JP2015207969A - 導波路型スロットアレイアンテナ及びスロットアレイアンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】従来の導波管スロットアレイアンテナよりも反射係数が小さく、かつ、利得の大きい導波路型スロットアレイアンテナを実現する。【解決手段】導波路型スロットアレイアンテナ（１Ａ）において、導波路内に、該導波路の上壁（１１）及び側壁と直交する制御壁（１２ｃ１〜１２ｃ６）が千鳥状に配置されており、複数のスロット（１１ｄ１〜１１ｄ６）の各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、導波路型スロットアレイアンテナ、及び、該導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールに関する。

次世代の無線ＬＡＮ規格として、ＷｉＧｉｇ（登録商標）が注目を集めている。ＷｉＧｉｇにおいては、６０ＧＨｚ帯のミリ波を用いて、最大６．７５Ｇビット／秒の超高速無線伝送が実現される。このため、６０ＧＨｚ帯用のアンテナは、市場規模の大きいパーソナルコンピュータやスマートフォンなどの民生機器への搭載が見込まれ、その需要拡大が期待されている。

ミリ波帯を動作帯域とするアンテナの一例として、金属製の導波管の一面に複数のスロットを形成した導波管スロットアレイアンテナが知られている。このような導波管スロットアレイアンテナにおいては、各スロットにおいて生じる反射を低減することが重要になる。各スロットで生じる反射は、反射特性を劣化させ、また、利得を低下させる要因になるためである。

各スロットで生じる反射を低減させた導波管スロットアレイアンテナとしては、例えば、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナが知られている。特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナにおいては、スロットが形成された金属導波管の内部に壁板を形成し、スロットでの反射波を壁板での反射波によって相殺する構成が採用されている。

特開２００５−１６７７５５号公報（２００５年 ６月２３日公開）

しかしながら、動作帯域における反射係数を小さくし、かつ、利得を大きくするうえで、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナには、スロット及び壁板の配置に関して改善の余地が残されていた。

また、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナには、以下のような副次的な問題も存在していた。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナは、矩形導波管及び壁板を備えるベース体と、複数のスロットが設けられたスロット板とにより構成されており、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合わせることによって製造される。このため、製造コストが高いという問題があった。また、ベース体とスロット板とを密着させることが困難であり、その結果、伝送品質の低下が生じ易いという問題があった。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の導波管スロットアレイアンテナに比べ、所望の周波数範囲において反射係数を小さくすることができ、かつ、所望の周波数範囲において選択的に利得を大きくすることが可能な導波路型スロットアレイアンテナを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナは、直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する制御壁が千鳥状に配置されており、上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている、ことを特徴とする。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいては、制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに制御壁と重ならないようにスロットを配置する構成を採用している。このため、従来よりも反射係数が小さく、かつ、利得の大きい導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路の側壁と直交する方向に関して、上記制御壁の幅は、上記導波路の幅の２分の１以上である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記制御壁は、上記スロットの各々に起因する反射波を打ち消すのに十分な振幅の反射波を生じさせる。したがって、上記スロットの各々に起因する反射波の振幅が大きい場合、例えば、導波路の内部が比誘電率が１よりも大きい誘電体で満たされている場合であっても、上記制御壁の各々は、上記スロットの各々に起因する反射波を打ち消すことができる。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、導波路型スロットアレイアンテナの動作帯域の中心周波数における管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁と、該制御壁により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロットとの間隔ｄｘ[ｍ]は、０．１０≦ｄｘ／λ_ｇ≦０．３１を満たす、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記動作帯域において反射係数が−１０ｄＢを下回る導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記複数のスロットの各々は、上記導波路の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口であり、当該導波路型スロットアレイアンテナの動作帯域の中心周波数における管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロットの２つの短辺のうち給電部に近い方の短辺との間隔ｄｙ[ｍ]は、０．３５≦ｄｙ／λ_ｇ≦０．４８を満たす、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記動作帯域において反射係数が−１０ｄＢを下回る導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、上記側壁及び上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁である、ことが好ましい。

上記構成を有する導波路型スロットアレイアンテナは、プリント基板技術を利用して形成することができる。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナのように、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合せる必要がないため、製造コストを安価に抑えることができる。また、ベース体とスロット板との密着性が不十分であることに伴う伝送品質の劣化という問題が生じる懸念もない。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、上記側壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁であり、上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された角柱状の板壁によって構成されてもよい。

上記構成を有する導波路型スロットアレイアンテナは、プリント基板技術を利用して形成することができる。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナのように、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合せる必要がないため、製造コストを安価に抑えることができる。また、ベース体とスロット板との密着性が不十分であることに伴う伝送品質の劣化という問題が生じる懸念もない。

上記の課題を解決するために、本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールは、上記導波路型スロットアレイアンテナと、上記導波路の上壁の上、又は、上記導波路の下壁の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層を介して、上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁に対向する第３の導体層により構成されたマイクロストリップ線路とを備えている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記導波路型スロットアレイアンテナに対して、１つの積層基板に積層されたマイクロストリップ線路を用いて電磁波を供給することができる。
本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第１の誘電体層及び上記第２の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔を、ＴＥモード励振構造として含む、ように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、非貫通孔であるＴＥモード励振構造を備えるスロットアレイアンテナモジュールと比較して、容易に形成することができる。

