的内壁的 XY截面的形状固定而不依赖于Z方向的位置。但是，并不限于这样的实施方式，还能够使用XY截面的形状根据Z方向的位置发生变化的贯通孔或波导壁。
与其他部件相同地，各波导壁203只要至少表面由导电性的材料构成，则并非必须整体具有导电性。一对波导壁203只要在中间隔着第一贯通孔211与第二贯通孔 221之间的空间的至少一部分即可。一对波导壁203只要能够使电磁波在第一贯通孔 211与第二贯通孔221之间传播，则其结构是任意的。
波导装置200用于传播自由空间中的中心波长为λo、最短波长为λm的频带的电磁波。波长λo是例如属于毫米波的频带的波长(1mm以上且小于10cm)，在本实施方式中为约4mm。各波导壁203的高度小于λm/2。更优选各波导壁203的高度和各波导壁203与导电性表面210a之间的间隙的长度的总和被设定为小于λm/2。在此，“波导壁203的高度”是指从波导壁203的与第二导电部件220连接的部分(基部)至波导壁203的顶面的距离。“间隙的长度”是指该间隙的Z方向的长度。
如后述，各波导壁203也可以分离成与第一导电部件210连接的第一部分和与第二导电部件220连接的第二部分。在该情况下，波导壁203的第一部分的高度和第二部分的高度的总和被定义成该波导壁203的高度。
通过将波导壁203的高度设成小于λm/2，能够抑制通过波导壁203时的信号波的反射，使信号波高效地传播。在本实施方式中，由于在各波导壁203与导电性表面 210a之间存在间隙，无需使两者接触，因此具有容易制造的优点。
各波导壁203的顶面的Y方向(第二方向)上的厚度小于λm/2。该条件是为了防止在波导壁203的顶面上产生最低次的谐振而设定的。由此，能够抑制电磁波向波导壁的外侧泄漏。
在本实施方式中，各波导壁203的高度与周围的导电性杆124的高度相同。因此，能够利用简易的工艺来在第二导电部件220上形成一对波导壁203和多个导电性杆 124。但是，并非必须限定于这样的实施方式。各波导壁203的高度也可以与各导电性杆124的高度不同。
图8A是示出一对波导壁203的其他构成例的剖视图。在该例中，一对波导壁203 分别具有分离的两个部分。两个部分是与第一导电部件210连接的第一部分203a以及与第二导电部件220连接的第二部分203b。在该例中，波导壁的第一部分203a的高度比第二部分203b的高度小。在第一部分203a与第二部分203b之间存在间隙。各波导壁203中的第一部分203a以及第二部分203b各自的顶面在Y方向上的厚度小于λm/2。
图8B是示出一对波导壁203的另一其他构成例的剖视图。在该例中，各波导壁 203的第一部分203a的高度比第二部分203b的高度大。在该例中，也在第一部分203a 与第二部分203b之间存在间隙。各波导壁203中的第一部分203a以及第二部分203b 各自的顶面在Y方向上的厚度被设定为小于λm/2。为了进一步降低电磁波的泄漏，也可以将各波导壁203顶面的厚度、波导壁203与导电性杆124之间的空间的宽度的一半以及从导电性杆124的高度减去波导壁203的第二部分203b的高度之后的长度的总和(图8B所示的箭头的长度)设成小于λm/2。由此，能够防止在从波导壁的间隙的入口至导电性杆124的末端部的区域产生最低次的谐振。
图8C是示出一对波导壁203的另一其他构成例的剖视图。在该例中，波导壁203 的两端分别与第一导电部件210以及第二导电部件220连接。在该例中，波导壁203 的高度、第一导电部件210的厚度以及第二导电部件220的厚度的总和被设计成小于λm/2。即，被第一贯通孔211、一对波导壁203以及第二贯通孔221包围的空间在Z 方向上的长度被设计成小于λm。由此，能够防止产生最低次的谐振，降低因信号波通过第一贯通孔211、波导壁203以及第二贯通孔221时的反射引起的能量损耗。
图8D是示出一对波导壁203的另一其他构成例的剖视图。在该例中，各波导壁 203只包含与第一导电部件210相连的部分。而且，多个导电性杆124的一部分与第一导电部件210的导电性表面210a连接。波导壁203的高度也可以与导电性杆124 的高度相同或不同。在波导壁203与第二导电部件220之间存在间隙。为了防止电磁波的能量从间隙泄漏，波导壁203的顶面在Y方向上的厚度被设定为小于λm/2。
图8E是示出一对波导壁203的另一其他构成例的剖视图。在该例中，各波导壁 203只包含与第一导电部件210和第二导电部件220均不连接的单一的部分。该波导壁203通过未图示的部件而固定于第一导电部件210以及第二导电部件220。在波导壁203与第一导电部件210之间以及波导壁203与第二导电部件220之间这两者存在间隙。为了防止电磁波的能量从间隙泄漏，各波导壁203的顶面的厚度被设定为小于λm/2。在该例中，各波导壁203的顶面是指与第一导电部件210的导电性表面210a 相对的面以及与第二导电部件220的导电性表面220a相对的面这两者。
无论是以上哪一种结构，多个导电性杆124中的最靠近各波导壁203的导电性杆124的外周与该波导壁203的外周之间的距离都被设定为小于λm/2。即，最靠近各波导壁203的导电性杆124与该波导壁203之间的间隙的大小小于λm/2。由此，能够防止在波导壁203与导电性杆124之间的间隙中产生不必要的谐振。
第一导电部件210以及第二导电部件220中的至少一个以及一对波导壁203也可以构成相连的一个部件。换句话说，第一导电部件210以及第二导电部件220中的至少一个以及一对波导壁203能够是单一结构体的一部分。在各波导壁203被分成第一部分203a和第二部分203b的结构中，也可以使第一导电部件210和第一部分203a 是单一结构体的一部分，使第二导电部件220和第二部分203b是其他单一结构体的一部分。这样的单一结构体例如由相同的材料构成，能够是经切削、铸造或冲压成型等工序而制造的单一部件。单一结构体例如还能够使用3D打印机制造。这样的构成要素之间的边界不明确的结构也包含于本公开的实施方式。
图8F示出在各波导壁203的侧面中的隔着间隙而相对的侧面与第二贯通孔221 的内壁面之间带有阶梯差的结构的例。该结构还能够表现为第二导电部件220的导电性表面220a扩展至第二贯通孔221的开口的边缘与各波导壁203的侧面之间的结构。
图8G示出各波导壁203的侧面中的隔着间隙而相对的侧面具有沿着穿过该侧面的方向(X方向)延伸的阶梯差的结构的例。另一方面，在该侧面与贯通孔221的内周面之间不存在阶梯差。作为另一其他例，贯通孔221的内周面也可以具有相同的阶梯差。这样的结构也包含于本公开的实施方式。如这些例，一对波导壁203的相对的侧面之间以及被贯通孔221的内周面包围的空间在Y方向上的大小也可以沿着Z方向发生变化。通过使一对波导壁间的间隔沿波导部件的厚度方向不同，能够减少通过贯通孔221的电磁波的损失。
图8H示出从+Z方向侧观察图8F中的第二导电部件220时的各部的位置关系。在该图中，一对波导壁203之间隔着贯通孔221的横部分221T，但是横部分221T侧的各波导壁203的侧面与横部分221T的内周面不一致。波导壁203的侧面位于从横部分221T的开口的边缘向远离开口的中央的方向偏离的位置。
本实施方式中的贯通孔211、221具有H型形状，但是也可以具有其他形状。以下，例示贯通孔211、221的形状的其他例。在以下说明中虽然提及贯通孔221，但是关于贯通孔211也能够进行相同的变形。
图9A是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的其他例的图。该例中的贯通孔221的与XY面平行的截面的形状呈只包含沿X方向延伸的横部分的I型形状。根据I型形状的贯通孔211、221，能够缩小Y方向的尺寸。在图9A所示的例中，贯通孔221具有接近椭圆的形状，但是贯通孔221也可以具有矩形形状。开口的长度方向(X方向)的尺寸被设定为大于λo/2的尺寸。与图7D的结构相比，虽然长度方向 (X方向)的大小增大，但是简化了孔的形状。
图9B是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的另一其他例的图。在该例中，贯通孔221的内壁面具有向内侧突出的一个突出部。有时将这样的形状称作“U 型形状”或“单突出部形状”。通过这样的形状，能够使电磁波沿着突出部以及一对波导壁203的侧面传播。该例中的开口具有沿X方向延伸的一个横部分221T和从横部分221T的两端向作为相同的方向的+Y方向延伸的一对纵部分221L。在该例中，从一对纵部分221L中的一个纵部分的端部(图9B中的右上的端部)至另一纵部分的端部(图9B中的左上的端部)的沿一对纵部分221L以及横部分221T的长度被设计成大于λo/2的尺寸。
图9C是示意性地示出贯通孔221的XY截面的形状的另一其他例的图。该例中的截面形状具有沿X方向延伸的一个横部分221T和从横部分221T的两端向彼此不同的方向(+Y方向和-Y方向)延伸的一对纵部分221L。由于这样的形状类似于字母“Z”或反转“Z”的形状，因此有时称作“Z型形状”。开口的截面形状被设计成：从Z 型形状的中心点(横部分221T的中心点)至端部(纵部分221L的任一纵部分的端部)的沿横部分221T以及纵部分221L的长度的两倍为λo/2以上。
图9D是示出一对波导壁203的另一其他构成例的剖视图。图9E是示出图9D所示的第一导电部件210的与第二导电部件220相对的一侧的结构的立体图。图9F是示出图9D所示的第二导电部件220的与第一导电部件210相对的一侧的结构的立体图。图9G是示出从+Z方向侧观察图9D所示的第二导电部件220的结构的俯视图。
在该例中，波导壁203被分成第一部分203a和第二部分203b。第一部分203a 的高度比第二部分203b的高度大。第二部分203b的高度是导电性杆124的高度的一半。如图9E所示，第一部分203a未分割成两个部分。另一方面，如图9F所示，在该例中，第二部分203b被一对槽204分割成两个部分。如图9G所示，从与第二导电性表面220a垂直的方向观察时，贯通孔221的纵部分221L各自的中央部位于一对槽204之间。一对槽204在X方向上并排。在这样的结构中，第二部分203b中的被槽204分割的两个部分相当于在第二方向上并排的“一对波导壁”。
各槽204的底面到达第二导电性表面220a。即，在各槽204的底面与第二导电性表面220a之间不存在阶梯差。一对槽204将第二部分203b完全分割成两个部分。但是，并不限于完全分割的实施方式。还能够采用槽204到达至第二部分203b的中途的实施方式。在该情况下，被分割的是第二部分203b的上端侧、即离导电性表面 220a较远的一侧。并且，也可以采用第一部分203a被一对槽分割而不是第二部分203b 被一对槽分割的结构。关于采用哪一种实施方式，在设计时为了获得所希望的特性而适当地选择。在即使调节壁的高度或厚度等尺寸也无法充分地抑制通过贯通孔221 的信号波的损失的情况下，如此处说明的结构是有效的。通过采用第一部分203a或第二部分203b被分割成两个部分的结构，有时能够进一步减少损失。
图10A、图10B、图10C、图10D是用于对贯通孔211、221的尺寸进行更详细的说明的图。在以下说明中，虽然提及第二贯通孔221，但是关于第一贯通孔211也同样适用以下说明。
图10A示出了椭圆形状的贯通孔221的例。图中用箭头示出的贯通孔221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，在设与工作频带的中心频率对应的自由空间中的波长为λo时，La能够被设定为λo/4＜La＜λo/2。另外，关于非椭圆形状而矩形形状的贯通孔，也同样能够将长边的长度La设定成λo/4＜La＜λo/2。
图10B示出了具有一对纵部分221L以及连接一对纵部分221L的横部分221T的 H型形状的贯通孔221的例。横部分221T与一对纵部分221L大致垂直，并连接一对纵部分221L的大致中央部之间。在这样的H型形状的贯通孔221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其形状和大小。设两个交点之间的距离为Lb，该两个交点分别是：横部分221T的中心线g2与垂直于横部分221T的H型形状整体的中心线h2的交点；以及中心线g2与纵部分221L的中心线k2的交点。设中心线g2与中心线k2的交点同纵部分221L的端部之间的距离为Wb。Lb与Wb之和被设定为满足λo/4＜Lb+Wb＜λo/2。通过使距离Wb相对变长，能够使距离Lb相对变短。由此，能够使H型形状的X方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横部分221T的长度方向的间隔。
图10C示出了具有横部分221T以及从横部分221T的两端延伸的一对纵部分 221L的贯通孔221的例。一对纵部分221L的从横部分221T延伸的方向与横部分221T 大致垂直，且彼此相反。设两个交点之间的距离为Lc，该两个交点分别是：横部分 221T的中心线g3与垂直于横部分221T的整体形状的中心线h3的交点；以及中心线 g3与纵部分221L的中心线k3的交点。设中心线g3与中心线k3的交点同纵部分221L 的端部之间的距离为Wc。Lc与Wc之和被设定为满足λo/4＜Lc+Wc＜λo/2。通过使距离Wc相对变长，能够使距离Lc相对变短。由此，能够使图10C的整体形状的X 方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横部分221T的长度方向的间隔。
图10D示出了具有横部分221T以及从横部分221T的两端向与横部分221T垂直的相同方向延伸的一对纵部分221L的贯通孔221的例。图10D所示的形状还能够考虑为H型形状的上半部分的形状。设两个交点之间的距离为Ld，该两个交点分别是：横部分221T的中心线g4与垂直于横部分221T的U型形状整体的中心线h4的交点；以及中心线g4与纵部分221L的中心线k4的交点。设中心线g4与中心线k4的交点同纵部分221L的端部之间的距离为Wd。Ld与Wd之和被设定为满足λo/4＜Ld+Wd ＜λo/2。通过使距离Wd相对变长，能够使距离Ld相对变短。由此，能够使U形状的X方向的宽度例如小于λo/2，从而能够缩短横部分221T的长度方向的间隔。
图11是示意性地示出在开口的形状为H型形状时形成的电场的强度分布的一例的图。在电磁波传播时，在贯通孔内形成如图11中例示的电场。在图11中，电场的方向用箭头示出，电场的强度用箭头的长度示出。电场在一对突出部之间、即横部分的中央部相对较强，在突出部的周边部相对较弱。电磁波以这样的电场分布主要沿着突出部传播。
接下来，参照图12A至图12L对一对波导壁203的变形例进行说明。
图12A示出了如本实施方式那样一对波导壁203分别具有与各导电性杆124相同的形状的其他例。各波导壁203也可以由与导电性杆124完全相同的材料构成。在该情况下，各波导壁203还能称作多个导电性杆124的一部分。
图12B是示出一对波导壁203的其他例的图。在该例中，各波导壁203的第一方向(X方向)上的宽度比前述例大。通过使用这样宽度大的波导壁203，能够抑制在贯通孔211、221内传播的电磁波的泄漏。
图12C至图12E是示出一对波导壁203的另一其他例的图。在这些例中，各波导壁203的Y方向的尺寸(厚度)比各导电性杆124的Y方向的尺寸大。各波导壁 203的Y方向的厚度例如能够被设定为λo/8以上且1.2λo/4以下。通过设成该尺寸范围，能够更加可靠地抑制电磁波从贯通孔211、221泄漏。在图12C的例中，贯通孔 221具有H型形状，但是在图12D以及图12E的例中，贯通孔221具有I型形状。图12E的例中的贯通孔221的Y方向的尺寸比图12D中的贯通孔221的Y方向的尺寸大。具体地说，图12D中的贯通孔221的Y方向的尺寸和与贯通孔221邻接的导电性杆124的Y方向的宽度相等。与此相对，图12E的例中的贯通孔221的Y方向的尺寸比与贯通孔221相邻的导电性杆124的Y方向的宽度大，且比该宽度的例如三倍小。
图12F是示出一对波导壁203的另一其他例的图。在该例中，各波导壁203的X 方向以及Y方向的尺寸分别比导电性杆124的X方向以及Y方向的尺寸大。各波导壁203的Y方向的厚度例如能够被设定为λo/8以上且1.2λo/4以下。通过设置这样大的波导壁203，能够更加可靠地抑制电磁波的泄漏。
在图7A至图7E、图8H、图9A至图9C以及图12A至图12F所示的各例中，贯通孔221的长边方向的尺寸、即X方向的尺寸比沿贯通孔221的长边配置的波导壁203的X方向的尺寸大。即，在从轴向观察时，贯通孔221的长边方向的两端从波导壁203的端部突出。而且，该贯通孔221的端部被导电性杆124包围。即使是这样的结构，也能够抑制在贯通孔221内传播的电磁波的泄漏。
图12G至图12I是示出一对波导壁203的另一其他例的图。在这些例中，各波导壁203的X方向(第一方向)的尺寸沿着Y方向发生变化。在图12G的例中，各波导壁203的X方向的尺寸在远离贯通孔221的点处缩小。在图12H的例中，各波导壁203的X方向的尺寸随着Y坐标的增加而扩大。在图12I的例中，各波导壁203 的X方向的尺寸在远离贯通孔203的点处扩大。无论在这些中的哪一例中，各波导壁203中的与贯通孔221的横部分的中央部邻接的部分的Y方向的厚度都例如能够被设定为λo/8以上且1.2λo/4以下。通过设成该尺寸范围，能够更加可靠地抑制电磁波从贯通孔211、221泄漏。
图12J至图12L是示出一对波导壁203局部相连的另一其他例的图。在图12J的例中，一对波导壁203在基部处相连。在该情况下，波导壁203的基部是指波导壁 203中的与导电性表面220a连接的一侧的部分。另一方面，一对波导壁203在与基部相反的一侧的末端侧分离。即，在图12J中，一对波导壁203的至少末端部侧在X 方向上的两端处被间隙隔开。图12K是图12J中的波导壁203的立体图。省略了包围波导壁203的导电性杆124。图12L示出了另一其他例。在图12L的例中，一对波导壁203不仅在基部侧连接，而且在+X方向侧的端部处连接至末端部。但是，一对波导壁203的末端部侧在-X方向侧的端部处被间隙隔开。
如以上例，一对波导壁203中的一个波导壁的第一方向(X方向)上的至少一个端部与一对波导壁203中的另一波导壁的第一方向上的至少一个端部隔着间隙而相对。换句话说，一对波导壁203并不完全包围贯通孔221的周围，而是只包围周围的一部分。
图13是示出一对波导壁203的另一其他构成例的图。在该例中，各波导壁203 分割成图13中的右侧和左侧的两个部分。即使在使用这样的波导壁203的情况下，也能够在相对的突出部203r之间形成较强的电场，因此能够与前述例相同地传播电磁波。
在以上的各例中，对第一导电部件210以及第二导电部件220分别具有一个贯通孔的情况进行了说明。但是，第一导电部件210以及第二导电部件220也可以分别具有多个贯通孔。
图14A示出了第二导电部件220具有多组由贯通孔221以及一对波导壁203构成的组的例。图14B示出了与图14A的例相比扩大了在Y方向上相邻的贯通孔221 的间隔的例。图14C示出了扩大图14B的例中的各波导壁203的X方向的尺寸的例。在这些例中，第一导电部件210也同样具有多个贯通孔。从Z方向观察时，第一导电部件210中的多个贯通孔分别与第二导电部件210中的多个贯通孔221重合。根据这样的结构，能够使各不相同的信号波在多个贯通孔221中传输。在图14A至图14C 的例中，贯通孔221的数量是四个，但是也可以是其他数量。
接下来，对组合本实施方式中的波导装置200和前述的脊形波导路(WRG)的例进行说明。本实施方式中的波导装置200能够通过与前述的WRG结构组合而构成与目的相应的各种各样的馈线。
图15A是示出在第二导电部件220的下方包含具有WRG结构的第三导电部件 230的例的剖视图。第三导电部件230具有沿Y方向延伸的波导部件122和位于波导部件122的两侧的多个导电性杆124。在此，能够将配置于第三导电部件230的上侧的面的多个导电性杆124称作第二多个导电性杆。波导部件122的波导面以及导电性杆124的末端部与第二导电部件220的导电性表面220b相对。
图15B是示出在第二导电部件220的上下侧具有导电性杆124的例的剖视图。在第二导电部件220的下侧的面配置有多个导电性杆124以及波导部件122。能够将配置于第二导电部件220的上侧的面(导电性表面220a)的多个导电性杆124称作第一多个导电性杆124，将配置于第二导电部件220的下侧的面(导电性表面220b) 的多个导电性杆124称作第二多个导电性杆124。第三导电部件230是配置于第二导电部件220的下方的板状的部件，具有与导电性表面220b相对的导电性表面230a。在该例中，第二导电部件220的下侧的波导部件122沿Y方向延伸，并在其两侧并排有多个导电性杆124。该波导部件122的波导面以及导电性杆124的末端部与第三导电部件230的导电性表面230a相对。并且，第二贯通孔221在波导部件122的波导面的端部或其他部分开口。
图16是从Z轴的正方向观察图15A中的第三导电部件230的俯视图。在波导部件122的两侧形成有由多个导电性杆124的排列构成的人工磁导体。在波导部件122 的一端沿Y方向并排有多个导电性杆124，形成了阻塞结构129。阻塞结构129包含末端被开放的波导部件122的端部和在波导部件122的端部的延长方向上并排的高度为约λo/4的多个导电性杆124。通过阻塞结构129，能够抑制电磁波从波导部件122 的一端泄漏，从而能够高效地传输电磁波。
第三导电部件230具有与波导部件122的另一端靠近的端口(开口部)145。电磁波能够从未图示的发送电路(电子电路)经由端口145供给到波导部件122上的波导路。相反，在波导部件122上的波导路中传播的电磁波能够经由端口145再传输到下层的波导路。另外，第三导电部件230中的波导部件122的波导面只要在其任意部位与第二贯通孔221相对即可。
图17是示出在第一导电部件210的上方设置有WRG结构的例的剖视图。在该例中，第一导电部件210在与导电性表面210a相反的一侧的表面具有波导部件122 和多个导电性杆124。波导部件122的一端与第一贯通孔211的侧壁连接。其他导电部件240与第一导电部件210相对配置。导电部件240的导电性表面240a与波导部件122的波导面以及导电性杆124的末端部相对。在导电性表面240a与波导面之间形成有波导路。
图18是从Z轴的正方向侧观察图17中的第一导电部件210的俯视图。条状(有时还称作“带形状”。)的波导部件122从第一导电部件210中的第一贯通孔211的位置向Y轴的负方向延伸。多个导电性杆124在波导部件122的周围排列成二维状。由这些导电性杆124形成人工磁导体。通过波导壁203以及第一贯通孔211的电磁波能够沿着波导部件122上的波导面传播。波导部件122上与导电性表面240a之间的波导路也可以与未图示的至少一个天线元件(例如缝隙)连接，或者还可以与上部层的波导路连接。
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”。另外，关于在波导面122a上设置有高度或宽度发生变化的部分的情况，只要是包含从波导面122a的法线方向观察时沿一个方向延伸的部分的形状，也相当于“条形状”。
图19是示出组合图15A以及图17的结构的构成例的剖视图。在该例中，第三导电部件230中的波导部件122上的波导路与第一导电部件210中的波导部件122 上的波导路经由第一贯通孔211、波导壁(第一部分203a以及第二部分203b)以及第二贯通孔221连接。因此，能够使电磁波在上下两个波导路之间传播。并且，在第三导电部件230中的相对于贯通孔221的Y方向正侧设置有阻塞结构129(参照图 16)。通过阻塞结构129，能够抑制电磁波从波导部件122的Y方向正侧的端部泄漏，从而能够高效地传输电磁波。
图20A是示意性地示出能够使电磁波越过两个波导层而传播的波导装置200的构成例的剖视图。该例中的波导装置200包括第一导电部件210、第二导电部件220、第三导电部件230以及其他导电部件240、250。第三导电部件230具有：分别具有与第二导电部件220的导电性表面220b相对的末端部的第二多个导电性杆124；在沿第二贯通孔221的轴向观察时与第二贯通孔221重合的第三贯通孔231；以及在中间隔着第二贯通孔221与第三贯通孔231之间的空间的至少一部分的导电性的一对其他波导壁(第一部分233a以及第二部分233b)。一对其他波导壁233被第三导电部件230中的第二多个导电性杆124包围，使电磁波在第二贯通孔221与第三贯通孔 231之间传播。关于其他波导壁233，高度(第一部分233a以及第二部分233b的高度的总和)也小于λm/2。第二多个导电性杆124中的与波导壁233邻接的导电性杆 124与波导壁233的外周之间的距离小于λm/2。
在图20A所示的例中，各波导壁233分成与导电部件220的背面侧(导电性表面220b侧)连接的第一部分233a和与导电部件230连接的第二部分233b，但是也可以由一个部分构成。一对波导壁233可以与导电部件220、230中的至少一个连接，也可以不与任一导电部件连接。导电部件220、230中的至少一个与一对波导壁233 的至少一部分也可以是单一结构体的一部分。关于波导壁233，也与前述的波导壁203 同样地将顶面的Y方向的厚度设定成小于λm/2。
在该例中，能够使电磁波越过导电部件210与导电部件220之间的层以及导电部件220与导电部件230之间的层这两个层而传播。因此，能够在跨越的该两个层的空间配置其他波导路或摄像头等结构物。另外，也可以代替图20A中的导电部件250 而配置具有另一其他波导壁的部件。根据这样的结构，能够使电磁波越过三个以上的层而传播。
图20B是示意性地示出能够使电磁波越过两个波导层而传播的波导装置200的其他构成例的剖视图。图20B所示的波导装置200与图20A所示的波导装置200在第二导电部件220的第二导电性表面220b侧以及第三导电部件230的第三导电性表面230b侧的结构上不同。在图20B所示的波导装置200中，第二导电部件220在与配置有多个导电性杆124的一侧的导电性表面220a相反的一侧的导电性表面220b也具有其他多个导电性杆124。并且，导电性的一对其他波导壁233的第一部分233a 位于相反侧的导电性表面220b上。另一方面，其他波导壁233的第二部分233b位于第三导电部件230的导电性表面230a上。一对其他波导壁233被第二导电部件220 中的导电性表面220b侧的第二多个导电性杆124包围。一对其他波导壁233使电磁波在第二贯通孔221与第三贯通孔231之间传播。图20B所示的波导装置200的其他部分的结构与图20A所示的波导装置200相同。另外，图20A的例中的波导壁233 的第一部分233a以及图20B的例中的波导壁233的第二部分233b并非必须的。能够适当地省略这些部分。为了获得所希望的特性，在设计时适当地选择波导壁的两个部分中的高度较低的部分233a的有无以及尺寸。
图21是示意性地示出在配置有波导壁203的层上形成有其他波导路的构成例的剖视图。该波导装置200除了具有图19所示的结构之外，还在第二导电部件220上以及第三导电部件230上具有其他脊形波导路。在该例中，第三导电部件230隔着多个导电性杆124而具有两个条状的波导部件122。
图22是从Z轴的正方向观察图21所示的波导装置200中的第二导电部件220 的俯视图。该例中的第二导电部件220在多个导电性杆124之间还具有包含与导电性表面210a相对的导电性的波导面的波导部件122。波导部件122从波导壁203隔着多个导电性杆124配置。在波导部件122的波导面与第一导电部件的导电性表面210a 之间形成波导路。该波导路经由端口145与第三导电部件230中的波导部件122上的波导路连接。
在第二导电部件220中的波导部件122上的波导路中传播的电磁波能够传输与在波导壁203内传播的电磁波不同的信号。例如，前者的电磁波能够是从接收用的天线元件传输的接收波，后者的电磁波能够是被传输到发送用的天线元件的发送波。通过这样的结构，能够实现在有限的空间内设置必要的波导路结构的小型的天线装置。
＜实施方式2：天线装置＞
接下来，对本公开的具有波导装置的天线装置的例示性的实施方式进行说明。
实施方式1的波导装置中的第一贯通孔211能够作为用于电磁波的发送以及接收中的至少一方的发射元件发挥功能。在这样的实施方式中，实施方式1中的波导装置作为天线装置发挥功能。
图23A是示意性地示出本实施方式的天线装置300的俯视图。图23B是图23A 的B-B线剖视图。本实施方式中的天线装置300具有与实施方式1中的波导装置基本相同的结构。在本实施方式中，第一导电部件210的+Z侧(正面侧)的导电性表面210b具有规定与第一贯通孔211连通的喇叭114的形状。在本实施方式中，第一贯通孔211是作为发射元件发挥功能的缝隙。
通过这样的结构，由第一贯通孔211、第二贯通孔221以及一对波导壁203规定的波导路能够与外部空间连接，并进行信号波的发送或接收。在本实施方式中，由于在第一导电部件210的正面侧的表面设置有喇叭114，因此能够更加高效地进行发送或接收。另外，也可以不设置喇叭114，而是将实施方式1中的波导装置直接用作天线。
图24A是示出本实施方式的变形例的俯视图。图24B是图24A中的B-B线剖视图。在该变形例中，第一贯通孔211呈具有比第二贯通孔221的横部的宽度(Y方向的尺寸)大的宽度的I型形状。除此以外，与图23A以及图23B的结构相同。这样，第一贯通孔211的形状与第二贯通孔221的形状也可以不同。
接着，对具有实施方式1中的波导装置和与该波导装置中的一对波导壁之间的波导路连接的至少一个天线元件(发射元件)的其他天线装置的实施方式进行说明。“与一对波导壁之间的波导路连接”是指，直接与一对波导壁之间的波导路连接，或者借助前述的WRG等其他波导路间接地连接。至少一个天线元件具有以下两个功能中的至少一个功能，该两个功能分别是：将在一对波导壁之间的波导路中传播的电磁波朝向空间发射的功能；以及将在空间中传播的电磁波导入到一对波导壁之间的波导路中的功能。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25A是示出排列有多个缝隙(开口部)的天线装置(阵列天线)的例的图。图25A是从+Z方向观察天线装置的俯视图。图25B是图25A的B-B线剖视图。在图示的天线装置中层叠有以下层：包含直接与作为发射元件发挥功能的多个缝隙112 结合的多个波导部件122U的第一波导层10a；包含多个导电性杆124M以及未图示的波导壁的第二波导层10b；以及包含借助波导壁与第一波导层10a的波导部件122U 结合的其他波导部件122L的第三波导层10c。第一波导层10a中的多个波导部件122U 以及多个导电性杆124U配置于第一导电部件210上。第二波导层10b中的多个导电性杆124M以及未图示的波导壁配置于第二导电部件220上。第三波导层10c中的波导部件122L以及多个导电性杆124L配置于第三导电部件230上。
该天线装置还包括覆盖第一波导层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上设置有包围各缝隙112的侧壁114。侧壁114形成了调整缝隙112的指向性的喇叭。该例中的缝隙112的个数以及排列只是例示。缝隙112的方向以及形状也并不限定于图示的例。例如，也可以使用H型形状的缝隙。喇叭的侧壁114的倾斜度的有无以及角度和喇叭的形状也并不限定于图示的例。
图26A是示出第一导电部件210中的波导部件122U以及导电性杆124U的平面布局的图。图26B是示出第二导电部件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26C是示出第三导电部件230中的波导部件122L以及导电性杆124L的平面布局的图。由这些图可知，第一导电部件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，第三导电部件230中的波导部件122L具有延伸的方向分为两个的分支部以及延伸的方向发生变化的弯曲部这两者。如图26B所示，在第一导电部件210中的贯通孔211与第二导电部件220 中的贯通孔221之间配置有实施方式1中说明的波导壁203。
在图26B所示的例中，在第二导电部件220上具有四个贯通孔221，并且在中间隔着这些四个贯通孔221各自的中央部存在有四对波导壁203。第一导电部件210中的波导部件122U通过贯通孔211、一对波导壁203以及贯通孔221与第三导电部件 230中的波导部件122L结合。换句话说，沿着第三导电部件230上的波导部件122L 传播来的电磁波能够通过贯通孔221、一对波导壁203以及贯通孔211到达第一导电部件210上的波导部件122U，并沿着波导部件122U传播。此时，各缝隙112作为将在波导路中传播的电磁波朝向空间发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，则该电磁波与位于缝隙112的正下方的波导部件122U 结合，并沿着波导部件122U传播。在波导部件122U中传播的电磁波还能够通过贯通孔211、一对波导壁203以及贯通孔221到达第三导电部件230上的波导部件122L，并沿着波导部件122L传播。
波导部件122L能够经由第三导电部件230所具有的端口145L与位于外部的波导装置或高频电路(电子电路)结合。作为一例，图26C中示出了与端口145L连接的电子电路290。电子电路290并不限定于特定的位置，也可以配置于任意的位置。电子电路290例如能够配置于第三导电部件230的背面侧(图25B中的下侧)的电路板。这样的电子电路是微波集成电路，例如能够是生成或接收毫米波的MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit：单片微波集成电路)。
能够将图25A所示的导电部件110称作“发射层”。并且，也可以将包含图26A 所示的第一导电部件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26B所示的第二导电部件220上的导电性杆124M以及波导壁整体的层称作“中间层”，将包含图26C所示的第三导电部件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”。“发射层”、“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。发射层、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中，由图25B可知，由于层叠有板状的发射层、激励层以及分配层，因此实现了整体上平坦且低轮廓(low profile)的平板天线。例如，能够将具有图25B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26C所示的波导部件122L，从第三导电部件230的端口145L至第一导电部件210的各贯通孔211(参照图26A)的沿波导部件122L测量的距离均相等。因此，从第三导电部件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一导电部件210的四个贯通孔211。其结果是，能够以相同的相位对配置于第一导电部件210上的四个波导部件122U进行激励。
另外，无需作为天线元件发挥功能的所有缝隙112以相同的相位发射电磁波。激励层以及分配层中的波导部件122的网络模式是任意的，也可以以各波导部件122 独立地传播互不相同的信号的方式构成。
本实施方式中的第一导电部件210上的波导部件122U不具有分支部和弯曲部，但是也可以包括作为激励层发挥功能的部分具有分支部以及弯曲部中的至少一个的波导部件。如前述，无需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一对波导壁203直接在第一导电部件210中的贯通孔211与第二导电部件220中的贯通孔221之间传播。由于在第二导电部件220上不产生不必要的传播，因此能够在第二导电部件220上配置其他波导路、电路板或摄像头等结构物。因此，能够提高装置的设计自由度。另外，在本实施方式中，在第一导电部件210与第二导电部件220之间配置有波导壁，但是波导壁也可以配置于其他位置。
图26D是示出实施方式2的另一其他变形例所涉及的缝隙天线装置中的一个发射元件的立体图。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110b相对的导电性表面的其他导电部件160。在该例中，其他导电部件160 具有四个其他缝隙111。图26E是在图26D的发射元件中拉开导电部件110与其他导电部件160之间的间隔而示出的图。
图25A中的缝隙112分别与喇叭114连通，但是在图26D的例中，缝隙112与腔体180连通。腔体180是被导电性表面110b、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160的背面侧的导电性表面包围的平坦的空腔。在图26D、图26E的例中，在多个导电性杆170的末端与其他导电部件160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 110b连接。也可以采用多个导电性杆170与其他导电部件160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110b之间确保间隙。
其他导电部件160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发射到腔体180内的信号波经由四个其他缝隙111发射到其他导电部件160 的正面侧。另外，也可以采用在其他导电部件160的正面侧设置喇叭并且其他缝隙 111向该喇叭的底部开口的结构。在该情况下，从缝隙112发射的信号波经由腔体160、其他缝隙111以及喇叭发射出去。
＜其他变形例＞
接下来，对具有波导部件122、导电部件110、120以及导电性杆124的波导结构的变形例进行说明。以下变形例还能够适用于前述的各实施方式中的任意部位的 WRG结构。
图27A是示出只是作为波导部件122的上表面的波导面122a具有导电性，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。同样地，导电部件110以及导电部件120也只有波导部件122所在一侧的表面(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也可以分别并非整体都具有导电性。
图27B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27C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覆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27D以及图27E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27D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27E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27F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相同地工作。
图27G是示出在图27F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，则能够与上述的实施方式相同地工作。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28A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28B 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。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。
本公开的实施方式中的天线装置例如能够适宜地用于装设于车辆、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。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的WRG结构，因此与使用以往的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，能够将装设有该天线装置的雷达系统还容易地装设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，雷达系统不限定于装设到车辆的方式的例，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和通信电路(发送电路或者接收电路)。关于在无线通信系统中的应用例的细节，将在后文进行阐述。