本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第２の誘電体層を貫通し上記第１の誘電体層の上記第２の誘電体層に対向する面から内部に至る、孔壁に導体メッキが施された非貫通孔であって、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層との間に介在する導体層に形成された開口によって上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔をＴＥモード励振構造として含む、ように構成されていてもよい。

上記の構成によれば、貫通孔であるＴＥモード励振構造を備えるスロットアレイアンテナモジュールと比較して、上記開口からの電磁波の漏洩を抑制することができる。

本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記第３の導体層に接続されたＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）を更に備え、上記第２の誘電体層は、上記導波路の下壁の下に積層され、上記第３の導体層は、上記第２の誘電体層を介して上記導波路の下壁に対向しており、上記ＲＦＩＣは、上面視したときに、上記導波路と重なるように配置されている、ことが好ましい。

スロットアレイアンテナモジュールの実装に要する面積は、ＲＦＩＣの実装に要する面積と、上記導波路を上記ＲＦＩＣの実装面である上記導波路の下壁に投影した場合の面積との和よりも小さくなる。すなわち、上記の構成によれば、高周波信号を出力するＲＦＩＣを備えているにも関わらず、本発明係るスロットアレイアンテナモジュールの実装に要する面積を、上記導波路型スロットアレイアンテナのみを実装するために必要とされる面積と同程度に抑えることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールは、上記導波路型スロットアレイアンテナと、導波管とを備えたスロットアレイアンテナモジュールであって、上記導波路の一方の端部に開口が形成されており、上記導波管は、該導波管の導波路が上記開口を介して上記導波路型スロットアレイアンテナの導波路と連通するように上記導波路型スロットアレイアンテナに接続されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記導波路型スロットアレイアンテナに対して、導波管を用いて電磁波を供給することができる。

本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路内には、上記開口の近傍に配置された制御ポストが形成されており、上記導波路の上記開口を含む区間内における左側壁と右側壁との間隔は、上記導波路の該区間外における左側壁と右側壁との間隔より広い、ことが好ましい。

上記の構成によれば、電磁波の導波モードが上記導波管内の導波路の導波モードから、上記導波路の導波モードに変換されるときの反射による損失を抑制することができる。したがって、反射係数をより小さくすることができ、より大きな利得を得ることができる。

本発明によれば、従来の導波管スロットアレイアンテナに比べ、所望の周波数範囲において反射係数を小さくすることができ、かつ、所望の周波数範囲において選択的に利得を大きくすることが可能な導波路型スロットアレイアンテナを実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの一部を上面視した場合の平面図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの一部を上面視した場合の平面図である。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、間隔ｄｘ／λ_ｇを０．１以上０．３１以下の範囲で変化させた場合に得られる反射特性を示すグラフである。（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナにおいて、間隔ｄｙ／λ_ｇを０．３５以上０．４８以下の範囲で変化させた場合に得られる反射特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。（ｂ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．１である導波路型スロットアレイアンテナのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナに、５７．５ＧＨｚの電磁波を給電した場合の磁界分布を示すグラフであり、（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナに、６７．５ＧＨｚの電磁波を給電した場合の磁界分布を示すグラフである。 第１の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 （ａ）は、図９に示すスロットアレイアンテナモジュールの断面図であり、給電ピン及びポストの構造を示す。（ｂ）は、同スロットアレイアンテナモジュールの給電ピンの構造を変更することにより得られる別態様のスロットアレイアンテナモジュールの断面図である。 第２の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。

〔実施形態１〕
〔スロットアレイアンテナモジュールの構成〕
本発明の第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図１〜図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール１の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。

スロットアレイアンテナモジュール１は、図１に示すように導波路型スロットアレイアンテナ１Ａ及び導波管１Ｂを備えている。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２、及び第２の導体層１３を、この順に積層した構造を有している。言い換えれば、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の誘電体層１２を介して互いに対向する第１の導体層１１及び第２の導体層１３によって構成される。

本実施形態において、第１の導体層１１の主面、第１の誘電体層１２の主面、及び第２の導体層１３の主面は、いずれも図１に示す座標系においてｘｙ平面と平行になるように配置されている。ここで、主面とは、直方体状の部材を構成する６つの面のうち、最大の面積を有する面のことを意味する。

第１の導体層１１及び第２の導体層１３の材料としては、銅などの金属を用いることができる。また、第１の誘電体層１２の材料としては、石英ガラス等のガラス、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、又はシクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。

第１の導体層１１には、複数のスロット１１ｄ１〜１１ｄ６が形成されている。スロット１１ｄ１〜１１ｄ６は、第１の導体層１１に形成された長方形の開口であり、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときに千鳥状に配置されている。ここで、上面視とは、図１に示す座標系におけるｚ軸正方向から対象物を見ることを意味する。また、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６のより具体的な配置に関しては、参照する図面を代えて後述する。