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发射器(信标)中使用，该电波发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所接收到的信息。服务器计算机根据从信息终端得到的信息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。
另外，在本说明书中，尊重作为本发明人之一的桐野的论文(非专利文献1)以及在同时期发表了相关内容的研究的Kildal等的论文的记载，使用“人工磁导体”这一术语来记载本公开的技术。但是，本发明人等研究的结果是，明确了在本公开所涉及的实用新型中，以往定义中的“人工磁导体”未必是必须的。即，曾认为在人工磁导体中周期结构是必须的，但是为了实施本公开所涉及的实用新型，未必必须是周期结构。
在本公开中，利用导电性杆的列来实现了人工磁导体。因此，一直认为为了阻止向远离波导面的方向漏出的电磁波，沿着波导部件(脊部)排列的导电性杆的列在波导部件的单侧必须至少有两列。这是因为，如果没有最低限度的两列，那么也就不存在导电性杆列的配置“周期”。但是，根据本发明人的研究，即使在平行延伸的两个波导部件之间只配置有一列导电性杆的列的情况下，也可以将从一个波导部件向另一波导部件漏出的信号的强度抑制在-10dB以下。这是在大多用途中足以实用的值。在只具有不完整的周期结构的状态下实现这样的足够水平的分离的理由目前还不明确。但是，考虑这一事实，在本公开中，扩展了“人工磁导体”的概念，为方便起见，使“人工磁导体”这一术语还包括只配置有一列导电性杆的结构。
＜应用例1：车载雷达系统＞
接下来，作为利用上述缝隙阵列天线的应用例，对具有缝隙阵列天线的车载雷达系统的一例进行说明。利用于车载雷达系统的发送波具有例如76千兆赫(GHz)频段的频率，该发送波在自由空间中的波长λo为约4mm。
在汽车的防碰撞系统以及自动运行等安全技术中，在本车辆的前方行驶的一个或多个车辆(目标)的识别尤其必不可少。以往，作为车辆的识别方法，进行了使用雷达系统估计入射波的方向的技术的开发。
图29示出本车辆500和在与本车辆500相同的车道上行驶的先行车辆502。本车辆500包括具有上述任一实施方式中的缝隙阵列天线的车载雷达系统。若本车辆500的车载雷达系统发射高频的发送信号，则该发送信号到达先行车辆502并由先行车辆502反射，其一部分再回到本车辆500。车载雷达系统接收该信号，计算先行车辆502的位置、到先行车辆502为止的距离以及速度等。
图30示出本车辆500的车载雷达系统510。车载雷达系统510配置在车内。更具体地说，车载雷达系统510配置在后视镜的与镜面相反的一侧的面。车载雷达系统 510从车内朝向车辆500的行进方向发射高频的发送信号，并接收从行进方向入射的信号。
基于本应用例的车载雷达系统510具有本公开的实施方式中的缝隙阵列天线。缝隙阵列天线能够具有相互平行的多个波导部件。以如下方式配置多个波导部件：多个波导部件各自延伸的方向与铅垂方向一致，多个波导部件的排列方向与水平方向一致。因此，能够更加缩小将多个缝隙从正面观察时的横向尺寸以及纵向尺寸。
作为包含上述阵列天线的天线装置的尺寸的一例，横×纵×深度为60×30×10mm。可以理解成作为76GHz频段的毫米波雷达系统的大小是非常小的。
另外，以往的大多车载雷达系统设置于车外，例如前车头的末端部。其理由是因为，车载雷达系统的大小比较大，很难如本公开那样设置在车内。基于本应用例的车载雷达系统510虽然能够如前述那样设置在车内，但是也可以装设于前车头的末端。由于在前车头中减少了车载雷达系统所占的区域，因此容易配置其他零件。
根据本应用例，由于能够缩小用于发送天线的多个波导部件(脊部)之间的间隔，因此也能够缩小与相邻的多个波导部件相对设置的多个缝隙之间的间隔。由此，能够抑制栅瓣的影响。例如，在将横向上相邻的两个缝隙之间的中心间隔设为短于发送波的自由空间波长λo(小于约4mm)的情况下，不会在前方发生栅瓣。由此，能够抑制栅瓣的影响。另外，若天线元件的排列间隔大于电磁波的波长的一半，则会出现栅瓣。但是，只要排列间隔小于波长，则不会在前方出现栅瓣。因此，在不进行对从构成阵列天线的各天线元件发射的电波赋予相位差的波束转向的情况下，只要天线元件的配置间隔小于波长，则栅瓣就不会产生实质性的影响。通过调整发送天线的阵列因子，能够调整发送天线的指向性。也可以为了能够独立地调整在多个波导部件上传输的电磁波的相位而设置相移器。此时，即使在将天线元件的配置间隔设为小于发送波的自由空间波长λo的情况下，若增加相位的位移量，则也会出现栅瓣。但是，在将天线元件的配置间隔缩短到小于发送波的自由空间波长λo的一半的情况下，无论相位的位移量如何，都不会出现栅瓣。通过设置相移器，能够将发送天线的指向性变更为任意方向。由于相移器的结构是周知的，因此省略其结构的说明。
由于本应用例中的接收天线能够降低来源于栅瓣的反射波的接收，因此能够提高以下说明的处理的精度。以下，对接收处理的一例进行说明。
图31A示出了车载雷达系统510的阵列天线AA与多个入射波k(k：1～K的整数，以下相同。K是存在于不同方位的目标的数量。)之间的关系。阵列天线AA具有呈直线状排列的M个天线元件。由于天线在原理上能够利用于发送以及接收这两者，因此阵列天线AA能够包含发送天线以及接收天线这两者。以下，对处理接收天线所接收的入射波的方法的例进行说明。
阵列天线AA接收从各种角度同时入射的多个入射波。多个入射波中包含从相同的车载雷达系统510的发送天线发射并由目标反射的入射波。而且，多个入射波中还包含从其他车辆发射的直接或间接的入射波。
入射波的入射角度(即，表示入射方向的角度)表示以阵列天线AA的侧面B 为基准的角度。入射波的入射角度表示相对于与天线元件组并排的直线方向垂直的方向的角度。
现在，关注第k个入射波。“第k个入射波”是指，从存在于不同方位的K个目标向阵列天线入射K个入射波时通过入射角θk识别的入射波。
图31B示出了接收第k个入射波的阵列天线AA。阵列天线AA所接收的信号作为具有M个要素的“矢量”能够如算式1那样表现。
(算式1)
S＝[s1、s2、……、sM]T
在此，sm(m：1～M的整数，以下相同。)是第m个天线元件所接收的信号的值。上标T是指转置。S是列矢量。列矢量S根据以下两个矢量的乘积而获得：由阵列天线的结构决定的方向矢量(称作导向矢量或模式矢量)；以及目标(还称作波源或信号源)中的表示信号的复矢量。当波源的个数为K时，从各波源向每个天线元件入射的信号波呈线形重合。此时，sm能够如算式2那样表现。
[算式2]
算式2中的ak、θk以及分别是第k个入射波的振幅、入射波的入射角度以及初始相位。λ表示入射波的波长，j是虚数单位。
由算式2可以理解，sm能够表现为由实部(Re)和虚部(Im)构成的复数。
若考虑噪声(内部噪声或热噪声)进一步一般化，则阵列接收信号X能够如算式3那样表现。
(算式3)
X＝S+N
N是噪声的矢量表现。
信号处理电路利用算式3所示的阵列接收信号X求出入射波的自相关矩阵Rxx (算式4)，再求出自相关矩阵Rxx的各固有值。
[算式4]
在此，上标H表示复共轭转置(厄米共轭)。
在已求出的多个固有值中，具有由热噪声规定的规定值以上的值的固有值(信号空间固有值)的个数与入射波的个数对应。而且，通过计算反射波的入射方向的似然最大(成为最大似然)的角度，能够确定目标的数量以及各目标所在的角度。该处理作为最大似然估计法是公知的。
接下来，参照图32。图32是示出基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一例的框图。图32所示的车辆行驶控制装置600具有：装配于车辆的雷达系统 510；以及与雷达系统510连接的行驶支援电子控制装置520。雷达系统510具有阵列天线AA和雷达信号处理装置530。
阵列天线AA具有多个天线元件，多个天线元件分别响应于一个或多个入射波输出接收信号。如上所述，阵列天线AA还能够发射高频的毫米波。
在雷达系统510中，阵列天线AA需要安装于车辆。但是，也可以通过设置于车辆行驶控制装置600的外部(例如本车辆的外部)的计算机550以及数据库552实现雷达信号处理装置530的至少一部分功能。在该情况下，雷达信号处理装置530中的位于车辆内的部分以能够进行信号或数据的双向通信的方式能够始终或随时与设置在车辆的外部的计算机550以及数据库552连接。通信借助车辆所具有的通信设备 540以及一般的通信网络进行。
数据库552可以存储规定各种信号处理算法的程序。雷达系统510的工作所需的数据以及程序的内容能够借助通信设备540从外部更新。这样，雷达系统510的至少一部分功能能够在本车辆的外部(包含其他车辆的内部)通过云计算的技术实现。因而，本公开中的“车载”雷达系统无需所有构成要素装设于车辆。但是，在本申请中，为了简便，只要没有另外说明，对本公开的所有构成要素装设于一辆车辆(本车辆) 的实施方式进行说明。
雷达信号处理装置530具有信号处理电路560。该信号处理电路560从阵列天线 AA直接或间接地接收接收信号，并将接收信号或由接收信号生成的二次信号输入到入射波估计单元AU。由接收信号生成二次信号的电路(未图示)的一部分或全部无需设置于信号处理电路560的内部。这样的电路(前处理电路)的一部分或全部也可以设置在阵列天线AA与雷达信号处理装置530之间。
信号处理电路560构成为利用接收信号或二次信号进行运算并输出表示入射波的个数的信号。在此，“表示入射波的个数的信号”能够称作表示在本车辆的前方行驶的一个或多个先行车辆的数量的信号。
该信号处理电路560构成为进行公知的雷达信号处理装置所执行的各种信号处理即可。例如，信号处理电路560能够构成为执行MUSIC(多重信号分类)法、ESPRIT (旋转不变因子空间法)法以及SAGE(空间交替期望最大化)法等“超分辨率算法” (super resolutionmethod)或分辨率相对低的其他入射方向估计算法。
图32所示的入射波估计单元AU通过任意的入射方向估计算法估计表示入射波的方位的角度，并输出表示估计结果的信号。信号处理电路560通过由入射波估计单元AU执行的公知的算法估计到作为入射波的波源的目标为止的距离、目标的相对速度以及目标的方位，并输出表示估计结果的信号。
本公开中的“信号处理电路”这一术语并不限定于单一的电路，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560也可以通过一个或多个片上系统(SoC)实现。例如，信号处理电路560的一部分或全部也可以是可编程逻辑设备(PLD)，即FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。在该情况下，信号处理电路560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560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560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560发挥功能。
行驶支援电子控制装置520构成为根据从雷达信号处理装置530输出的各种信号进行车辆的行驶支援。行驶支援电子控制装置520向各种电子控制单元进行指示，以使各种电子控制单元发挥规定的功能。规定的功能例如包括：在到先行车辆为止的距离(车间距离)比预先设定的值短时发出警报来催促驾驶员进行制动操作的功能；控制制动器的功能；以及控制油门的功能。例如，在为进行本车辆的自适应巡航控制的工作模式时，行驶支援电子控制装置520向各种电子控制单元(未图示)以及致动器发送规定的信号，将从本车辆到先行车辆的距离维持为预先设定的值，或者将本车辆的行驶速度维持为预先设定的值。
在基于MUSIC法的情况下，信号处理电路560求出自相关矩阵的各固有值，并输出表示这些固有值中的比由热噪声规定的规定值(热噪声功率)大的固有值(信号空间固有值)的个数的信号，以作为表示入射波的个数的信号。
接下来，参照图33。图33是示出车辆行驶控制装置600的结构的另一例的框图。图33的车辆行驶控制装置600中的雷达系统510具有：包含接收专用的阵列天线(还称作接收天线)Rx以及发送专用的阵列天线(还称作发送天线)Tx的阵列天线AA；以及物体检测装置570。
发送天线Tx以及接收天线Rx中的至少一方具有上述的波导路结构。发送天线 Tx发射例如作为毫米波的发送波。接收专用的接收天线Rx响应于一个或多个入射波 (例如毫米波)输出接收信号。
收发电路580向发送天线Tx发送用于发送波的发送信号，并且利用由接收天线 Rx接收的接收波进行接收信号的“前处理”。前处理的一部分或全部也可以通过雷达信号处理装置530的信号处理电路560执行。收发电路580进行的前处理的典型例能够包括：由接收信号生成差频信号；以及将模拟形式的接收信号转换为数字形式的接收信号。
在本说明书中，将具有发送天线、接收天线、收发电路、以及在发送天线以及接收天线与收发电路之间传播电磁波的波导装置的装置称作“雷达装置”。并且，将除了包括雷达装置之外还包括物体检测装置(包含信号处理电路)的系统称作“雷达系统”。
另外，基于本公开的雷达系统并不限定于装设在车辆的实施方式的例，能够固定于道路或建筑物而使用。
接着，对车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例进行说明。
图34是示出车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例的框图。图34所示的车辆行驶控制装置600包括雷达系统510和车载摄像头系统700。雷达系统510具有阵列天线AA、与阵列天线AA连接的收发电路580以及信号处理电路560。
车载摄像头系统700具有：装设于车辆的车载摄像头710；以及对通过车载摄像头710获取的图像或影像进行处理的图像处理电路720。
本应用例中的车辆行驶控制装置600包括：与阵列天线AA以及车载摄像头710 连接的物体检测装置570；以及与物体检测装置570连接的行驶支援电子控制装置 520。该物体检测装置570除了包含前述的雷达信号处理装置530(包含信号处理电路560)之外，还包含收发电路580以及图像处理电路720。物体检测装置570不仅能够利用通过雷达系统510获得的信息，而且还能够利用通过图像处理电路720获得的信息而检测道路上或道路附近的目标。例如，本车辆在同一方向的两条以上车道中的任意一条车道上行驶时，能够通过图像处理电路720判断本车辆行驶的车道是哪条车道，并将该判断的结果提供给信号处理电路560。信号处理电路560在通过规定的入射方向估计算法(例如MUSIC法)识别先行车辆的数量以及方位时，能够通过参照来自图像处理电路720的信息来关于先行车辆的配置提供可靠度更高的信息。
另外，车载摄像头系统700是确定本车辆行驶的车道是哪条车道的构件的一例。也可以利用其他构件确定本车辆的车道位置。例如，能够利用超宽带无线技术(UWB： UltraWide Band)确定本车辆在多条车道中的哪条车道上行驶。周知超宽带无线技术能够用作位置测定和/或雷达。若利用超宽带无线技术，则由于雷达的距离分辨率提高，因此即使在前方存在多个车辆的情况下，也能够根据距离差来区分每个目标而检测。因此，能够高精度地确定路肩的护栏或与中央分离带之间的距离。各车道的宽度已在各国的法律等中预先规定。利用这些信息，能够确定本车辆当前行驶中的车道的位置。另外，超宽带无线技术是一例。也可以利用基于其他无线技术的电波。并且，也可以将光学雷达(LIDAR：LightDetection and Ranging)与雷达组合使用。光学雷达有时还被称作激光雷达。
阵列天线AA能够是通常的车载用毫米波阵列天线。本应用例中的发送天线Tx 向车辆的前方发射毫米波作为发送波。发送波的一部分典型地由作为先行车辆的目标反射。由此，产生以目标为波源的反射波。反射波的一部分作为入射波而到达阵列天线(接收天线)AA。构成阵列天线AA的多个天线元件分别响应于一个或多个入射波而输出接收信号。在作为反射波的波源发挥功能的目标的个数是K个(K为1以上的整数)的情况下，入射波的个数是K个，但是入射波的个数K并非已知。
在图32的例中，雷达系统510还包含阵列天线AA而一体地配置于后视镜。但是，阵列天线AA的个数以及位置并不限定于特定的个数以及特定的位置。阵列天线 AA也可以为了能够检测位于车辆的后方的目标而配置于车辆的后面。并且，还可以在车辆的前面或后面配置多个阵列天线AA。阵列天线AA也可以配置在车辆的驾驶室内。即使在采用各天线元件具有上述喇叭的喇叭天线作为阵列天线AA的情况下，具有这种天线元件的阵列天线也能够配置在车辆的驾驶室内。
信号处理电路560接收并处理接收信号，该接收信号是通过接收天线Rx接收并通过收发电路580进行了前处理的信号。该处理包括：将接收信号输入到入射波估计单元AU的处理；或由接收信号生成二次信号并将二次信号输入到入射波估计单元 AU的处理。
在图34的例中，在物体检测装置570内设置有选择电路596，该选择电路596 接收从信号处理电路596输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号。选择电路 596向行驶支援电子控制装置520提供从信号处理电路560输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号中的一个或两者。
图35是示出本应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
如图35所示，阵列天线AA包括：进行毫米波的发送的发送天线Tx；以及接收由目标反射的入射波的接收天线Rx。附图上是一个发送天线Tx，但是也可以设置特性不同的两种以上的发送天线。阵列天线AA包括M个(M为3以上的整数)天线元件111、112、……、11M。多个天线元件111、112、……、11M分别响应于入射波而输出接收信号s1、s2、……、sM(图31B)。
在阵列天线AA中，天线元件111～11M例如隔着固定的间隔而呈直线状或面状排列。入射波从角度θ的方向入射到阵列天线AA，该角度θ是入射波与排列有天线元件111～11M的面的法线形成的角度。因此，入射波的入射方向由该角度θ规定。
当来自一个目标的入射波入射到阵列天线AA时，能够与平面波从角度θ的同一方位入射到天线元件111～11M的情况近似。在K个入射波从位于不同方位的K个目标入射到阵列天线AA时，能够根据相互不同的角度θ1～θK识别每个入射波。
如图35所示，物体检测装置570包含收发电路580和信号处理电路560。
收发电路580包括三角波生成电路581、VCO(Voltage-Controlled-Oscillator：压控振荡器)582、分配器583、混频器584、滤波器585、开关586、A/D转换器(交流/直流转换器)587以及控制器588。本应用例中的雷达系统构成为通过FMCW(频率调制连续波)方式进行毫米波的收发，但是本公开的雷达系统并不限定于该方式。收发电路580构成为根据来自阵列天线AA的接收信号和用于发送天线Tx的发送信号来生成差频信号。
信号处理电路560包括距离检测部533、速度检测部534以及方位检测部536。信号处理电路560构成为对来自收发电路580的A/D转换器587的信号进行处理，并分别输出表示到检测出的目标为止的距离、目标的相对速度、目标的方位的信号。
首先，对收发电路580的结构以及工作进行详细说明。
三角波生成电路581生成三角波信号并提供给VCO582。VCO582输出具有根据三角波信号调制的频率的发送信号。图36示出了根据三角波生成电路581所生成的信号调制的发送信号的频率变化。该波形的调制宽度是Δf，中心频率是f0。这样调制了频率之后的发送信号被提供给分配器583。分配器583将从VCO582获得的发送信号分配给各混频器584以及发送天线Tx。这样，发送天线发射具有如图36所示那样呈三角波状调制了的频率的毫米波。
在图36中除了记载发送信号之外，还记载了通过由单一的先行车辆反射的入射波生成的接收信号的例。接收信号相比于发送信号延迟。该延迟和本车辆与先行车辆之间的距离成比例。并且，接收信号的频率通过多普勒效应按照先行车辆的相对速度增减。
若混合接收信号与发送信号，则根据频率的差异生成差频信号。该差频信号的频率(拍频)在发送信号的频率增加的期间(上行)与发送信号的频率减小的期间(下行)不同。若求出各期间的拍频，则能够根据这些拍频计算出到目标为止的距离和目标的相对速度。