第１の誘電体層１２の内部には、導波路として機能する直方体状の領域の四方を取り囲むポスト壁１２ａが形成されている。ポスト壁１２ａは、柵状に配列された複数の導体ポスト１２ａ１，１２ａ２，…，１２ａＭの集合である。各導体ポスト１２ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。なお、ポスト壁１２ａにより四方を囲まれた領域は、その長手方向が図１に示す座標系におけるｙ軸と平行になるように配置される。

ポスト壁１２ａにより四方を囲まれ、第１の導体層１１及び第２の導体層１３により上下を挟まれた領域は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路として機能する。ポスト壁１２ａは、この導波路の側壁として機能し、第１の導体層１１は、この導波路の上壁として機能し、第２の導体層１３、この導波路の下壁として機能する。なお、以下の説明においては、この導波路の側壁のうち、ｘ軸正方向の側壁を右側壁、ｘ軸負方向の側壁を左側壁、ｙ軸正方向の側壁を前側壁、ｙ軸負方向の側壁を後側壁と記載する。前側壁及び後側壁は、ショート壁と呼ばれることもある。

導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の内部には、この導波路の上壁及び左右側壁の双方と直交する（すなわち、図１におけるｚｘ面と平行な）制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６が形成されている。開口１３ａに近い方から数えて奇数番目の制御壁である制御壁１２ｃ１，１２ｃ３，１２ｃ５は、右側壁近傍から左方向（図１におけるｘ軸負方向）へ向かって延設されている。一方、開口１３ａに近い方から数えて偶数番目の制御壁である制御壁１２ｃ２，１２ｃ４，１２ｃ６は、左側壁近傍から右方向（図１におけるｘ軸正方向）へ向かって延設されている。したがって、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の各々は、千鳥配置されていると言える。

なお、図１に示す座標系は、以下のように定められたものである。すなわち、（１）第１の誘電体層１２が備える導波路の長手方向をｙ軸とする。ｙ軸の向きは、該導波路の給電部から該導波路の先端に向かう向きが正の向きとなるように定める。（２）第１の誘電体層１２の厚み方向に平行な軸をｚ軸とする。ｚ軸の向きは、第２の導体層１３から第１の導体層１１に向かう方向が正の向きとなるように定める。（３）第１の誘電体層１２が備える導波路の幅方向の長さをｘ軸とする。ｘ軸の向きは、ｘ軸の向きは、このｘ軸が上述したｙ軸及びｚ軸と共に右手系を構成するように定める。

次に、制御壁１２ｃ１を例にして、制御壁の構成について説明する。図２は、制御壁１２ｃ１を通るｚｘ平面における導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの断面図である。図２に示すように、制御壁１２ｃ１は、３つの導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ，１２ｃ１ｃの集合である。各導体ポスト１２ｃ１ａ〜１２ｃ１ｃは、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。

導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ，１２ｃ１ｃは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路を伝播する電磁波の波長よりも十分に短い間隔で配置されている。また、制御壁を構成する導体ポスト１２ｃ１ａと側壁を構成する導体ポスト１２ａｉとの間隔も、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路を伝播する電磁波の波長よりも十分に短く設定されている。これにより、導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ及び１２ｃ１ｃの集合である制御壁１２ｃ１は、電磁波を反射するポスト壁として機能する。

以上のように、制御壁１２ｃ１は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の右側壁から、ｘ軸負方向に伸びるｚｘ平面と平行なポスト壁である。他の奇数番目の制御壁である制御壁１２ｃ３，１２ｃ５は、制御壁１２ｃ１と同様に構成されている。また、偶数番目の制御壁である制御壁１２ｃ２，１２ｃ４及び１２ｃ６は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の左側壁から、ｘ軸正方向に伸びるｚｘ平面と平行なポスト壁であり、その幅は、制御壁１２ｃ１の幅と同じである。

なお、本実施形態においては、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の幅Ｗを、該導波路の左右側壁の壁心間の距離と定義する（図３参照）。また、制御壁の幅Ｗ_ｃｗを、制御壁１２ｃ１を例にして、上記導波路の右側壁における壁心と、該右側壁から最も遠い導体ポスト１２ｃ１ｃの該右側壁から最も遠い側壁との距離と定義する（図３参照）。

各スロット１１ｄ１〜１１ｄ６は、比誘電率がそれぞれ異なる第１の誘電体層と空気中との境界に位置するため、第１の誘電体層１２内の導波路を伝播する電磁波の一部を反射する原因となる。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６からなる制御壁群を備えているため、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６の各々のうち、隣接する一方のスロット（例えばスロット１１ｄ１）近傍における磁界分布と、他方のスロット（例えばスロット１１ｄ２）近傍における磁界分布とを似た分布形状にすることができる（図７（ａ）参照）。その結果、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、上記一方のスロットに起因する反射波の振幅と、上記他方のスロットに起因する反射波の振幅とを、等しくする（又は近くする）ことができる。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける磁界分布は、実施例において図６を参照しながら後述する。

その上で、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を周期的に配置する間隔ｄ_ｐを調整し、上記一方のスロットに起因する反射波と、上記他方のスロットに起因する反射波との位相差を、１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）とすることによって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、隣接する各スロットに起因する反射波を相殺することができる。

さらに、各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の幅Ｗ_ｃｗは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の幅Ｗの２分の１以上であることが好ましい。上記の構成によれば、各スロット１１ｄ１〜１１ｄ６に起因する反射波の振幅が大きい場合であっても、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６は、この反射波を打ち消すために十分な振幅を有する反射波を生じさせることができる。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、反射係数を十分に小さく抑えることができる。

第２の導体層１３には、開口１３ａが形成されている。導波管１Ｂは、導波管１Ｂ内の導波路１Ｂａが開口１３ａを介して導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路と連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに接続される。

導波管１Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに電磁波を給電する給電手段である。導波管１Ｂは、両端が開放した管状部材であり、その管壁は、金属などの導体からなる。導波管１Ｂの内部に形成された空洞は、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよいが、本実施形態においては、前者の構成を採用する。上記空洞は、電磁波を導波する導波路１Ｂａとして機能する。

〔スロットの配置〕
次に、第１の導体層１１に設けられているスロット１１ｄ１〜１１ｄ６の配置について、図３を参照しながら説明する。図３は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときの平面図であり、制御壁１２ｃ１及び１２ｃ２の近傍を拡大したものである。スロット１１ｄ１〜１１ｄ６の各々は、第１の誘電体層１２の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口である。

第１の誘電体層１２が備える導波路は、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６により７つの区間に区画されている。（１）後ろ側壁から制御壁１２ｃ１までの区間、（２）制御壁１２ｃ１から制御壁１２ｃ２までの区間、（３）制御壁１２ｃ２から制御壁１２ｃ３までの区間、（４）制御壁１２ｃ３から制御壁１２ｃ４までの区間、（５）制御壁１２ｃ４から制御壁１２ｃ５までの区間、（６）制御壁１２ｃ５から制御壁１２ｃ６までの区間、（７）制御壁１２ｃ７から前側壁までの区間が、これら７つの区間に該当する。

第１の導体層１１に設けられたスロット１１ｄ１〜１１ｄ６の各々は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときに、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の各々により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６のうち、該境界を介して隣接する区間を区画する制御壁と重ならないように配置されている。

図３を参照しながら具体的に説明すると、スロット１１ｄ１は、制御壁１２ｃ１により区画された上述の区間（１）及び区間（２）の境界を跨ぐように配置されており、且つ、該境界を介して隣接する区間（１）及び区間（２）を区画する制御壁である制御壁１２ｃ１と重ならないように配置されている。また、スロット１１ｄ２は、制御壁１２ｃ２により区画された上述の区間（２）及び区間（３）の境界を跨ぐように配置されており、且つ、該境界を介して隣接する区間（２）及び区間（３）を区画する制御壁である制御壁１２ｃ２と重ならないように配置されている。スロット１１ｄ３〜１１ｄ６の配置に関しては、スロット１１ｄ１及び１１ｄ２の配置と同様であるため、その説明を省略する。

制御壁同士の間隔である間隔ｄ_ｐは動作周波数帯域の中心周波数ｆ_０［Ｈｚ］における管内波長をλ_ｇとして、λ_ｇ／２［ｍｍ］と同程度であることが好ましい。なお、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて反射係数が最小となる周波数ｆ_０は、実施例に後述するように、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置にも強く依存する。したがって、周期的に配置する間隔ｄ_ｐは、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置に依存して変化し得るものであり、必ずしもλ_ｇ／２に近くなくてもよい。

〔変換部〕
次に、図４を参照しながら、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが備える変換部の構成について説明する。図４は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視した場合の平面図であり、電磁波の導波モードを変換する変換部付近を拡大したものである。

図４に示すように、第１の誘電体層１２内には、開口１３ａの近傍に配置された制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２が形成されていることが好ましい。より具体的には、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、開口１３ａを構成する四辺のうち第１の誘電体層１２内の導波路の左右側壁と平行な二辺をｙ軸正方向に延長した延長線の内側に配置されていることが好ましい。制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。

本実施形態において、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２よりｙ軸負方向側に位置する領域であって、ポスト壁１２ａによって三方を囲まれ、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２によって残りの一方を囲まれた領域を変換部と表記する。この変換部は、導波管１Ｂから電磁波を給電される給電部とも表現できる。

導波管１Ｂの導波路１Ｂａをｚ軸正方向に伝播してきた電磁波は、第２の導体層１３の開口１３ａを介して、第１の誘電体層１２の変換部に入射される。第１の誘電体層１２の変換部は、該電磁波の導波モードを、導波路１Ｂａの導波モードから、第１の誘電体層１２に形成された導波路の導波モードへ変換する。この場合に、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２が配置されていることによって、第１の誘電体層１２に形成された変換部における電磁波の反射を抑制することができる。したがって、当該構成によれば、第１の誘電体層１２に形成された変換部が導波モードを変換するときに生じる損失を抑制することができる。制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、第１の誘電体層１２に形成された変換部における電磁波の反射を抑制する反射抑制ポストとして機能する。