图37示出了“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd。在图37的图表中，横轴是频率，纵轴是信号强度。这样的图表能够通过进行差频信号的时间-频率转换而获得。若获得拍频fu、fd，则能够根据公知的算式计算出到目标为止的距离和目标的相对速度。在本应用例中，能够通过以下说明的结构以及动作求出与阵列天线AA 的各天线元件对应的拍频，并根据该拍频估计出目标的位置信息。
在图35所示的例中，来自与各天线元件111～11M对应的信道Ch1～ChM的接收信号通过放大器放大，并输入到对应的混频器584。混频器584分别将发送信号与放大了的接收信号进行混合。通过该混合而生成与位于接收信号与发送信号之间的频率差对应的差频信号。已生成的差频信号被提供给对应的滤波器585。滤波器585进行信道Ch1～ChM的差频信号的频带限制，并将经频带限制的差频信号提供给开关586。
开关586响应于从控制器588输入的采样信号执行切换。控制器588例如能够由微型计算机构成。控制器588根据ROM(只读存储器)等存储器中存储的计算机程序来控制收发电路580整体。控制器588无需设置于收发电路580的内部，可以设置在信号处理电路560的内部。即，收发电路580也可以按照来自信号处理电路560 的控制信号进行工作。或者，也可以通过控制收发电路580以及信号处理电路560 整体的中央运算单元等实现控制器588的一部分或全部功能。
通过各个滤波器585的信道Ch1～ChM的差频信号借助开关586依次被提供给 A/D转换器587。A/D转换器587将从开关586输入的信道Ch1～ChM的差频信号与采样信号同步地转换为数字信号。
以下，对信号处理电路560的结构以及工作进行详细说明。在本应用例中，通过FMCW方式估计到目标为止的距离以及目标的相对速度。雷达系统并不限定于以下说明的FMCW方式，利用双频CW(双频连续波)或扩频等其他方式也能够实施。
在图35所示的例中，信号处理电路560包括存储器531、接收强度计算部532、距离检测部533、速度检测部534、DBF(数字波束成形)处理部535、方位检测部 536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538、目标输出处理部539以及入射波估计单元AU。如前述，信号处理电路560的一部分或全部既可以通过FPGA实现，也可以通过通用处理器以及主存储装置的集合实现。存储器531、接收强度计算部532、 DBF处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537以及入射波估计单元AU既可以分别是通过单一的硬件实现的单个元件，也可以是一个信号处理电路中的功能上的模块。
图38示出了信号处理电路560通过包括处理器PR以及存储装置MD的硬件实现的实施方式的例。具有这样的结构的信号处理电路560也能够通过存储装置MD 中存储的计算机程序的工作而发挥图35所示的接收强度计算部532、DBF处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538以及入射波估计单元AU的功能。
本应用例中的信号处理电路560构成为将转换为数字信号的各差频信号作为接收信号的二次信号而估计先行车辆的位置信息，并输出表示估计结果的信号。以下，对本应用例中的信号处理电路560的结构以及工作进行详细说明。
信号处理电路560内的存储器531按每一个信道Ch1～ChM存储从A/D转换器 587输出的数字信号。存储器531例如能够由半导体存储器、硬盘和/或光盘等一般的存储介质构成。
接收强度计算部532对存储器531中存储的每一个信道Ch1～ChM的差频信号(图 36的下图)进行傅里叶变换。在本说明书中，将傅里叶变换后的复数数据的振幅称作“信号强度”。接收强度计算部532将多个天线元件中的任一天线元件的接收信号的复数数据或多个天线元件整体的接收信号的复数数据的相加值转换为频谱。这样一来，能够检测依赖于与所获得的频谱的各峰值对应的拍频即距离的目标(先行车辆) 的存在。若将所有天线元件的接收信号的复数数据加起来，则噪声分量被平均化，因此提高S/N比(信噪比)。
在目标即先行车辆为一个的情况下，傅里叶变换的结果是，如图37所示，在频率增加的期间(“上行”期间)以及频率减小的期间(“下行”期间)分别获得具有一个峰值的频谱。将“上行”期间的峰值的拍频设为“fu”，将“下行”期间的峰值的拍频设为“fd”。
接收强度计算部532根据每一个拍频的信号强度检测超过预先设定的数值(阈值)的信号强度，由此判断为存在目标。接收强度计算部532在检测出信号强度的峰的情况下，将峰值的拍频(fu、fd)作为对象物频率向距离检测部533、速度检测部 534输出。接收强度计算部532向距离检测部533输出表示频率调制宽度Δf的信息，并向速度检测部534输出表示中心频率f0的信息。
接收强度计算部532在检测出与多个目标对应的信号强度的峰的情况下，根据预先规定的条件将上行的峰值和下行的峰值关联起来。对判断为来自同一目标的信号的峰赋予同一编号，并提供给距离检测部533以及速度检测部534。
在存在多个目标的情况下，在傅里叶变换之后，分别在差频信号的上行部分和差频信号的下行部分呈现出与目标的数量相同的数量的峰。由于接收信号同雷达与目标之间的距离成比例地延迟，图36中的接收信号向右方向移位，因此雷达与目标之间的距离越远，差频信号的频率越大。
距离检测部533根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算距离R，并提供给目标转移处理部537。
R＝{c·T/(2·Δf)}·{(fu+fd)/2}
并且，速度检测部534根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算相对速度V，并提供给目标转移处理部537。
V＝{c/(2·f0)}·{(fu-fd)/2}
在计算距离R以及相对速度V的算式中，c是光速，T是调制周期。
另外，距离R的分辨率下限值用c/(2Δf)表示。因而，Δf越大，则距离R的分辨率越高。在频率f0是76GHz频段的情况下，在将Δf设定为660兆赫(MHz)左右时，距离R的分辨率例如是0.23米(m)左右。因此，在两辆先行车辆并行时，有时很难通过FMCW方式识别车辆是一辆还是两辆。在这样的情况下，只要执行角度分辨率极高的入射方向估计算法，就能够分开检测两辆先行车辆的方位。
DBF处理部535利用天线元件111、112、……、11M中的信号的相位差而在天线元件的排列方向上对所输入的已在与各天线对应的时间轴上傅里叶变换后的复数数据进行傅里叶变换。然后，DBF处理部535计算空间复数数据，并按照每一个拍频向方位检测部536输出，该空间复数数据表示与角度分辨率对应的每一个角度信道的频谱的强度。
方位检测部536为了估计先行车辆的方位而设置。方位检测部536将角度θ作为对象物所在的方位而向目标转移处理部537输出，该角度θ在已计算出的每一个拍频的空间复数数据的值的大小中取最大的值。
另外，估计表示入射波的入射方向的角度θ的方法并不限定于该例。能够利用前述的各种各样的入射方向估计算法进行。
目标转移处理部537计算当前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值与在从存储器531中读出的在一个循环之前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值各自的差分的绝对值。然后，当差分的绝对值小于按照每一个值决定的值时，目标转移处理部537将在一个循环之前检测出的目标与当前检测出的目标判断为相同的目标。在该情况下，目标转移处理部537将从存储器531中读出的该目标的转移处理次数增加一次。
在差分的绝对值大于已决定的值的情况下，目标转移处理部537判断为检测到新的对象物。目标转移处理部537将当前对象物的距离、相对速度、方位以及该对象物的目标转移处理次数保存到存储器531中。
在信号处理电路560中，能够利用对差频信号进行频率分析而获得的频谱，检测与对象物之间的距离以及相对速度，该差频信号是根据接收到的反射波生成的信号。
相关矩阵生成部538利用存储器531中存储的每一个信道Ch1～ChM的差频信号 (图36的下图)求出自相关矩阵。在算式4的自相关矩阵中，各矩阵的分量是通过差频信号的实部以及虚部表现的值。相关矩阵生成部538进一步求出自相关矩阵Rxx 的各固有值，并向入射波估计单元AU输入所获得的固有值的信息。
接收强度计算部532在检测出多个与多个对象物对应的信号强度的峰的情况下，按照上行部分以及下行部分的每一个峰值从频率小的峰开始依次标注编号，并向目标输出处理部539输出。在此，在上行部分以及下行部分中，相同编号的峰与相同的对象物对应，将每一个识别编号设为对象物的编号。另外，为了避免繁杂化，在图35 中省略记载了从接收强度计算部532向目标输出处理部539引出的引出线。
在对象物是前方结构物的情况下，目标输出处理部539将该对象物的识别编号作为目标输出。目标输出处理部539在接收多个对象物的判断结果且均为前方结构物的情况下，将位于本车辆的车道上的对象物的识别编号作为目标所在的物体位置信息输出。并且，目标输出处理部539在接收多个对象物的判断结果且均为前方结构物的情况下两个以上的对象物位于本车辆的车道上时，将从存储器531中读出的目标转移处理次数较多的对象物的识别编号作为目标所在的物体位置信息输出。
再次参照图34，对车载雷达系统510组装于图34所示的结构例的情况的例进行说明。图像处理电路720从影像获取物体的信息，并根据该物体的信息而检测目标位置信息。图像处理电路720例如构成为：检测所获取的影像内的对象的深度值来估计物体的距离信息，或者根据影像的特征量检测物体大小的信息等，由此检测预先设定的物体的位置信息。
选择电路596将从信号处理电路560以及图像处理电路720接收的位置信息选择性地提供给行驶支援电子控制装置520。选择电路596例如对第一距离与第二距离进行比较，判断哪一个是离本车辆近的距离，其中，第一距离是信号处理电路560的物体位置信息中所含的从本车辆到检测出的物体为止的距离，第二距离是图像处理电路720的物体位置信息中所含的从本车辆到检测出的物体为止的距离。例如，能够根据判断出的结果而由选择电路596选择离本车辆近的物体位置信息，并向行驶支援电子控制装置520输出。另外，在判断结果是第一距离与第二距离的值相同的情况下，选择电路596能够将其中的任意一个或两者输出至行驶支援电子控制装置520。
另外，在被从接收强度计算部532输入了不存在目标候补之类的信息的情况下，目标输出处理部539(图35)视为不存在目标，将零作为物体位置信息输出。然后，选择电路596根据来自目标输出处理部539的物体位置信息与预先设定的阈值进行比较，由此选择是否使用信号处理电路560或者图像处理电路720的物体位置信息。
通过物体检测装置570接收到先行物体的位置信息的行驶支援电子控制装置520根据预先设定的条件并结合物体位置信息的距离和大小、本车辆的速度、降雨、降雪、晴天等的路面状态等条件，进行对于驾驶本车辆的驾驶员来说操作变得安全或容易之类的控制。例如，在物体位置信息中未检测到物体的情况下，行驶支援电子控制装置 520向油门控制电路526发送控制信号，以使加速至预先设定的速度，并控制油门控制电路526进行与踩油门踏板同等的动作。
在物体位置信息中检测到物体的情况下，若知晓离本车辆为规定的距离，则行驶支援电子控制装置520通过线控制动等结构借助制动器控制电路524进行制动器的控制。即，减速并以保持规定的车间距离的方式操作。行驶支援电子控制装置520接收物体位置信息，并将控制信号发送给警报控制电路522，控制声音或灯的点亮，以便借助车内扬声器将先行物体靠近的消息通知给驾驶员。行驶支援电子控制装置520 接收包含先行车辆的配置在内的物体位置信息，只要是预先设定的行驶速度的范围，就能够以为了进行与先行物体的碰撞避免支援而容易自动向左右任一方向操作转向或者强制性改变车轮的方向的方式控制转向侧的液压。
在物体检测装置570中，若能够利用选择电路596在前一次检测循环中连续检测固定时间而得的物体位置信息的数据，将来自通过摄像头检测出的摄像头影像的表示先行物体的物体位置信息与在当前检测循环中未能检测出的数据关联起来，则也可以进行使追踪继续的判断，并优先输出来自信号处理电路560的物体位置信息。
在美国专利第8446312号说明书、美国专利第8730096号说明书以及美国专利第8730099号说明书中公开了用于在选择电路596中选择信号处理电路560以及图像处理电路720的输出的具体结构例以及工作例。该公报的内容全部引用于本说明书中。
[第一变形例]
在上述应用例的车载用雷达系统中，频率调制连续波FMCW频率调制一次的(扫描)条件、即调制所需的时间宽度(扫描时间)例如是1毫秒。但是，还能够将扫描时间缩短到100微秒左右。
但是，为了实现这样的高速扫描条件，不仅是与发送波的发射相关的构成要素，还需要使与该扫描条件下的接收相关的构成要素高速工作。例如，需要设置在该扫描条件下高速工作的A/D转换器587(图35)。A/D转换器587的采样频率例如是10MHz。采样频率也可以比10MHz快。
在本变形例中，不利用基于多普勒频移的频率分量计算与目标之间的相对速度。在本变形例中，扫描时间Tm＝100微秒，非常短。由于能够检测的差频信号的最低频率是1/Tm，因此在该情况下为10kHz。这相当于由具有大致20m/秒的相对速度的目标反射的反射波的多普勒频移。即，只要依赖于多普勒频移，就无法检测20m/秒以下的相对速度。由此，优选采用与基于多普勒频移的计算方法不同的计算方法。
在本变形例中，作为一例，对利用在发送波的频率增加的上差拍区间获得的、发送波与接收波之差的信号(上差拍信号)的处理进行说明。FMCW的扫描一次的时间是100微秒，波形为只由上差拍(上行)部分构成的锯齿形状。即，在本变形例中，三角波/CW波(连续波)生成电路581所生成的信号波具有锯齿形状。并且，频率的扫描宽度是500MHz。由于不利用伴随多普勒频移的峰，因此不进行生成上差拍信号和下差拍信号而利用两者的峰的处理，而是只用任一信号进行处理。在此，对利用上差拍信号的情况进行说明，但是在利用下差拍信号的情况下，也能够进行相同的处理。
A/D转换器587(图35)以10MHz的采样频率进行各上差拍信号的采样，并输出数百个数字数据(以下称作“采样数据”)。采样数据例如根据获得接收波的时刻以后且发送波的发送的结束时刻为止的上差拍信号而生成。另外，也可以在获得了一定数量的采样数据的时间点结束处理。
在本变形例中，连续进行128次上差拍信号的收发，每次收发时获得数百个采样数据。该上差拍信号的数量并不限定于128个。也可以是256个，或者还可以是8 个。能够按照目的选择而各种各样的个数。
所获得的采样数据存储于存储器531中。接收强度计算部532对采样数据执行二维高速傅里叶变换(FFT)。具体地说，首先，对扫描一次获得的每一个采样数据执行第一次FFT处理(频率分析处理)，生成功率谱。接下来，速度检测部534将处理结果转移并集中到所有扫描结果中执行第二次FFT处理。
利用由同一目标反射的反射波在各扫描期间检测的、功率谱的峰分量的频率均相同。另一方面，若目标不同，则峰分量的频率不同。根据第一次FFT处理，能够分离出位于不同距离的多个目标。
在相对于目标的相对速度不是零的情况下，上差拍信号的相位在每一次扫描时逐渐发生变化。即，根据第二次FFT处理，按照第一次FFT处理的结果求出功率谱，该功率谱具有与上述相位的变化相应的频率分量的数据作为要素。
接收强度计算部532提取第二次获得的功率谱的峰值后发送给速度检测部534。
速度检测部534根据相位的变化来求出相对速度。例如，假设连续获得的上差拍信号的相位每隔相位θ[RXd]发生变化。这表示在将发送波的平均波长设为λ时，每获得一次上差拍信号时，距离以λ/(4π/θ)发生变化。该变化以上差拍信号的发送间隔Tm(＝100微秒)发生。由此，能够通过{λ/(4π/θ)}/Tm获得相对速度。
根据以上处理，除了能够求出与目标之间的距离之外，还能够求出与目标之间的相对速度。
[第二变形例]
雷达系统510能够利用一个或多个频率的连续波CW检测目标。该方法在如车辆位于隧道内的情况那样从周围的静止物向雷达系统510入射多个反射波的环境中尤其有用。
雷达系统510具有接收用天线阵列，该接收用天线阵列包含独立的5信道的接收元件。在这样的雷达系统中，只能在同时入射的反射波是四个以下的状态下进行所入射的反射波的入射方位的估计。在FMCW方式的雷达中，能够通过只选择来自特定距离的反射波来减少同时进行入射方位估计的反射波的数量。但是，在隧道内等周围存在多个静止物的环境中，由于处于与反射电波的物体连续存在的状况相等的状况，因此即使根据距离限制反射波，也有可能发生反射波的数量不是四个以下的状况。但是，由于这些周围的静止物相对于本车辆的相对速度全部相同，而且相对速度比在前方行驶的其他车辆的相对速度大，因此能够根据多普勒频移的大小来区分静止物与其他车辆。
因此，雷达系统510进行如下处理：发射多个频率的连续波CW，忽略接收信号中相当于静止物的多普勒频移的峰，而是利用位移量小于该峰的多普勒频移的峰检测距离。与FMCW方式不同地，在CW方式中，只通过多普勒频移而在发送波与接收波之间产生频率差。即，在差频信号中出现的峰的频率只取决于多普勒频移。
另外，在本变形例的说明中也将在CW方式中利用的连续波描述为“连续波CW”。如上所述，连续波CW的频率固定而未被调制。
假设雷达系统510发射频率fp的连续波CW，并检测出了由目标反射的频率fq 的反射波。发送频率fp与接收频率fq之差被称作多普勒频率，近似地表示为fp-fq＝2 ·Vr·fp/c。在此，Vr是雷达系统与目标的相对速度，c是光速。发送频率fp、多普勒频率(fp-fq)以及光速c是已知的。由此，能够根据该算式求出相对速度Vr＝(fp-fq) ·c/2fp。如后述，利用相位信息计算到目标为止的距离。
为了利用连续波CW检测到目标为止的距离，采用双频CW方式。在双频CW 方式中，每隔一定期间发射稍微偏移的两个频率的连续波CW，并获取各个反射波。例如在利用76GHz频段的频率的情况下，两个频率差是数百千赫。另外，如后述，更优选考虑所使用的雷达能够检测目标的界限的距离来规定两个频率的差。
假设雷达系统510依次发射频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)的连续波CW，并由一个目标反射两种连续波CW，由此频率fq1以及fq2的反射波被雷达系统510接收。
通过频率fp1的连续波CW及其反射波(频率fq1)获得第一多普勒频率。并且，通过频率fp2的连续波CW及其反射波(频率fq2)获得第二多普勒频率。两个多普勒频率是实质上相同的值。但是，接收波在复信号中的相位根据频率fp1与fp2的不同而不同。通过使用该相位信息，能够计算到目标为止的距离。
具体地说，雷达系统510能够求出距离R，在此，表示两个差频信号的相位差。两个差频信号是指：作为频率fp1的连续波CW与其反射波(频率fq1)的差分获得的差频信号1；以及作为频率fp2的连续波CW与其反射波(频率fq2)的差分获得的差频信号2。差频信号1的频率fb1以及差频信号2 的频率fb2的确定方法与上述单频的连续波CW中的差频信号的例相同。
另外，如下求出双频CW方式中的相对速度Vr。
Vr＝fb1·c/2·fp1或Vr＝fb2·c/2·fp2
并且，能够明确地确定到目标为止的距离的范围限制在Rmax＜c/2(fp2-fp1)的范围内。这是因为，通过由比该距离远的目标反射的反射波获得的差频信号的超过2π，无法与通过更近的位置的目标产生的差频信号进行区分。因此，更优选调节两个连续波CW的频率的差来使Rmax大于雷达的检测界限距离。在检测界限距离是 100m的雷达中，设fp2-fp1为例如1.0MHz。在该情况下，由于Rmax＝150m，因此无法检测来自位于超过Rmax的位置的目标的信号。并且，在装设能够检测至250m的雷达的情况下，将fp2-fp1设为例如500kHz。在该情况下，由于Rmax＝300m，因此仍然无法检测来自位于超过Rmax的位置处的目标的信号。并且，在雷达包括检测界限距离是100m且水平方向的视场角是120度的工作模式和检测界限距离是250m且水平方向的视场角是5度的工作模式这两种模式的情况下，更优选在每个工作模式下将fp2-fp1的值分别替换成1.0MHz和500kHz来进行工作。