導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが備える制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を製造する工程は、ポスト壁１２ａを製造する工程と同じであり、プリント基板技術を利用することができる。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの製造コストは、従来のポスト壁導波路アンテナと同等である。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、従来のポスト壁導波路アンテナと比較して製造コストの増加を抑制しつつ、従来の導波管スロットアレイアンテナと比較して良好な放射特性及び利得を得ることができる。

〔実施例１〕
本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール１の第１の実施例について、図５〜７を参照して説明する。なお、以下の説明におけるｄｘ及びｄｙの定義については、図３を参照されたい。

本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、６０ＧＨｚ帯（６０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域）を動作帯域とするべく、図１に示す変換器１の各部を以下のごとく構成したものである。

第１の導体層１１：厚みが２０μｍである導体（具体的には銅）板を用いた。

第１の誘電体層１２：比誘電率が３、厚みが０．６ｍｍである液晶ポリマー基板を用いた。

第２の導体層１３：厚みが２０μｍである導体（具体的には銅）板を用いた。

ポスト壁１２ａ：ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａｉとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、互いに隣接する２つの導体ポスト１２ａｉ，１２ａｊの中心軸間の距離は、４００μｍとした。ポスト壁１２ａによって形成される導波路の幅Ｗは、２．４ｍｍとした。

制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６：各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を構成する導体ポストとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、制御壁を構成する３つの導体ポスト（例えば導体ポスト１２ｃ１ａ〜１２ｃ１ｃ）の中心間隔は、４００μｍとした。また、各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の間隔ｄ_ｐは、４００μｍとした。

スロット１１ｄ１〜１１ｄ６：スロット長（図３に示す座標系において、ｙ軸と平行な長さ）は１．９ｍｍ、スロット幅（上記座標系においてｘ軸と平行な長さ）は２５０μｍとした。図３に示すように、制御壁１２ｃ２と、該制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロット１１ｄ２との間隔を、間隔ｄｘと定義した。本実施形態において、間隔ｄｘを定める２つの基点のうち一方は、制御壁１２ｃ２を構成する導体ポストのうち、導波路の左側壁から最も遠い導体ポスト１２ｃ２ｃの中心Ｃである。また、間隔ｄｘを定める２つの基点のうち他方は、制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロット１１ｄ２との交点Ｄである。

また、制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロット１１ｄ２が備える２つの短辺のうち電磁波を給電される給電部に近い方（ｙ軸負方向側）の短辺との間隔を、間隔ｄｙと定義した。

導波管１Ｂ：導波管１Ｂとして、方形導波管ＷＲ−１５（ＥＩＡ規格）を用いた。導波管１Ｂの端部の上面に、第２の導体層１３、第１の誘電体層１２及び第１の導体層１１が、この順で積層されており、第２の導体層１３の開口１３ａを介して、第１の誘電体層１２の導波路と、導波管１Ｂの導波路１Ｂａとは連通している。

図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性（反射係数の周波数特性）を示すグラフである。より具体的には、図５（ａ）は、間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４２で固定し、間隔ｄｘ／λ_ｇを０．１，０．１７，０．２１，０．２４及び０．３１としたときに得られた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性を示すグラフであり、図５（ｂ）は、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．２２で固定し、間隔ｄｙ／λ_ｇを０．３５，０．３８，０．４２，０．４５及び０．４８としたときに得られた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性を示すグラフである。

〔反射特性のスロット位置依存性〕
図５（ａ）を参照すると、間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４２で固定し、間隔ｄｘ／λ_ｇを０．１以上０．３１以下の範囲で変化させた場合、全ての導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが示す反射係数の最小値は、一般的な要求水準である−１０ｄＢを下回った。以下では、反射特性が良好であるか否かを判定する場合の基準を、反射係数の最小値が−１０ｄＢを下回る、とする。すなわち、当該基準を満たす反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを、良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナと判定する。したがって、図５（ａ）に示した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、いずれも良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナであると言える。

また、図５（ａ）を参照すると、間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４２で固定した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、反射係数が最小となる周波数ｆ_０は、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．１において６７．５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．１７において６４．０ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．２１において６２．２５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．２４において５８．５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１において５７．５ＧＨｚであることが分かった。

このことから、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、間隔ｄｘ／λ_ｇが０．１以上０．３１以下の範囲において、間隔ｄｘ／λ_ｇを大きくするにしたがって、周波数ｆ_０が低周波側へシフトすることがわかった。このことは、間隔ｄｘ／λ_ｇを変化させることによって、良好な反射特性を保ったまま、周波数ｆ_０を、５７．５ＧＨｚ以上６７．５ＧＨｚ以下の範囲において可変制御することが可能であることを意味する。言い換えれば、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける間隔ｄｘ／λ_ｇを変化させることによって、５７．５ＧＨｚ以上６７．５ＧＨｚ以下の範囲において、所望の周波数において反射係数が最小値を示す導波路型スロットアレイアンテナを実現することができることを意味する。