已知有能够通过以N个(N：3以上的整数)不同的频率发送连续波CW并利用各个反射波的相位信息来分别检测到各目标为止的距离的检测方式。根据该检测方式，能够准确地识别到N-1个为止的目标的距离。作为为此的处理，例如利用高速傅里叶变换(FFT)。现在，设N＝64或者128，对作为各频率的发送信号与接收信号的差的差频信号的采样数据进行FFT，获得频谱(相对速度)。之后，关于同一频率的峰以CW波的频率再进行FFT，从而能够求出距离信息。
以下，进行更具体的说明。
为了简化说明，首先，对将三个频率f1、f2、f3的信号进行时间切换来发送的例进行说明。在此，设f1＞f2＞f3，并且f1-f2＝f2-f3＝Δf。并且，设各频率的信号波的发送时间为Δt。图39示出三个频率f1、f2、f3之间的关系。
三角波/CW波生成电路581(图35)经由发送天线Tx发送各自持续时间Δt的频率f1、f2、f3的连续波CW。接收天线Rx接收各连续波CW被一个或多个目标反射的反射波。
混频器584混合发送波与接收波而生成差频信号。A/D转换器587将作为模拟信号的差频信号转换为例如数百个数字数据(采样数据)。
接收强度计算部532利用采样数据进行FFT运算。FFT运算的结果是，关于发送频率f1、f2、f3分别获得接收信号的频谱的信息。
之后，接收强度计算部532从接收信号的频谱的信息分离出峰值。具有规定以上的大小的峰值的频率同与目标之间的相对速度成比例。从接收信号的频谱的信息分离出峰值是指，分离出相对速度不同的一个或多个目标。
接下来，接收强度计算部532关于发送频率f1～f3分别测量相对速度相同或在预先规定的范围内的峰值的频谱信息。
现在，考虑两个目标A与B的相对速度相同且分别存在于不同的距离处的情况。频率f1的发送信号被目标A以及B这两者反射，并作为接收信号获得。来自目标A 以及B的各反射波的差频信号的频率大致相同。因此，接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱能够作为合成了两个目标A以及B的各功率谱的合成频谱 F1获得。
同样地，关于频率f2以及f3，接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱能够作为合成了两个目标A以及B的各功率谱的合成频谱F2以及F3获得。
图40示出复平面上的合成频谱F1～F3之间的关系。朝向合成频谱F1～F3分别伸展的两个矢量的方向，右侧的矢量与来自目标A的反射波的功率谱对应。在图40 中与矢量f1A～f3A对应。另一方面，朝向合成频谱F1～F3分别伸展的两个矢量的方向，左侧的矢量与来自目标B的反射波的功率谱对应。在图40中与矢量f1B～f3B 对应。
当发送频率的差分Δf固定时，与频率f1以及f2的各发送信号对应的各接收信号的相位差同到目标为止的距离成比例关系。由此，矢量f1A与f2A的相位差同矢量 f2A与f3A的相位差为相同的值θA，相位差θA与到目标A为止的距离成比例。同样地，矢量f1B与f2B的相位差同矢量f2B与f3B的相位差为相同的值θB，相位差θB与到目标B为止的距离成比例。
利用周知的方法，能够根据合成频谱F1～F3以及发送频率的差分Δf求出到目标A以及目标B各自为止的距离。该技术例如在美国专利6703967号中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
即使在所发送的信号的频率为4以上的情况下，也能够应用相同的处理。
另外，也可以在以N个不同的频率发送连续波CW之前，进行通过双频CW方式求出到各目标为止的距离以及相对速度的处理。而且，也可以在规定的条件下切换成以N个不同的频率发送连续波CW的处理。例如，在利用两个频率各自的差频信号进行FFT运算且各发送频率的功率谱的时间变化为30％以上的情况下，也可以进行处理的切换。来自各目标的反射波的振幅因多信道的影响等而在时间上大幅变化。在存在规定以上的变化的情况下，可以考虑可能存在多个目标。
并且，已知在CW方式中，在雷达系统与目标的相对速度为零的情况下，即在多普勒频率为零的情况下，无法检测目标。但是，若例如通过以下方法模拟地求出多普勒信号，则能够利用其频率检测目标。
(方法1)追加使接收用天线的输出移位固定频率的混频器。通过利用发送信号和频率被移位的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
(方法2)在接收用天线的输出与混频器之间插入可变相位器，对接收信号模拟地附加相位差，该可变相位器使相位在时间上连续发生变化。通过利用发送信号和附加了相位差的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
基于方法2的插入可变相位器来产生模拟多普勒信号的具体结构例以及动作例在日本特开2004-257848号公报中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
在需要检测相对速度为零的目标或相对速度非常小的目标的情况下，可以使用产生上述模拟多普勒信号的处理，也可以切换成基于FMCW方式的目标检测处理。
接下来，参照图41说明通过车载雷达系统510的物体检测装置570进行的处理的步骤。
以下，对通过以两个不同的频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)发送连续波CW并利用各个反射波的相位信息来分别检测与目标之间的距离的例进行说明。
图41是示出基于本变形例的求出相对速度以及距离的处理的步骤的流程图。
在步骤S41中，三角波/CW波生成电路581生成频率稍微偏移的两种不同的连续波CW。设频率为fp1以及fp2。
在步骤S42中，发送天线Tx以及接收天线Rx进行所生成的一连串连续波CW 的收发。另外，步骤S41的处理以及步骤S42的处理分别在三角波/CW波生成电路 581以及发送天线Tx/接收天线Rx中并列进行。需注意不是在完成步骤S41之后进行步骤S42。
在步骤S43中，混频器584利用各发送波和各接收波生成两个差分信号。各接收波包含来源于静止物的接收波和来源于目标的接收波。因此，接下来进行确定用作差频信号的频率的处理。另外，步骤S41的处理、步骤S42的处理以及步骤S43的处理分别在三角波/CW波生成电路581、发送天线Tx/接收天线Rx以及混频器584中并列进行。需注意不是在完成步骤S41之后进行步骤S42，并且也不是在完成步骤 S42之后进行步骤S43。
在步骤S44中，物体检测装置570关于两个差分信号，分别将峰的频率确定为差频信号的频率fb1以及fb2，该峰的频率是作为阈值预先规定的频率以下，并且具有预先规定的振幅值以上的振幅值，而且彼此的频率差为规定值以下。
在步骤S45中，接收强度计算部532根据已确定的两个差频信号的频率中的一个频率检测相对速度。接收强度计算部532例如通过Vr＝fb1·c/2·fp1计算相对速度。另外，也可以利用差频信号的各频率计算相对速度。由此，接收强度计算部532能够验证两者是否一致，从而提高相对速度的计算精度。
在步骤S46中，接收强度计算部532求出两个差频信号1与差频信号2的相位差并求出到目标为止的距离
通过以上处理，能够检测与目标之间的相对速度以及距离。
另外，也可以以3以上的N个不同的频率发送连续波CW，并利用各个反射波的相位信息而检测到相对速度相同且存在于不同位置的多个目标为止的距离。
以上说明的车辆500除了具有雷达系统510之外，也可以还具有其他雷达系统。例如，车辆500也可以还包括在车体的后方或侧方具有检测范围的雷达系统。在包括在车体的后方具有检测范围的雷达系统的情况下，该雷达系统监控后方，在存在被其他车辆追尾的危险性时，能够进行发出警报等响应。在包括在车体的侧方具有检测范围的雷达系统的情况下，当本车辆进行车道变更等时，该雷达系统能够监控相邻车道，并根据需要进行发出警报等响应。
以上说明的雷达系统510的用途并不限定于车载用途。能够用作各种各样的用途的传感器。例如，能够用作用于监控房屋以外的建筑物的周围的雷达。或者，能够用作用于不依赖光学图像而监控室内的特定地点是否有人或者是否有该人的移动等的传感器。
[处理的补充]
关于与前述阵列天线相关的双频CW或FMCW，对其他实施方式进行说明。如前述，在图35的例中，接收强度计算部532对存储器531中存储的每一个信道Ch1～ ChM的差频信号(图36的下图)进行傅里叶变换。此时的差频信号是复信号。其理由是为了确定作为运算对象的信号的相位。由此，能够准确地确定入射波方向。但是，在该情况下，用于傅里叶变换的运算负荷量增大，电路规模变大。
为了克服该问题，也可以通过如下方法获得频率分析结果：作为差频信号生成标量信号，对分别生成的多个差频信号执行关于沿天线排列的空间轴方向以及沿时间经过的时间轴方向的两次复傅里叶变换。由此，最终能够以较少的运算量进行能够确定反射波的入射方向的波束成形，从而能够获得每一个波束的频率分析结果。作为与本案相关的专利公报，将美国专利第6339395号说明书的公开内容全部引用于本说明书中。
[摄像头等光学传感器和毫米波雷达]
接下来，对上述阵列天线与以往天线的比较以及利用本阵列天线和光学传感器例如摄像头这两者的应用例进行说明。另外，也可以将光学雷达(LIDAR)等用作光学传感器。
毫米波雷达能够直接检测到目标为止的距离及其相对速度。并且，具有即使在包括傍晚在内的夜间或降雨、雾、降雪等恶劣天气时检测性能也不会大幅下降之类的特征。另一方面，与摄像头相比，毫米波雷达不易二维地捕捉目标。而摄像头容易二维地捕捉目标，且比较容易识别其形状。但是，摄像头有时在夜间或恶劣天气时无法拍摄目标，这一点成为大课题。尤其是在水滴附着在采光部分的情况下，或者在视野因雾变窄的情况下，该课题变得明显。即使在作为相同的光学系传感器的光学雷达等中，也同样存在该课题。
近年来，随着车辆的安全行驶要求高涨，开发出了将碰撞等防范于未然的驾驶员辅助系统(Driver Assist System)。驾驶员辅助系统利用摄像头或毫米波雷达等传感器获取车辆行进方向的图像，在识别到被预测为车辆行驶上的障碍的障碍物的情况下，通过自动地操作制动器等而将碰撞等防范于未然。这样的防碰撞功能要求即使在夜间或恶劣天气时也正常发挥功能。
因此，正在普及所谓的融合结构的驾驶员辅助系统，该融合结构的驾驶员辅助系统作为传感器除了装设以往的摄像头等光学传感器之外，还装设毫米波雷达，进行发挥两者的优点的识别处理。关于这样的驾驶员辅助系统在后面进行阐述。
另一方面，对毫米波雷达本身要求的要求功能进一步提高。在车载用途的毫米波雷达中，主要使用76GHz频段的电磁波。其天线的天线功率(antenna power)按照各国的法律等限制在固定以下。例如，在日本限制在0.01W以下。在这样的限制中，对车载用途的毫米波雷达例如要求满足如下等要求性能：其检测距离是200m以上，天线的大小是60mm×60mm以下，水平方向的检测角度是90度以上，距离分辨率是 20cm以下，还能够在10m以内的近距离处进行检测。以往的毫米波雷达将微带线用作波导路，将贴片天线用作天线(以下，将这些统称为“贴片天线”)。但是，利用贴片天线很难实现上述性能。
发明人通过使用应用了本公开的技术的缝隙阵列天线成功地实现了上述性能。由此，实现了与以往的贴片天线等相比小型、高效、高性能的毫米波雷达。此外，通过组合该毫米波雷达和摄像头等光学传感器，实现了以往未有的小型、高效、高性能的融合装置。以下，对此进行详细叙述。
图42是与车辆500中的融合装置有关的图，该融合装置包括具有应用了本公开的技术的缝隙阵列天线的雷达系统510(以下，还称作毫米波雷达510。)以及车载摄像头系统700。以下，参照该图对各种各样的实施方式进行说明。
[毫米波雷达的车厢内设置]
基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方内侧。从天线发射出的电磁波穿过格栅512的间隙而向车辆500的前方发射。在该情况下，电磁波通过区域中不存在玻璃等使电磁波能量衰减或使电磁波反射的介电层。由此，从基于贴片天线的毫米波雷达510’发射出的电磁波也到达远距离、例如 150m以上的目标。然后，毫米波雷达510’能够通过利用天线接收由该目标反射的电磁波来检测目标。但是，在该情况下，由于天线配置在车辆的格栅512的后方内侧，因此在车辆与障碍物发生碰撞的情况下，有时导致雷达破损。并且，由于在雨天等时迸溅泥等，因此污垢附着于天线，有时阻碍电磁波的发射和接收。
在使用了本公开的实施方式中的缝隙阵列天线的毫米波雷达510中，能够与以往相同地配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方(未图示)。由此，能够百分百活用从天线发射的电磁波的能量，从而能够检测位于超过以往的远距离、例如250m以上的距离的目标。
而且，基于本公开的实施方式的毫米波雷达510还能够配置在车辆的车厢内。在该情况下，毫米波雷达510配置在车辆的前挡玻璃511的内侧且该前挡玻璃511和后视镜(未图示)的与镜面相反的一侧的面之间的空间。而基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’无法放置在车厢内。其理由主要有以下两点。第一个理由是，由于尺寸大，因此无法被容纳在前挡玻璃511与后视镜之间的空间内。第二个理由是，由于发射到前方的电磁波由前挡玻璃511反射，并通过介电损耗而衰减，因此无法到达所要求的距离。其结果是，在将基于以往的贴片天线的毫米波雷达放置在车厢内的情况下，只能检测至存在于例如前方100m处的目标。而基于本公开的实施方式的毫米波雷达即使发生因前挡玻璃511的反射或衰减，也能够检测位于200m以上距离处的目标。这是与将基于以往的贴片天线的毫米波雷达放置在车厢外的情况等同或其以上的性能。
[基于毫米波雷达和摄像头等的车厢内配置的融合结构]
当前，在大多驾驶员辅助系统(Driver Assist System)中使用的主要传感器使用CCD摄像头等光学拍摄装置。而且，考虑外部环境等的恶劣影响，通常在前挡玻璃 511的内侧的车厢内配置摄像头等。此时，为了使雨滴等的光学影响最小化，在前挡玻璃511的内侧且雨刷(未图示)工作的区域配置摄像头等。
近年来，从提高车辆的自动制动器等的性能的要求来看，要求在任何外部环境中都可靠地工作的自动制动器等。在该情况下，在只由摄像头等光学设备构成驾驶员辅助系统的传感器的情况下，存在夜间或恶劣天气时无法保证可靠的工作这样的课题。因此，要求一种如下的驾驶员辅助系统：除了使用摄像头等光学传感器之外，还同时使用毫米波雷达来进行协同处理，由此即使在夜间或恶劣天气时也可靠地工作。
如前述，使用本缝隙阵列天线的毫米波雷达能够实现小型化，而且被发射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显提高，由此能够配置在车厢内。活用该特性，如图 42所示，不仅是摄像头等光学传感器(车载摄像头系统700)，使用本缝隙阵列天线的毫米波雷达510也能够一同配置在车辆500的前挡玻璃511的内侧。由此，产生了以下新的效果。
(1)容易将驾驶员辅助系统(Driver Assist System)安装于车辆500。在以往的基于贴片天线的毫米波雷达510’中，需要在位于前车头的格栅512的后方确保配置雷达的空间。该空间由于包含影响车辆的结构设计的部位，因此在雷达装置的大小发生了变化的情况下，有时需要重新设计结构。但是，通过将毫米波雷达配置在车厢内，消除了这样的不便。
(2)不受车辆外部的环境、即雨天或夜间等的影响，能够确保可靠性更高的工作。尤其如图43所示，通过将毫米波雷达(车载雷达系统)510和车载摄像头系统700放置在车厢内的大致相同的位置处，各自的视野、视线一致，后述的“核对处理”即识别各自捕捉的目标信息是否为同一物体的处理变得容易。而在将毫米波雷达510’放置在位于车厢外的前车头的格栅512的后方的情况下，由于其雷达视线L与放置在车厢内时的雷达视线M不同，因此与利用车载摄像头系统700获取的图像之间的偏差变大。
(3)提高了毫米波雷达装置的可靠性。如前述，以往的基于贴片天线的毫米波雷达510’配置在位于前车头的格栅512的后方，因此容易附着污垢，并且即使因轻微的碰撞事故等也有时破损。根据这些理由，需要经常清洁以及确认功能。并且，如后述，在毫米波雷达的安装位置或方向因事故等的影响而发生偏移的情况下，需要再次进行与摄像头的对准。但是，通过将毫米波雷达配置在车厢内，这些概率变小，消除了这样的不便。
在这样的融合结构的驾驶员辅助系统中，也可以具有摄像头等光学传感器和使用了本缝隙阵列天线的毫米波雷达510相互固定在一起的一体结构。在该情况下，摄像头等光学传感器的光轴与毫米波雷达的天线的方向需要确保固定的位置关系。关于这一点在后面叙述。并且，在将该一体结构的驾驶员辅助系统固定在车辆500的车厢内的情况下，需要将摄像头的光轴等调整为朝向车辆前方的所希望的方向。关于这一点，有美国专利申请公开第2015/0264230号说明书、美国专利申请公开第2016/0264065 号说明书、美国专利申请15/248141、美国专利申请15/248149、美国专利申请 15/248156，并引用这些内容。并且，作为与此相关的以摄像头为中心的技术，有美国专利第7355524号说明书以及美国专利第7420159号说明书，将这些公开内容全部引用于本说明书中。
并且，关于将摄像头等光学传感器和毫米波雷达配置在车厢内的技术，有美国专利第8604968号说明书、美国专利第8614640号说明书以及美国专利第7978122号说明书等。将这些公开内容全部引用于本说明书中。但是，在申请这些专利的时间点，作为毫米波雷达只知晓包含贴片天线的以往的天线，因而是无法进行充分的距离的观测的状态。例如，考虑能够利用以往的毫米波雷达观测到的距离充其量也只是100m～ 150m。并且，在将毫米波雷达配置在前挡玻璃的内侧的情况下，由于雷达的尺寸大，因此遮挡了驾驶员的视野，产生了阻碍安全驾驶等不便。与此相对，使用本公开的实施方式所涉及的缝隙阵列天线的毫米波雷达为小型，而且被发射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显提高，因此能够配置在车厢内。由此，能够进行200m以上的远距离的观测，并且还不遮挡驾驶员的视野。
[毫米波雷达和摄像头等的安装位置的调整]
在融合结构的处理(以下，有时称作“融合处理”)中，要求利用摄像头等获得的图像和利用毫米波雷达获得的雷达信息与相同的坐标系相关联。这是因为，在位置以及目标的大小相互不同的情况下，阻碍两者的协同处理。
对此，需要用以下三个观点进行调整。
(1)摄像头等的光轴和毫米波雷达的天线的方向处于一定的固定关系。
要求摄像头等的光轴与毫米波雷达的天线的方向相互一致。或者，在毫米波雷达中，有时具有两个以上的发送天线和两个以上的接收天线，还有刻意使各个天线的方向不同的情况。因而，要求保证摄像头等的光轴与这些天线的朝向之间至少具有一定的已知关系。
在前述的具有摄像头等和毫米波雷达相互固定在一起的一体结构的情况下，摄像头等与毫米波雷达的位置关系是固定的。因而，在该一体结构的情况下，满足这些条件。另一方面，在以往的贴片天线等中，毫米波雷达配置在车辆500的格栅512的后方。在该情况下，它们的位置关系通常根据以下(2)调整。
(2)在安装于车辆时的初始状态(例如，出厂时)下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息处于一定的固定关系。
摄像头等光学传感器以及毫米波雷达510或510’在车辆500中的安装位置最终通过以下方法确定。即，将作为基准的图或通过雷达观测的目标(以下，分别称作“基准图”、“基准目标”，有时将两者统称为“基准对象物”)准确地配置在车辆500的前方的规定位置800处。通过摄像头等光学传感器或毫米波雷达510观测该基准对象物。对被观测到的基准对象物的观测信息与预先存储的基准对象物的形状信息等进行比较，定量地掌握当前的偏移信息。根据该偏移信息，利用以下中的至少一种方法调整或修正摄像头等光学传感器以及毫米波雷达510或510’的安装位置。另外，也可以利用带来相同的结果的除此以外的方法。
(i)调整摄像头和毫米波雷达的安装位置，使基准对象物到摄像头与毫米波雷达的中央。在该调整中也可以使用另行设置的工具等。
(ii)求出摄像头和毫米波雷达的方位相对于基准对象物的偏移量，通过摄像头图像的图像处理以及雷达处理来修正各个方位的偏移量。
应该关注的是，在具有摄像头等光学传感器和使用本公开的实施方式所涉及的缝隙阵列天线的毫米波雷达510相互固定在一起的一体结构的情况下，只要关于摄像头以及雷达中的任一个调整与基准对象物之间的偏移，则关于摄像头以及毫米波雷达中的另一个也可知偏移量，无需关于另一个再次检查与基准对象物之间的偏移。
即，关于车载摄像头系统700，将基准图放置在规定位置750，并对该拍摄图像与表示基准图图像应预先位于摄像头的视野的哪一处的信息进行比较，由此检测偏移量。基于此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行摄像头的调整。接下来，将利用摄像头求出的偏移量换算为毫米波雷达的偏移量。之后，关于雷达信息，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法调整偏移量。
或者，也可以根据毫米波雷达510进行。即，关于毫米波雷达510，将基准目标放置在规定位置800，并对该雷达信息与表示基准目标应预先位于毫米波雷达510的视野的哪一处的信息进行比较，由此检测偏移量。基于此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行毫米波雷达510的调整。接下来，将利用毫米波雷达求出的偏移量换算为摄像头的偏移量。之后，关于利用摄像头获得的图像信息，通过上述(i)、 (ii)中的至少一种方法调整偏移量。
(3)即使在车辆中的初始状态以后，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息也维持一定的关系。
在初始状态下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息通常是固定的，只要没有车辆事故等，之后很少发生变化。但是，即使在它们发生偏移的情况下，也能够通过以下方法进行调整。
摄像头例如以本车辆的特征部分513、514(特征点)进入其视野内的状态安装。对通过摄像头实际拍摄该特征点的位置与摄像头原本准确地安装时该特征点的位置信息进行比较，并检测其偏移量。通过根据该检测出的偏移量修正之后拍摄到的图像的位置，能够修正摄像头的物理安装位置的偏移。通过该修正，在能够充分发挥车辆中要求的性能的情况下，不需要进行所述(2)的调整。并且，即使在车辆500的启动时或运行中，也定期执行该调整方法，由此即使在重新产生摄像头等的偏移的情况下，也能够修正偏移量，从而能够实现安全的行驶。
但是，通常认为该方法的调整精度比所述(2)中叙述的方法下降。在根据通过摄像头来拍摄基准对象物而得到的图像进行调整时，能够高精度地确定基准对象物的方位，因此容易实现高的调整精度。但是，在本方法中，代替基准对象物而将车体的一部分图像用于调整，因此，提高方位的特性精度稍微难。因此，调整精度也下降。但是，作为摄像头等的安装位置因事故或对车厢内的摄像头等施加较大的外力的情况等而大幅偏移时的修正方法是有效的。
[毫米波雷达和摄像头等所检测出的目标的关联：核对处理]
在融合处理中，需要对一个目标进行由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息是“同一目标”的识别。例如，考虑在车辆500的前方出现了两个障碍物(第一障碍物和第二障碍物)、例如两辆自行车的情况。该两个障碍物在被拍摄为摄像头图像的同时，还被检测为毫米波雷达的雷达信息。此时，关于第一障碍物，摄像头图像和雷达信息需要被相互关联为同一目标。同样地，关于第二障碍物，其摄像头图像和其雷达信息需要被相互关联为同一目标。假设在弄错而误认为作为第一障碍物的摄像头图像和作为第二障碍物的毫米波雷达的雷达信息是同一目标的情况下，有可能引发大事故。以下，在本说明书中，有时将这样的判断摄像头图像上的目标和雷达图像上的目标是否为同一目标的处理称作“核对处理”。
关于该核对处理，有以下叙述的各种各样的检测装置(或方法)。以下，对这些进行具体说明。另外，以下检测装置设置于车辆，至少包括：毫米波雷达检测部；朝向与毫米波雷达检测部进行检测的方向重合的方向配置的摄像头等图像获取部；以及核对部。在此，毫米波雷达检测部具有本公开中的任一实施方式中的缝隙阵列天线，至少获取其视野内的雷达信息。图像获取部至少获取其视野内的图像信息。核对部包含处理电路，该处理电路对毫米波雷达检测部的检测结果与图像检测部的检测结果进行核对，判断是否由这两个检测部检测出了同一目标。在此，图像检测部能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中的任意一个或两个以上来构成。以下检测装置在核对部中的检测处理不同。
第一检测装置中的核对部进行以下两个核对。第一核对包含：对通过毫米波雷达检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，与此同时对通过图像检测部检测出的一个或两个以上目标中的位于最靠近所关注的目标的位置的目标进行核对，并检测它们的组合。第二核对包含：对通过图像检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，与此同时对通过毫米波雷达检测部检测出的一个或两个以上的目标中的位于最靠近所关注的目标的位置处的目标进行核对，并检测它们的组合。而且，该核对部判断相对于通过毫米波雷达检测部检测出的这些各目标的组合以及相对于通过图像检测部检测出的这些各目标的组合中是否存在一致的组合。然后，当存在一致的组合的情况下，判断为由两个检测部检测出了同一物体。由此，进行由毫米波雷达检测部和图像检测部分别检测出的目标的核对。
与此相关的技术记载在美国专利第7358889号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示出具有两个摄像头的所谓的立体摄像头而说明了图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。同样地，也可以使用激光扫描器等激光传感器作为图像检测部。
第二检测装置中的核对部按每一规定时间对毫米波雷达检测部的检测结果和图像检测部的检测结果进行核对。核对部在根据前一次的核对结果判断为由两个检测部检测出了同一目标的情况下，利用其前一次的核对结果进行核对。具体地说，核对部对本次由毫米波雷达检测部检测出的目标以及本次由图像检测部检测出的目标与前一次的核对结果中判断出的由两个检测部检测出的目标进行核对。然后，核对部根据与本次由毫米波雷达检测部检测出的目标之间的核对结果以及与本次由图像检测部检测出的目标之间的核对结果，判断是否由两个检测部检测出了同一目标。如此，该检测装置并不直接核对两个检测部的检测结果，而是利用前一次的核对结果与两个检测结果进行时序性的核对。因此，与只进行瞬间核对的情况相比，检测精度提高，能够进行稳定的核对。尤其是，即使在检测部的精度瞬间下降时，由于利用过去的核对结果，因此也能够进行核对。并且，在该检测装置中，能够通过利用前一次的核对结果简单地进行两个检测部的核对。
并且，该检测装置的核对部在利用前一次的核对结果进行本次核对时，在判断为由两个检测部检测出了同一物体的情况下，将其判断出的物体除外，对本次由毫米波雷达检测部检测出的物体与本次由图像检测部检测出的物体进行核对。然后，该核对部判断是否存在本次由两个检测部检测出的同一物体。如此，检测装置在考虑时序性的核对结果的基础上，通过在其每一瞬间获得的两个检测结果进行瞬间核对。因此，检测装置对在本次检测中检测出的物体也能够可靠地进行核对。
与这些相关的技术记载在美国专利第7417580号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示出具有两个摄像头的所谓的立体摄像头而说明了图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。同样地，也可以使用激光扫描器等激光传感器作为图像检测部。
第三检测装置中的两个检测部以及核对部以规定的时间间隔进行目标的检测和它们的核对，并将这些检测结果和核对结果按时序存储于存储器等存储介质中。然后，核对部根据通过图像检测部检测出的目标的图像上的大小变化率和通过毫米波雷达检测部检测出的本车辆至目标的距离及其变化率(与本车辆之间的相对速度)，判断通过图像检测部检测出的目标和通过毫米波雷达检测部检测出的目标是否为同一物体。
核对部在判断为这些目标是同一物体的情况下，根据通过图像检测部检测出的目标的图像上的位置和通过毫米波雷达检测部检测出的本车辆至目标的距离和/或其变化率来预测与车辆碰撞的可能性。
与这些相关的技术记载在美国专利第6903677号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。
如以上说明，在毫米波雷达和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，对由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息进行核对。利用上述本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够构成为高性能且小型。因而，关于包含上述核对处理在内的融合处理整体，能够实现高性能化和小型化等。由此，提高目标识别的精度，能够实现车辆的更安全的行驶控制。
[其他融合处理]
在融合处理中，根据由摄像头等获得的图像与由毫米波雷达检测部获得的雷达信息的核对处理来实现各种各样的功能。以下，对实现该代表性的功能的处理装置的例进行说明。
以下处理装置设置于车辆，至少包括：在规定方向上发送和接收电磁波的毫米波雷达检测部；具有与该毫米波雷达检测部的视野重合的视野的单眼摄像头等图像获取部；以及从该毫米波雷达检测部和图像获取部获得信息而进行目标的检测等的处理部。毫米波雷达检测部获取该视野内的雷达信息。图像获取部获取该视野内的图像信息。图像获取部能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中的任意一个或两个以上来使用。处理部能够通过与毫米波雷达检测部以及图像获取部连接的处理电路实现。以下处理装置在该处理部中的处理内容不同。
第一处理装置的处理部从由图像获取部拍摄的图像中提取识别为与通过毫米波雷达检测部检测出的目标相同的目标。即，进行基于前述的检测装置的核对处理。然后，获取所提取出的目标的图像的右侧边缘以及左侧边缘的信息，并关于两个边缘导出轨迹近似线，该轨迹近似线是近似于所获取的右侧边缘以及左侧边缘的轨迹的直线或规定的曲线。将存在于该轨迹近似线上的边缘的数量较多的一方选择为目标的真实边缘。然后，根据被选择为真实边缘的边缘的位置导出目标的横向位置。由此，能够更加提高目标的横向位置的检测精度。
与这些相关的技术记载在美国专利第8610620号说明书中。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第二处理装置的处理部在确定有无目标时，根据图像信息改变雷达信息中的用于确定有无目标的判断基准值。由此，例如在能够通过摄像头等确认成为车辆行驶的障碍物的目标图像的情况下，或者在估计为存在目标的情况下等，能够通过最佳地改变通过毫米波雷达检测部检测目标的判断基准而获得更加准确的目标信息。即，在存在障碍物的可能性高的情况下，能够通过改变判断基准而使该处理装置可靠地工作。另一方面，在存在障碍物的可能性低的情况下，能够防止该处理装置进行不必要的工作。由此，能够使系统适当地工作。
而且，在该情况下，处理部还能够根据雷达信息设定图像信息的检测区域，并根据该区域内的图像信息估计障碍物的存在。由此，能够实现检测处理的效率化。
与这些相关的技术记载在美国专利第7570198号说明书中。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第三处理装置的处理部进行复合显示，该复合显示将基于通过多个不同的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部获得的图像以及雷达信息的图像信号显示于至少一台显示装置。在该显示处理中，能够使水平以及垂直同步信号在多个图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中相互同步，在一个水平扫描期间内或一个垂直扫描期间内对来自这些装置的图像信号选择性地切换为所希望的图像信号。由此，能够根据水平以及垂直同步信号并列显示选择出的多个图像信号的图像，并且从显示装置输出控制信号，该控制信号设定所希望的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中的控制动作。
在各个图像等显示于多台不同的显示装置的情况下，很难进行各个图像之间的比较。并且，在显示装置与第三处理装置主体分体地配置的情况下，对装置的操作性差。第三处理装置克服这样的缺点。
与这些相关的技术记载在美国专利第6628299号说明书以及美国专利第7161561号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第四处理装置的处理部将位于车辆的前方的目标指示给图像获取部以及毫米波雷达检测部，获取包含该目标的图像以及雷达信息。处理部确定该图像信息中的包含该目标的区域。处理部进一步提取该区域中的雷达信息，检测车辆至目标的距离以及车辆与目标的相对速度。处理部根据这些信息判断该目标与车辆碰撞的可能性。由此，迅速地判断与目标碰撞的可能性。
与这些相关的技术记载在美国专利第8068134号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置的处理部利用雷达信息或者通过基于雷达信息和图像信息的融合处理来识别车辆前方的一个或两个以上的目标。该目标包含其他车辆或行人等移动体、道路上的用白线表示的行驶车道、路肩以及位于路肩的静止物(包含排水沟以及障碍物等)、信号装置、人行横道等。处理部能够包含GPS(Global Positioning System) 天线。也可以通过GPS天线检测本车辆的位置，并根据其位置检索存储有道路地图信息的存储装置(称作地图信息数据库装置)，从而确认地图上的当前位置。能够对该地图上的当前位置与通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标进行比较来识别行驶环境。由此，处理部也可以提取估计为阻碍车辆行驶的目标，找出更安全的行驶信息，根据需要显示于显示装置并通知驾驶员。
与这些相关的技术记载在美国专利第6191704号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置也可以还具有与车辆外部的地图信息数据库装置通信的数据通信装置(具有通信电路)。数据通信装置例如以每周一次或每月一次左右的周期访问地图信息数据库装置，并下载最新的地图信息。由此，能够利用最新的地图信息进行上述处理。
第五处理装置也可以还对上述车辆行驶时获取的最新的地图信息与和通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标相关的识别信息进行比较，并提取地图信息中没有的目标信息(以下，称作“地图更新信息”)。然后，也可以经由数据通信装置将该地图更新信息发送给地图信息数据库装置。地图信息数据库装置也可以将该地图更新信息与数据库中的地图信息建立关联来存储，需要时更新当前的地图信息本身。更新时，也可以通过比较从多个车辆获得的地图更新信息来验证更新的可靠性。
另外，该地图更新信息中能够包含比当前的地图信息数据库装置所具有的地图信息更详细的信息。例如，虽然能够通过一般的地图信息掌握道路的概况，但是不包含例如路肩部分的宽度或位于路肩的排水沟的宽度、重新形成的凹凸或建筑物的形状等信息。并且，也不包含车道和人行道的高度或与人行道相连的斜坡的状况等信息。地图信息数据库装置能够根据另行设定的条件将这些详细的信息(以下，称作“地图更新详细信息”)与地图信息建立关联来存储。这些地图更新详细信息向包含本车辆的车辆提供比原来的地图信息更详细的信息，由此除了用于车辆的安全行驶的用途之外，还能够用于其他用途。在此，“包含本车辆的车辆”例如可以是汽车，也可以是摩托车、自行车或今后重新出台的自动行驶车辆，例如电动轮椅等。地图更新详细信息在这些车辆行驶时利用。
(基于神经网络的识别)
第一至第五处理装置也可以还包括高度识别装置。高度识别装置也可以设置于车辆的外部。在该情况下，车辆能够包括与高度识别装置通信的高速数据通信装置。高度识别装置也可以由包含所谓的深度学习(deep learning)等在内的神经网络构成。该神经网络有时例如包含卷积神经网络(Convolutional Neural Network，以下称作“CNN”)。CNN是通过图像识别来获得成果的神经网络，其特征点之一是，具有一个或多个被称作卷积层(Convolutional Layer)和池化层(Pooling Layer)的两个层的组。
作为被输入至处理装置的卷积层中的信息，至少能有以下三种的任一种。
(1)根据由毫米波雷达检测部获取的雷达信息获得的信息
(2)根据雷达信息并根据由图像获取部获取的特定图像信息获得的信息
(3)根据雷达信息和由图像获取部获取的图像信息获得的融合信息，或者根据该融合信息获得的信息
根据这些信息中的任一信息或组合它们的信息进行与卷积层对应的积和运算。其结果被输入至下一级池化层，并根据预先设定的规则进行数据的选择。作为该规则，例如在选择像素值的最大值的最大池化(max pooling)中，按照卷积层的每一个分割区域选择其中的最大值，该最大值作为池化层中的对应位置的值。
由CNN构成的高度识别装置有时具有将这样的卷积层与池化层串联一组或多组的结构。由此，能够准确地识别雷达信息以及图像信息中所包含的车辆周围的目标。
与这些相关的技术记载在美国专利第8861842号说明书、美国专利第9286524 号说明书以及美国专利申请公开第2016/0140424号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第六处理装置的处理部进行与车辆的车头灯控制相关的处理。在使车辆夜间行驶时，驾驶员确认本车辆的前方是否存在其他车辆或行人，操作本车辆的车头灯的波束。这是为了防止其他车辆的驾驶员或行人被本车辆的车头灯迷惑。该第六处理装置利用雷达信息或雷达信息与基于摄像头等的图像的组合而自动控制本车辆的车头灯。
处理部利用雷达信息或者通过基于雷达信息和图像信息的融合处理来检测相当于车辆前方的车辆或行人的目标。在该情况下，车辆前方的车辆包含前方的先行车辆、对向车道的车辆、摩托车等。处理部在检测到这些目标的情况下，发出降低车头灯的波束的指令。接收该指令的车辆内部的控制部(控制电路)操作车头灯，降低其波束。
与这些相关的技术记载在美国专利第6403942号说明书、美国专利第6611610 号说明书、美国专利第8543277号说明书、美国专利第8593521号说明书以及美国专利第8636393号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
在以上说明的基于毫米波雷达检测部的处理以及毫米波雷达检测部和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，由于能够高性能且小型地构成毫米波雷达，因此能够实现雷达处理或融合处理整体的高性能化和小型化等。由此，提高识别目标的精度，能够实现车辆的更安全的驾驶控制。
＜应用例2：各种监控系统(自然物、建筑物、道路、监护、安全)＞
包括基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达(雷达系统)在自然物体、气象、建筑物、安全、看护等中的监控领域中也能够广泛活用。在与此相关的监控系统中，包含毫米波雷达的监控装置例如设置在固定的位置处，始终对监控对象进行监控。此时，毫米波雷达被设定为将监控对象中的检测分辨率调整为最佳值。
包括基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够通过超过例如100GHz的高频电磁波进行检测。并且，关于在雷达识别中使用的方式、例如FMCW方式等中的调制频带，该毫米波雷达当前实现了超过4GHz的宽带。即，与前述的超宽带无线技术(UWB：UltraWide Band)对应。该调制频带与距离分辨率有关。即，以往的贴片天线中的调制频带达到600MHz左右，因此其距离分辨率是25cm。与此相对，在与本阵列天线相关的毫米波雷达中，其距离分辨率是3.75cm。这表示能够实现以往的光学雷达的距离分辨率也比得上的性能。另一方面，如前述，光学雷达等光学式传感器在夜间或恶劣天气时无法检测目标。与此相对，在毫米波雷达中，无论昼夜以及气候如何，都能够始终检测。由此，能够将与本阵列天线相关的毫米波雷达用于在利用以往的贴片天线的毫米波雷达中无法适用的多种用途中。