図５（ｂ）を参照すると、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．２２で固定し、間隔ｄｙ／λ_ｇを０．３５以上０．４８以下の範囲で変化させた場合、全ての導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが示す反射係数の最小値は、一般的な要求水準である−１０ｄＢを下回った。したがって、図５（ｂ）に示した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、いずれも良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナであると言える。

また、図５（ｂ）を参照すると、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．２２で固定した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、周波数帯域における反射係数の最小値は、間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．３５において−１１．３ｄＢ，間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．３８において−１５．９ｄＢ，間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４２において−２３．４ｄＢ，間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４５において−１４．１ｄＢ，間隔ｄｙ／λ_ｇ＝０．４８において−１２．１ｄＢであることが分かった。

〔周波数ｆ_０と利得の関係〕
図６（ａ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのｚｘ平面における利得［ｄＢｉ］の方位角依存性を示すグラフである。グラフ中の０°は、図１に示す座標系におけるｚ軸正方向に対応し、−１８０°は、該座標系におけるｚ軸負方向に対応する。また、グラフ中の９０°は、上記座標軸におけるｘ軸正方向に対応し、−９０°は、上記座標軸におけるｘ軸負方向に対応する。図中の実線は、６７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示し、破線は、５７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示す。なお、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける周波数ｆ_０は、５７．５ＧＨｚである。

周波数ｆ_０に相当する５７．５ＧＨｚの場合と、５７．５ＧＨｚの場合より反射係数が大きい６７．５ＧＨｚの場合とを比較すると、５７．５ＧＨｚにおける利得の方が大きいことが分かった。

図６（ｂ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。グラフ中の角度と、図１に示す座標系との対応関係は、図６（ａ）の場合と同様である。図中の実線は、６７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示し、破線は、５７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示す。なお、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける周波数ｆ_０は、６７．５ＧＨｚである。

周波数ｆ_０に相当する６７．５ＧＨｚの場合と、６７．５ＧＨｚの場合より反射係数が大きい５７．５ＧＨｚの場合とを比較すると、６７．５ＧＨｚにおける利得の方が大きいことが分かった。

以上のことから、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、大きい反射係数を示す周波数において得られる利得と比較した場合、小さい反射係数を示す周波数において得られる利得は大きいことが分かった。

したがって、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、制御壁（例えば制御壁１２ｃ１）に対するスロット（例えばスロット１１ｄ１）の相対的な配置を変化させることによって、反射係数が最小となる周波数ｆ_０を可変制御することが可能であり、該周波数ｆ_０において得られる利得は、反射係数がより大きい周波数において得られる利得より大きいことが分かった。すなわち、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを用いて放射させたい電磁波の周波数が予め決まっている場合には、上述の通り制御壁に対するスロットの相対配置を変化させることによって、該放射させたい周波数が周波数ｆ_０となる導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを設計することができる。言い換えれば、制御壁に対するスロットの相対配置を変化させることによって、所定の周波数の電磁波に対する利得を選択的に向上させた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが実現される。

〔磁界分布〕
図７（ａ）は、本実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λ_ｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに、周波数ｆ_０に対応する５７．５ＧＨｚの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。図７（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに、周波数ｆ_０より大きい反射係数を示す６７．５ＧＨｚの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。なお、図７（ａ）及び（ｂ）に示す磁界分布は、第１の誘電体層１２の導波路内を伝播するＴＥモードの電磁波のＨ面について求めたものである。

図７（ａ）を参照すると、スロット１１ｄ１，１１ｄ２，１１ｄ３及び１１ｄ４の周辺におけるそれぞれの磁界分布は、各スロットの中心部を中心とする半円状であり、磁界強度の違いはあるものの、いずれもよく似た分布形状であることが分かった。磁界強度が各スロット１１ｄ１〜１１ｄ４の位置に応じて異なるのは、図７（ａ）の左端から給電された電磁波が同図に示す座標系においてｙ軸方向に伝播するにしたがって、各スロット１１ｄ１〜１１ｄ４から放射されるなどの理由により、その電力強度を弱めるためである。

ここで、スロット１１ｄ１と、スロット１１ｄ２とに注目すると、スロット１１ｄ１周辺の磁界分布と、スロット１１ｄ２周辺の磁界分布との形状が似ていることから、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ２に起因する反射波との振幅は等しい、又は、近い値であることが推測できる。また、スロット１１ｄ１と、スロット１１ｄ２との間の各々の反射波の経路差は、互いに１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）異なると考えられる。したがって、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ２に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うと考えられる。

また、スロット１１ｄ２に起因する反射波と、スロット１１ｄ３に起因する反射波とについても、上記の場合と同様に考えられる。スロット１１ｄ２周辺における磁界分布と、スロット１１ｄ３周辺における磁界分布とはよく似た分布形状であることから、スロット１１ｄ２に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ３に起因する反射波の振幅とは、等しい、又は、近い値であると推測できる。スロット１１ｄ２と、スロット１１ｄ３との間の各々の反射波の経路差は、互いに１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）異なると考えられる。したがって、スロット１１ｄ２に起因する反射波と、スロット１１ｄ３に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うと考えられる。