图44是示出基于毫米波雷达的监控系统1500的结构例的图。基于毫米波雷达的监控系统1500至少包括传感器部1010和主体部1100。传感器部1010至少包括：对准监控对象1015的天线1011；根据所收发的电磁波检测目标的毫米波雷达检测部 1012；以及发送检测出的雷达信息的通信部(通信电路)1013。主体部1100至少包括：接收雷达信息的通信部(通信电路)1103；根据接收到的雷达信息进行规定的处理的处理部(处理电路)1101；以及存储过去的雷达信息以及规定的处理所需的其他信息等的数据存储部(记录介质)1102。在传感器部1010与主体部1100之间存在通信线路1300，经由该通信线路1300在传感器部1010与主体部1100之间进行信息以及指令的发送以及接收。在此，所谓通信线路，例如能够包含互联网等通用的通信网络、移动通信网络、专用的通信线路等中的任一种。另外，本监控系统1500也可以是不借助通信线路直接连接传感器部1010与主体部1100的结构。在传感器部1010 除了设置毫米波雷达之外，还能够并列设置摄像头等光学传感器。由此，通过雷达信息和基于摄像头等的图像信息的融合处理进行目标的识别，由此能够更高度地检测监控对象1015等。
以下，对实现这些应用事例的监控系统的例进行具体说明。
[自然物体监控系统]
第一监控系统是将自然物体作为监控对象的系统(以下，称作“自然物体监控系统”)。参照图44，对该自然物体监控系统进行说明。该自然物体监控系统1500中的监控对象1015例如能够是河川、海面、山丘、火山、地表等。例如，在河川为监控对象1015的情况下，固定在固定位置的传感器部1010始终对河川1015的水面进行监控。该水面信息始终被发送至主体部1100中的处理部1101。而且，在水面成为规定以上的高度的情况下，处理部1101经由通信线路1300向与本监控系统分体地设置的例如气象观测监控系统等其他系统1200通知其状况。或者，处理部1101将用于自动封闭设置于河川1015的闸门等(未图示)的指示信息发送给管理闸门的系统(未图示)。
该自然物体监控系统1500能够利用一个主体部1100监控多个传感器部1010、1020等。在该多个传感器部分散配置在固定地区的情况下，能够同时掌握该地区的河川的水位状况。由此，还能够评价该地区的降雨如何影响河川的水位以及是否有引发洪水等灾害的可能性。与此相关的信息能够经由通信线路1300通知给气象观测监控系统等其他系统1200。由此，气象观测监控系统等其他系统1200能够将被通知的信息活用在更广范围的气象观测或灾害预测。
该自然物体监控系统1500同样也能够适用于河川以外的其他自然物体。例如，在监控海啸或风暴潮的监控系统中，其监控对象是海面水位。并且，还能够对应海面水位的上升而自动开闭防潮堤的闸门。或者，在监控因降雨或地震等引起的山崩的监控系统中，其监控对象为山丘部的地表等。
[交通道路监控系统]
第二监控系统是监控交通道路的系统(以下，称作“交通道路监控系统”)。该交通道路监控系统中的监控对象例如能够是铁道道口、特定的线路、机场的跑道、道路的交叉点、特定的道路或停车场等。
例如，在监控对象为铁道道口的情况下，传感器部1010配置在能够监控道口内部的位置处。在该情况下，传感器部1010除了设置有毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监控对象中的目标。由传感器部1010获得的目标信息经由通信线路 1300被发送至主体部1100。主体部1100进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，电车的驾驶信息等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示是指，例如在封闭道口时确认到道口内部有人或车辆等的情况下使电车停止等的指示。
并且，例如在将监控对象设为机场的跑道的情况下，多个传感器部1010、1020 等以能够在跑道上实现规定的如下的分辨率的方式沿着跑道配置，该分辨率是能够检测例如跑道上的5平方厘米以上的异物的分辨率。监控系统1500无论是昼夜以及气候如何，都始终在跑道上监控。该功能是只有使用可对应UWB的本公开的实施方式中的毫米波雷达时才能够实现的功能。并且，由于本毫米波雷达装置能够实现小型、高分辨率以及低成本，因此即使在无死角地覆盖跑道整个面的情况下,也能够实际地对应。在该情况下，主体部1100统一管理多个传感器部1010、1020等。主体部1100 在确认到跑道上有异物的情况下，向机场管制系统(未图示)发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的机场管制系统暂时禁止在该跑道上起降。在此期间，主体部1100例如对在另行设置的跑道上自动清扫的车辆等发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的清扫车辆自行移动至异物所在的位置，自动去除该异物。清扫车辆若完成异物的去除，则向主体部1100发送完成去除的信息。然后，主体部1100 在使检测到该异物的传感器部1010等再次确认“没有异物”并确认安全之后，向机场管制系统传递该确认内容。接收到该确认内容的机场管制系统解除该跑道的起降禁止。
而且，例如在将监控对象设为停车场的情况下，能够自动识别停车场的哪个位置空着。与此相关的技术在美国专利第6943726号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[安全监控系统]
第三监控系统是监控非法入侵者侵入私人用地内或房屋内的系统(以下，称作“安全监控系统”)。由该安全监控系统监控的对象例如是私人用地内或房屋内等特定区域。
例如，在将监控对象设为私人用地内的情况下，传感器部1010配置在能够对此进行监控的一处或两处以上的位置。在该情况下，作为传感器部1010，除了设置有毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监控对象中的目标。由传感器部1010 获得的目标信息经由通信线路1300被发送至主体部1100。在主体部1100中，进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，为了准确地识别侵入对象是人还是狗或鸟等动物而所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，所谓必要的控制指示，例如包含鸣笛设置在用地内的警报或者打开照明等指示之外，还包含通过便携通信线路等直接通知用地的管理人员等指示。主体部1100 中的处理部1101也可以使采用深度学习等方法的内置的高度识别装置进行检测出的目标的识别。或者，该高度识别装置也可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
与此相关的技术在美国专利第7425983号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
作为这种安全监控系统的其他实施方式，在设置于机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等的人监控系统中也能够应用。由该人监控系统监控的对象例如是机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等。
例如，监控对象是机场的登机口的情况下，传感器部1010例如能够设置在登机口的行李检查装置。在该情况下，该检查方法有如下两种方法。一种方法是，通过毫米波雷达接收自身发送出去的电磁波被作为监控对象的乘客反射回来的电磁波来检查乘客的行李等。另一种方法是，通过利用天线接收从作为乘客自身的人体发射的微弱的毫米波来检查乘客隐藏的异物。在后者的方法中，优选毫米波雷达具有对所接收的毫米波进行扫描的功能。该扫描功能可以通过利用数字波束成形来实现，也可以通过机械式扫描动作实现。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的例相同的通信处理以及识别处理。
[建筑物检查系统(非破坏检查)]
第四监控系统是对道路或铁道的高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等进行监控或检查的系统(以下，称作“建筑物检查系统”)。由该建筑物检查系统监控的对象例如是高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等。
例如，在监控对象是混凝土建筑物的内部的情况下，传感器部1010具有能够使天线1011沿着混凝土建筑物的表面扫描的结构。在此，“扫描”可以手动实现，也可以通过另行设置扫描用固定轨道并利用马达等的驱动力使天线在该轨道上移动来实现。并且，在监控对象是道路或地面的情况下，也可以通过在车辆等的下方设置天线 1011并使车辆以恒速行驶来实现“扫描”。在传感器部1010中使用的电磁波可以使用超过例如100GHz的所谓的太赫兹区域的毫米波。如前述，根据本公开的实施方式中的阵列天线，即使在超过例如100GHz的电磁波中，也能够构成损耗比以往的贴片天线等更少的天线。更高频的电磁波能够更加深入地渗透到混凝土等检查对象物中，从而能够实现更准确的非破坏检查。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的其他监控系统等相同的通信处理和识别处理。
与此相关的技术在美国专利第6661367号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[人监控系统]
第五监控系统是对看护对象进行监护的系统(以下，称作“人监护系统”)。由该人监护系统监控的对象例如是看护人员或医院的患者等。
例如，在将监控对象设为看护设施的室内的看护人员的情况下，传感器部1010 配置在该室内的可监控整个室内的一处或两处以上的位置。在该情况下，在传感器部 1010除了设置有毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度对监控对象进行监控。另一方面，在将监控对象设为人的情况下，从保护个人隐私的观点来看，有时不适合通过摄像头等进行监控。考虑这一点，需要选择传感器。另外，在通过毫米波雷达检测目标时，并非利用图像，而是能够利用可以说是该图像的影子的信号获取作为监控对象的人。因而，从保护个人隐私的观点来看，毫米波雷达可以说是优选的传感器。
由传感器部1010获得的看护人员的信息经由通信线路1300被发送至主体部1100。传感器部1010进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，为了准确地识别看护人员的目标信息而所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，所谓必要的控制指示，例如包含根据检测结果直接通知管理人员等的指示。并且，主体部1100的处理部1101也可以使采用深度学习等方法的内置的高度识别装置识别所检测到的目标。该高度识别装置也可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
在毫米波雷达中将人设为监控对象的情况下，能够追加至少以下两个功能。
第一功能是心率、呼吸次数的监控功能。在毫米波雷达中，电磁波能够穿透衣服而检测人体皮肤表面的位置以及心跳。处理部1101首先检测作为监控对象的人及其外形。接下来，例如在检测心率的情况下，确定容易检测心跳的体表面的位置，并使该位置的心跳时序化来进行检测。由此，能够检测例如每分钟的心率。在检测呼吸次数的情况下也相同。通过利用该功能，能够始终确认看护人员的健康状态，从而能够更高质量地对看护人员进行监护。
第二功能是跌倒检测功能。老人等看护人员有时因腰腿虚弱而跌倒。当人跌倒时，人体的特定部位、例如头部等的速度或加速度为固定以上。在毫米波雷达中将人设为监控对象的情况下，能够始终检测对象目标的相对速度或加速度。因而，通过例如将头部确定为监控对象并时序性地检测其相对速度或加速度，在检测到固定值以上的速度的情况下，能够识别为跌倒。在识别到跌倒的情况下，处理部1101例如能够下发与看护支援对应的可靠的指示等。
另外，在以上说明的监控系统等中，传感器部1010固定在固定的位置。但是，还能够将传感器部1010设置在例如机器人、车辆、无人机等飞行体等移动体。在此，车辆等不仅例如包含汽车，而且还包含电动轮椅等小型移动体。在该情况下，该移动体也可以为了始终确认自己的当前位置而内置GPS单元。此外，该移动体也可以具有利用地图信息以及关于前述的第五处理装置说明的地图更新信息进一步提高自身当前位置的准确性的功能。
而且，在类似于以上说明的第一至第三检测装置、第一至第六处理装置、第一至第五监控系统等的装置或系统中，通过利用与这些相同的结构，能够使用本公开的实施方式中的阵列天线或毫米波雷达。
＜应用例3：通信系统＞
[通信系统的第一例]
本公开中的波导装置以及天线装置(阵列天线)能够用于构成通信系统(telecommunication system)的发射机(transmitter)和/或接收机(receiver)。本公开中的波导装置以及天线装置由于使用层叠的导电部件构成，因此与使用中空波导管的情况相比，能够将发射机和/或接收机的尺寸抑制得较小。并且，由于不需要电介质，因此与使用微带线路的情况相比，能够将电磁波的介电损耗抑制得较小。由此，能够构筑包括小型且高效的发射机和/或接收机的通信系统。
这种通信系统能够是直接对模拟信号进行调制来收发的模拟式通信系统。但是，只要是数字式通信系统，则能够构筑更灵活且性能较高的通信系统。
以下，参照图45对使用本公开的实施方式中的波导装置以及天线装置的数字式通信系统800A进行说明。
图45是示出数字式通信系统800A的结构的框图。通信系统800A包括发射机810A和接收机820A。发射机810A包括模拟/数字(A/D)转换器812、编码器813、调制器814以及发送天线815。接收机820A包括接收天线825、解调器824、解码器 823以及数字/模拟(D/A)转换器822。发送天线815以及接收天线825中的至少一方能够通过本公开的实施方式中的阵列天线实现。在本应用例中，将包含与发送天线 815连接的调制器814、编码器813以及A/D转换器812等的电路称作发送电路。将包含与接收天线825连接的解调器824、解码器823以及D/A转换器822等的电路称作接收电路。还有时将发送电路和接收电路统称为通信电路。
发射机810A通过模拟/数字(A/D)转换器812将从信号源811接收的模拟信号转换为数字信号。接下来，通过编码器813对数字信号进行编码。在此，编码是指操作应发送的数字信号并转换为适于通信的方式。这样的编码的例有CDM (Code-Division Multiplexing：码分多路复用)等。并且，用于进行TDM(Time-Division Multiplexing：时分多路复用)或FDM(Frequency Division Multiplexing：频分多路复用)或OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing：正交频分复用)的转换也是该编码的一例。编码后的信号由调制器814转换为高频信号，并从发送天线815 发送。
另外，在通信领域中，有时将表示重合于载波的信号的波称作“信号波”，但是本说明书中的“信号波”这一术语并不以这样的含义使用。本说明书中的“信号波”泛指在波导路中传播的电磁波以及利用天线元件收发的电磁波。
接收机820A通过解调器824使由接收天线825接收的高频信号恢复成低频信号，并通过解码器823恢复成数字信号。被解码之后的数字信号通过数字/模拟(D/A)转换器822恢复成模拟信号，被送至数据接收机(数据接收装置)821。通过以上处理，完成一系列发送和接收的进程。
在进行通信的主体是计算机之类的数字设备的情况下，在上述处理中不需要进行发送信号的模拟/数字转换以及接收信号的数字/模拟转换。因而，能够省略图45中的模拟/数字转换器812以及数字/模拟转换器822。这样的结构的系统也包含于数字式通信系统。
在数字式通信系统中，为了确保信号强度或扩大通信容量而使用各种各样的方法。这样的方法大多在使用毫米波段或太赫兹频段的电波的通信系统中也有效。
毫米波段或太赫兹频段中的电波与更低频率的电波相比，直进性高，绕到障碍物的背面侧的衍射小。因此，接收机无法直接接收从发射机发送来的电波的情况也不少。即使在这样的状况下，虽然大多能够接收反射波，但是大多情况下反射波的电波信号的质量比直接波差，因此更加难以稳定地接收。并且，还存在多个反射波经过不同的路径入射的情况。在该情况下，不同路径长度的接收波的相位互不相同，引起多径衰落(Multi-PathFading)。
作为用于改善这样的状况的技术，能够利用被称作天线分集(AntennaDiversity) 的技术。在该技术中，发射机以及接收机中的至少一方包括多个天线。若这些多个天线之间的距离在波长程度以上不同，则接收波的状态就会不同。因此，选择使用能够进行质量最好的收发的天线。由此，能够提高通信的可靠性。并且，也可以合成从多个天线获得的信号来改善信号的质量。
在图45所示的通信系统800A中，例如接收机820A也可以包括多个接收天线 825。在该情况下，在多个接收天线825与解调器824之间存在切换器。接收机820A 通过切换器将从多个接收天线825中获得质量最好的信号的天线与解调器824连接起来。另外，在该例中，也可以使发射机810A包括多个发送天线815。
[通信系统的第二例]
图46是示出包含能够改变电波的发射图案的发射机810B的通信系统800B的例的框图。在该应用例中，接收机与图45所示的接收机820A相同。因此，在图46中不图示接收机。发射机810B除了具有发射机810A的结构之外，还具有包含多个天线元件8151的天线阵列815b。天线阵列815b能够是本公开的实施方式中的阵列天线。发射机810B在多个天线元件8151与调制器814之间还具有彼此连接的多个相移器(PS)816。在该发射机810B中，调制器814的输出被送至多个相移器816，在该相移器816中获得相位差，且被向多个天线元件8151导出。在等间隔配置有多个天线元件8151的情况下，且在向各天线元件8151中的相邻的天线元件供给相位以固定量不同的高频信号的情况下，天线阵列815b的主波瓣817与该相位差相应地朝向从正面倾斜的方位。该方法有时被称作波束成形(Beam Forming)。
能够使各相移器816所赋予的相位差各不相同而改变主波瓣817的方位。该方法有时被称作波束转向(Beam Steering)。能够通过找出收发状态最好的相位差来提高通信的可靠性。另外，在此说明了相移器816所赋予的相位差在相邻的天线元件8151 之间固定的例，但是并不限定于这样的例。并且，也可以以向不仅直接波到达接收机而且反射波到达接收机的方位发射电波的方式赋予相位差。
在发射机810B中，还能够利用被称作零转向(Null Steering)的方法。这是指通过调节相位差形成不向特定的方向发射电波的状态的方法。通过进行零转向，能够抑制被向不希望发送电波的其他接收机发射的电波。由此，能够避免干扰。使用毫米波或太赫兹波的数字通信虽然能够利用非常宽的频带，但还是优选尽可能高效地利用频带。由于只要利用零转向，就能够利用同一频带进行多个收发，因此能够提高频带的利用效率。使用波束成形、波束转向以及零转向等技术提高频带的利用效率的方法有时还被称作SDMA(SpatialDivision Multiple Access：空分多址)。
[通信系统的第三例]
为了增加特定频带的通信容量，还能够适用被称作MIMO(Multiple-Input andMultiple-Output：多输入多输出)的方法。在MIMO中，使用多个发送天线以及多个接收天线。从多个发送天线分别发射电波。在某一例中，能够使各不相同的信号与被发射的电波重叠。多个接收天线的每一个均接收被发送来的多个电波。但是，由于不同的接收天线接收经过不同的路径到达的电波，因此所接收的电波的相位产生差异。通过利用该差异，能够在接收机侧分离出多个电波中所包含的多个信号。
本公开所涉及的波导装置以及天线装置还能够在利用MIMO的通信系统中使用。以下，对这样的通信系统的例进行说明。
图47是示出装配有MIMO功能的通信系统800C的例的框图。在该通信系统800C 中，发射机830包括编码器832、TX-MIMO处理器833以及两个发送天线8351、8352。接收机840包括两个接收天线8451、8452、RX-MIMO处理器843以及解码器842。另外，发送天线以及接收天线的个数也可以分别大于两个。在此，为了简单说明，举出各天线为两个的例。一般来讲，MIMO通信系统的通信容量与发送天线和接收天线中的较少的一方的个数成比例地增大。
从数据信号源831接收到信号的发射机830为了发送信号而通过编码器832进行编码。编码后的信号由TX-MIMO处理器833分配至两个发送天线8351、8352。
在MIMO方式的某一例中的处理方法中，TX-MIMO处理器833将编码后的信号的列分割为与发送天线8352的数量相同的数量的两列，并且并列发送至发送天线 8351、8352。发送天线8351、8352分别发射包含被分割的多个信号列的信息的电波。在发送天线为N个的情况下，信号列被分割为N个。被发射的电波同时由两个接收天线8451、8452这两者接收。即，分别由接收天线8451、8452接收的电波中混杂有发送时分割的两个信号。通过RX-MIMO处理器843进行该混杂的信号的分离。
若例如关注电波的相位差，则能够分离混杂的两个信号。接收天线8451、8452 接收了从发送天线8351到达的电波时的两个电波的相位差与接收天线8451、8452 接收从发送天线8352到达的电波时的两个电波的相位差是不同的。即，接收天线之间的相位差根据收发的路径而不同。并且，只要发送天线与接收天线的空间配置关系不变，则它们之间的相位差就不会变。因此，通过将由两个接收天线接收的接收信号错开由收发路径规定的相位差来建立关联，能够提取经过该收发路径接收的信号。 RX-MIMO处理器843例如通过该方法从接收信号中分离出两个信号列，恢复分割之前的信号列。由于恢复后的信号列尚处于编码后的状态，因此被送至解码器842，并在该解码器842中复原成原来的信号。复原后的信号被送至数据接收机841。
虽然该例中的MIMO通信系统800C收发数字信号，但是也能够实现收发模拟信号的MIMO通信系统。在该情况下，在图47的结构中追加了参照图45说明的模拟/ 数字转换器和数字/模拟转换器。另外，用于区分来自不同的发送天线的信号的信息并不限于相位差的信息。一般来讲，若发送天线和接收天线的组合不同，则被接收的电波除了相位不同以外，散射或衰落等的状况也有可能不同。这些统称为CSI(Channel State Information：信道状态信息)。CSI在利用MIMO的系统中用于区分不同的收发路径。
另外，多个发送天线发射包含各自独立的信号的发送波并不是必要条件。只要能够在接收天线侧进行分离，则也可以是各发送天线发射包含多个信号的电波的结构。并且，还能够如下构成：在发送天线侧进行波束成形，作为来自各发送天线的电波的合成波，在接收天线侧形成包含单一信号的发送波。该情况也成为各发送天线发射包含多个信号的电波的结构。
在该第三例中也与第一以及第二例相同，能够将CDM、FDM、TDM、OFDM等各种各样的方法用作信号的编码方法。
在通信系统中，装设有用于处理信号的集成电路(称作信号处理电路或通信电路)的电路板能够层叠配置在本公开的实施方式中的波导装置以及天线装置。由于本公开的实施方式中的波导装置以及天线装置具有将板形状的导电部件层叠而成的结构，因此容易设成将电路板叠加在这些导电部件上的配置。通过设成这样的配置，能够实现容积比使用中空波导管等的情况小的发射机以及接收机。
在以上说明的通信系统的第一至第三例中，发射机或接收机的构成要素、即模拟/数字转换器、数字/模拟转换器、编码器、解码器、调制器、解调器、TX-MIMO处理器、RX-MIMO处理器等在图45、图46以及图47中作为独立的一个要素表示，但是并非必须独立。例如，也可以用一个集成电路实现这些所有要素。或者，也可以将一部分要素集中起来用一个集成电路实现。无论是哪一种情况，只要实现本公开中说明的功能，则都可以说是实施了本实用新型。
如以上，本公开包含以下项目中记载的波导装置、天线装置、雷达、雷达系统以及通信系统。
[项目1]
一种波导装置，其用于传播自由空间中的最短波长为λm的频带的电磁波，所述波导装置包括：
第一导电部件，其具有导电性表面以及第一贯通孔；
第二导电部件，其具有第二贯通孔和多个导电性杆，所述第二贯通孔在沿所述第一贯通孔的轴向观察时与所述第一贯通孔重合，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；以及
导电性的一对波导壁，所述一对波导壁在中间隔着所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述多个导电性杆包围，使电磁波在所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间传播，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔中的至少一个贯通孔的与所述轴向垂直的截面具有沿第一方向延伸的横部分，
在沿所述轴向观察时，所述一对波导壁在与所述第一方向交叉的第二方向上并排，并且位于所述横部分的中央部的两侧，
所述一对波导壁中的一个波导壁在所述第一方向上的至少一个端部与所述一对波导壁中的另一波导壁在所述第一方向上的至少一个端部隔着间隙而相对，
所述一对波导壁各自的高度小于λm/2。
[项目2]
根据项目1所述的波导装置，其中，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔中的所述至少一个贯通孔的与所述轴向垂直的截面还具有如下的一对纵部分，所述一对纵部分从所述横部分的两端沿与所述第一方向交叉的方向延伸，
所述一对纵部分被所述多个导电性杆包围。
[项目3]
根据项目1或2所述的波导装置，其中，
所述多个导电性杆中的最靠近所述一对波导壁各自的导电性杆与所述波导壁之间的间隙的大小小于λm/2。
[项目4]
根据项目1至3中任一项目所述的波导装置，其中，
在设所述频带在自由空间中的中心波长为λo时，
所述一对波导壁各自的所述第二方向上的厚度为λo/16以上且1.2λo/4以下。
[项目5]
根据项目1至4中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔各自的与所述轴向垂直的截面具有沿所述第一方向延伸的横部分。
[项目6]
根据项目1至5中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第一贯通孔是作为用于电磁波的发送以及接收中的至少一方的发射元件发挥功能的缝隙。
[项目7]
根据项目1至6中任一项目所述的波导装置，其中，
所述一对波导壁与所述第一导电部件以及所述第二导电部件中的至少一方连接。
[项目8]
根据项目1至7中任一项目所述的波导装置，其中，
在所述一对波导壁与所述第一导电部件或所述第二导电部件之间存在间隙，
所述一对波导壁各自的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2。
[项目9]
根据项目1至8中任一项目所述的波导装置，其中，
所述一对波导壁与所述第二导电部件连接，
所述一对波导壁各自的高度与所述多个导电性杆各自的高度相同。
[项目10]
根据项目1至9中任一项目所述的波导装置，其中，
所述一对波导壁分别被分割成与所述第一导电部件连接的第一部分和与所述第二导电部件连接的第二部分。
[项目11]
根据项目10所述的波导装置，其中，
在所述第一部分与所述第二部分之间存在间隙，
所述第一部分的高度、所述第二部分的高度以及所述间隙的长度的总和小于λm/2，
所述第一部分的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2，
所述第二部分的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2。
[项目12]
根据项目1至11中任一项目所述的波导装置，其中，
所述一对波导壁各自的形状与所述多个导电性杆各自的形状相同。
[项目13]
根据项目1至12中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有导电性表面，
所述波导装置还包括：
第三导电部件，其具有第三贯通孔和第二多个导电性杆，所述第三贯通孔在沿所述第二贯通孔的轴向观察时与所述第二贯通孔重叠，所述第二多个导电性杆分别具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的末端部；以及
一对其他波导壁，所述一对其他波导壁在中间隔着所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述第二多个导电性杆包围，使所述电磁波在所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间传播，
所述一对其他波导壁各自的高度小于λm/2。
[项目14]
根据项目1至12中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有第二多个导电性杆，
所述波导装置还包括：
第三导电部件，其在沿所述第二贯通孔的轴向观察时与所述第二贯通孔重合；以及
一对其他波导壁，所述一对其他波导壁在中间隔着所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述第二多个导电性杆包围，使所述电磁波在所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间传播，
所述第三导电部件在所述第二导电部件侧具有导电性表面，
所述第二多个导电性杆各自的末端部与所述第三导电部件的所述导电性表面相对，
所述一对其他波导壁各自的高度小于λm/2。
[项目15]
根据项目1至12中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有导电性表面，
所述波导装置还包括第三导电部件，
所述第三导电部件具有：
波导部件，其具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的导电性的波导面；以及
第二多个导电性杆，所述第二多个导电性杆分别具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的末端部，并位于所述波导部件的两侧，
所述波导面在其任意部位与所述第二贯通孔相对。
[项目16]
根据项目1至12中任一项目所述的波导装置，其中，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有第二多个导电性杆和如下的波导部件，该波导部件具有导电性的波导面，
所述波导装置还包括第三导电部件，所述第三导电部件具有与所述第二多个导电性杆的末端部和所述波导面相对的导电性表面，
所述第二贯通孔在所述波导部件的波导面的任意部位开口。
[项目17]
根据项目1至16中任一项目所述的波导装置，其中，
所述波导装置在相对于所述第一导电部件与所述第二导电部件侧相反的一侧还具有如下的其他导电部件，该其他导电部件具有导电性表面，
所述第一导电部件具有：
波导部件，其具有与所述其他导电部件的所述导电性表面相对的导电性的波导面，使在所述第一贯通孔内传播的电磁波传播；以及
多个导电性杆，所述多个导电性杆分别具有与所述其他导电部件的所述导电性表面相对的末端部，并位于所述波导部件的两侧。
[项目18]
一种天线装置，其包括：
项目1至17中任一项目所述的波导装置；以及
至少一个发射元件，所述至少一个发射元件与所述波导装置中的所述一对波导壁之间的波导路连接，并用于发送以及接收中的至少一方。
[项目19]
一种雷达装置，其包括：
项目18所述的天线装置；以及
微波集成电路，其与所述天线装置连接。
[项目20]
一种雷达系统，其包括：
项目19所述的雷达装置；以及
信号处理电路，其与所述雷达的所述微波集成电路连接。
[项目21]
一种无线通信系统，其包括：
项目18所述的天线装置；以及
通信线路，其与所述天线装置连接。
[产业上的可利用性]
本公开的波导装置以及天线装置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 (22)

1.一种波导装置，其用于传播自由空间中的最短波长为λm的频带的电磁波，所述波导装置的特征在于，包括：
第一导电部件，其具有导电性表面以及第一贯通孔；
第二导电部件，其具有第二贯通孔和多个导电性杆，所述第二贯通孔在沿所述第一贯通孔的轴向观察时与所述第一贯通孔重合，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；以及
导电性的一对波导壁，所述一对波导壁在中间隔着所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述多个导电性杆包围，使电磁波在所述第一贯通孔与所述第二贯通孔之间传播，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔中的至少一个贯通孔的与所述轴向垂直的截面具有沿第一方向延伸的横部分，
在沿所述轴向观察时，所述一对波导壁在与所述第一方向交叉的第二方向上并排，并且位于所述横部分的中央部的两侧，
所述一对波导壁中的一个波导壁在所述第一方向上的至少一个端部与所述一对波导壁中的另一波导壁在所述第一方向上的至少一个端部隔着间隙而相对，
所述一对波导壁各自的高度小于λm/2。
2.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔中的所述至少一个贯通孔的与所述轴向垂直的截面还具有一对纵部分，所述一对纵部分从所述横部分的两端沿与所述第一方向交叉的方向延伸，
所述一对纵部分被所述多个导电性杆包围。
3.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述多个导电性杆中的最靠近所述一对波导壁中的各波导壁的导电性杆与所述波导壁之间的间隙的大小小于λm/2。
4.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
在设所述频带在自由空间中的中心波长为λo时，所述一对波导壁各自的所述第二方向上的厚度为λo/16以上且1.2λo/4以下。
5.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第一贯通孔以及所述第二贯通孔各自的与所述轴向垂直的截面具有沿所述第一方向延伸的横部分。
6.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第一贯通孔是作为用于电磁波的发送以及接收中的至少一方的发射元件发挥作用的缝隙。
7.根据权利要求2所述的波导装置，其特征在于，
所述第一贯通孔是作为用于电磁波的发送以及接收中的至少一方的发射元件发挥作用的缝隙。
8.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁与所述第一导电部件以及所述第二导电部件中的至少一方连接。
9.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
在所述一对波导壁与所述第一导电部件或所述第二导电部件之间存在间隙，
所述一对波导壁各自的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2。
10.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁与所述第二导电部件连接，
所述一对波导壁各自的高度与所述多个导电性杆各自的高度相同。
11.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁分别被分割成与所述第一导电部件连接的第一部分和与所述第二导电部件连接的第二部分。
12.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁分别被分割成与所述第一导电部件连接的第一部分和与所述第二导电部件连接的第二部分，
在所述第一部分与所述第二部分之间存在间隙，
所述第一部分的高度、所述第二部分的高度以及所述间隙的长度的总和小于λm/2，
所述第一部分的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2，
所述第二部分的顶面的所述第二方向上的厚度小于λm/2。
13.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁各自的形状与所述多个导电性杆各自的形状相同。
14.根据权利要求2所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁各自的形状与所述多个导电性杆各自的形状相同。
15.根据权利要求11所述的波导装置，其特征在于，
所述一对波导壁各自的形状与所述多个导电性杆各自的形状相同。
16.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有导电性表面，
所述波导装置还包括：
第三导电部件，其具有第三贯通孔和第二多个导电性杆，所述第三贯通孔在沿所述第二贯通孔的轴向观察时与所述第二贯通孔重合，所述第二多个导电性杆分别具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的末端部；以及
一对其他波导壁，所述一对其他波导壁在中间隔着所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被所述第二多个导电性杆包围，使所述电磁波在所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间传播，
所述一对其他波导壁各自的高度小于λm/2。
17.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有第二多个导电性杆，
所述波导装置还包括：
第三导电部件，其具有在沿所述第二贯通孔的轴向观察时与所述第二贯通孔重合的第三贯通孔；以及
一对其他波导壁，所述一对其他波导壁在中间隔着所述第二贯通孔与第三贯通孔之间的空间的至少一部分，并且被第二多个导电性杆包围，使所述电磁波在所述第二贯通孔与所述第三贯通孔之间传播，
所述第三导电部件在所述第二导电部件的一侧具有导电性表面，
所述第二多个导电性杆各自的末端与所述第三导电部件的所述导电性表面相对，
所述一对其他波导壁各自的高度小于λm/2。
18.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有导电性表面，
所述波导装置还包括第三导电部件，
所述第三导电部件具有：
波导部件，其具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的导电性的波导面；以及
第二多个导电性杆，所述第二多个导电性杆分别具有与所述第二导电部件的所述导电性表面相对的末端部，并位于所述波导部件的两侧，
所述波导面在其任意部位处与所述第二贯通孔相对。
19.根据权利要求1所述的波导装置，其特征在于，
所述第二导电部件在与所述多个导电性杆相反的一侧具有第二多个导电性杆和波导部件，该波导部件具有导电性的波导面，
所述波导装置还包括第三导电部件，所述第三导电部件具有与所述第二多个导电性杆的末端部和所述波导面相对的导电性表面，
所述第二贯通孔在波导部件的波导面的端部或其他部分开口。
20.根据权利要求1至19中任意一项所述的波导装置，其特征在于，
所述波导装置在相对于所述第一导电部件与所述第二导电部件相反的一侧还包括其他导电部件，该其他导电部件具有导电性表面，
所述第一导电部件具有：
波导部件，其具有与所述其他导电部件的所述导电性表面相对的导电性的波导面，使在所述第一贯通孔内传播的电磁波传播；以及
多个导电性杆，所述多个导电性杆分别具有与所述其他导电部件的所述导电性表面相对的末端部，并位于所述波导部件的两侧。
21.一种天线装置，其特征在于，包括：
权利要求20所述的波导装置；以及
至少一个发射元件，所述至少一个发射元件与所述波导装置中的所述一对波导壁之间的波导路连接，并用于发送以及接收中的至少一方。
22.一种雷达装置，其特征在于，包括：
权利要求21所述的天线装置；以及
微波集成电路，其与所述天线装置连接。
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