以上の説明と同様に、スロット１１ｄ４に起因する反射波、スロット１１ｄ５に起因する反射波、及び、スロット１１ｄ６に起因する反射波のそれぞれは、隣接するスロットに起因する反射波によって打ち消される。

したがって、図７（ａ）に示すように、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６及びスロット１１ｄ１〜１１ｄ６の配置とマッチングのよい周波数を有する電磁波に関して、各スロットに起因する反射波は、該スロットに隣接するスロットに起因する反射波によって打ち消されるため、その反射係数は小さく抑えられる。その結果、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６及びスロット１１ｄ１〜１１ｄ６の配置と最もマッチングのよい周波数が、該導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの周波数ｆ_０となると考えられる。

図７（ｂ）を参照すると、スロット１１ｄ１，１１ｄ２，１１ｄ３及び１１ｄ４の周辺におけるそれぞれの磁界分布は、一様ではないことが分かった。例えば、スロット１１ｄ１の周辺における磁界は、同図に示す座標系におけるｙ軸と平行な成分が多いと言える。一方、スロット１１ｄ２の周辺における磁界は、ｙ軸と平行な成分が多いと言える。このように磁界分布の形状が異なるため、スロット１１ｄ１に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ２に起因する反射波の振幅とは異なり、互いに打ち消し合うことができないと考えられる。

同様に、スロット１１ｄ３の周辺と、スロット１１ｄ４の周辺とを比較すると、それぞれの磁界分布の形状が異なるため、スロット１１ｄ３に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ４に起因する反射波の振幅とは異なり、互いに打ち消し合うことができないと考えられる。

なお、スロット１１ｄ１の周辺及びスロット１１ｄ４の周辺のように、それぞれの磁界分布の形状が似ている区間もある。スロット１１ｄ１とスロット１１ｄ４との間隔は３ｄ_ｐであるため、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ４に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うように作用すると考えられる。しかしながら、互いに打ち消し合わない反射波が同時に存在するため、反射が大きくなると考えられる。

このように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６及びスロット１１ｄ１〜１１ｄ６の配置とマッチングの悪い周波数を有する電磁波に関して、打ち消し合わない反射波が多く存在するため、その反射係数は大きくなると考えられる。

〔変形例１〕
第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの変形例について、図８を参照しながら説明する。図８は、第１の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ２Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール２の分解斜視図である。

〔導波路型スロットアレイアンテナの構成〕
スロットアレイアンテナモジュール２が備える導波路型スロットアレイアンテナ２Ａは、第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと比較して、次の構成が異なる。
・制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６は、第１の誘電体層２２に形成された角柱状のポストである。
・第１の導体層２１には開口２１ａが設けられており、第１の導体層２１と、導波管２Ｂとは、該開口２１ａが導波管２Ｂ内の導波路２Ｂａと連通するように接続されている。

本変形例では、上記２つの構成上の違いについて説明する。導波路型スロットアレイアンテナ２Ａに関して、本変形例において説明しない構成は、実施形態１に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと同様の構成である。

〔制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６〕
制御壁群を構成する制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６のそれぞれは、図８に示すように、第１の誘電体層２２に形成された板壁によって構成されている。具体的には、各制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６は、その上端が第１の導体層２１に接続され、その下端が第２の導体層２３に接続された角柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層２２に形成された角柱状である貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。

各制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６における、ｘｙ面と平行な平面における断面の形状は、長手方向がｘ軸と平行である長方形である。なお、本変形例に係る各制御壁２２ｃ１〜２２ｃ６は、長辺と短辺との間に形成される角部分が曲線により構成される領域を含んでも良い。第１の誘電体層２２に断面形状が長方形である貫通孔を形成する場合、該貫通孔の４つの角が丸みを帯びる場合があるためである。

〔導波管との接続〕
第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール１において、第２の導体層１３に設けられた開口１３ａが導波管１Ｂの導波路１Ｂａと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと、導波管１Ｂとは接続されていた（図１参照）。言い換えれば、導波管１Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの下側（ｚ軸負方向側）に接続されていた。本変形例に係るスロットアレイアンテナモジュール２では、第１の導体層２１に設けられた開口２１ａが導波管２Ｂの導波路２Ｂａと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ２Ａと、導波管２Ｂとは接続されている。言い換えれば、導波管２Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ２Ａの上側（ｚ軸正方向側）に接続されている。

このように、本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールの一実施形態において、導波管は、導波路型スロットアレイアンテナのスロットが形成されている第１の導体層に接続されていてもよい（第１の実施形態）し、第１の誘電体層を介して第１の導体層に対向する第２の導体層に接続されていてもよい（本変形例）。

〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール３の分解斜視図である。図１０（ａ）は、スロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。図１０（ｂ）は、スロットアレイアンテナモジュール３の給電ピンの構造を変更することにより得られる別態様のスロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）においては、スロットアレイアンテナモジュール３のｙｚ平面に平行な断面のうち、給電ピン３２ａ，３４ａ及び導体ポスト１２ａｉを通る断面を示している。

〔スロットアレイアンテナモジュールの構成〕
本実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール３は、第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール１と比較して、電磁波を導波路型スロットアレイアンテナに給電する部分の構成が異なる。スロットアレイアンテナモジュール１において、電磁波を給電するための導波管１Ｂが第２の導体層１３に接続されているのに対し、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａにおいて、電磁波を給電するためのマイクロストリップ線路３Ｂが形成されている。また、第１の誘電体層３２は、給電された電磁波を第１の誘電体層３２内に放射する給電ピン３２ａを備えている。本実施形態においては、電磁波を供給するためのマイクロストリップ線路３Ｂ及び給電ピン３２ａを中心に説明する。

スロットアレイアンテナモジュール３は、第１の導体層３１、第１の誘電体層３２、第２の導体層３３、第２の誘電体層３４、第３の導体層３５、及びＲＦＩＣ３６を、この順に積層した構造を有している。

第１の導体層３１、第２の導体層３３、及び第３の導体層３５の材料としては、銅などの金属を用いることができる。また、第１の誘電体層３２の材料としては、石英ガラス等のガラス、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、又はシクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。また、第２の誘電体層３４の材料としては、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー、又はポリイミド系樹脂などが挙げられる。

スロットアレイアンテナモジュール３においては、第１の誘電体層３２を介して互いに対向する第１の導体層３１及び第２の導体層３３が、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを構成する。

第１の誘電体層３２において、導体ポスト１２ａｉが形成するポスト壁１２ａが囲む領域（導波路）の内側に、ＴＥモード励振構造である給電ピン３２ａが形成されている。給電ピン３２ａは、第１の誘電体層３２の上面から下面に向かって形成された孔であり、孔壁に導体メッキが施された孔である。第２の導体層３３には、給電ピン３２ａの下端部が第２の導体層３３と接触することを避けるための開口３３ａが形成されている。このため、給電ピン３２ａは、第２の導体層３３から絶縁されている。また、給電ピン３２ａは、第１の誘電体層３２の上面から下面に向かって形成されているものの貫通孔ではない。したがって、給電ピン３２ａと第１の導体層３１との間には、第１の誘電体層３２が存在する。すなわち、給電ピン３２ａは、第１の導体層３１からも絶縁されている。なお、ＴＥモード励振構造である給電ピン３２ａは、電磁波を給電する給電部とも呼べる。

第１の導体層３１、第２の導体層３３、及び、導体ポスト１２ａｉで構成されたポスト壁１２ａにより六方を取り囲まれた領域は、電磁波を導波する導波路として機能する。

スロットアレイアンテナモジュール３において、ＲＦＩＣ３６から出力された高周波信号は、ＴＥＭモードの電磁波として後述するマイクロストリップ線路３Ｂを伝送された後、給電ピン３２ａにおいてＴＥモードの電磁波に変換される。この電磁波は、第１の誘電体層３２の導波路を導波した後、第１の導体層１１に形成されたスロットを介して当該導波路から導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの外部に放射される。

また、スロットアレイアンテナモジュール３においては、第２の誘電体層３４を介して互いに対向する第２の導体層３３及び第３の導体層３５が、マイクロストリップ線路３Ｂを構成する（第２の導体層３３は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａとマイクロストリップ線路３Ｂとに共用される）。

第３の導体層３５は、第２の誘電体層３４の表面にプリントされた導体パターンであり、信号ライン３５ａ、信号パッド３５ｂ、及び接地パッド３５ｃを含んでいる。信号ライン３５ａは、その一方の端点が第２の誘電体層３４に形成された給電ピン３４ａの下端部に接続された線状導体である。ここで、給電ピン３４ａは、第２の誘電体層３４の上面から下面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である。この給電ピン３４ａの上端部は、第１の誘電体層３２に形成された給電ピン３２ａの上端部と接触しているので、信号ライン３５ａと給電ピン３２ａとが給電ピン３４ａを介して導通する。また、信号パッド３５ｂは、その端辺が信号ライン３５ａの他方の端点に接続された正方形の面状導体である。また、接地パッド３５ｃは、信号パッド３５ｂの近傍に信号パッド３５ｂから離間して配置された正方形の面状導体である。第２の誘電体層３４には、第２の誘電体層３４の上面から下面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である接地ビア３４ｂが形成されている。接地ビア３４ｂの下端部は、接地パッド３５ｃに接触し、接地ビア３４ｂの上端部は、第２の導体層３３に接触している。接地ビア３４ｂによって、第２の導体層３３、及び、第２の導体層３３と短絡された第１の導体層３１の電位は、接地パッド３５ｃの電位（接地電位）と同じになる。

信号パッド３５ｂには、ＲＦＩＣ３６に形成された信号端子３６ａが半田バンプ３７ａを用いてバンプ接続され、接地パッド３５ｃには、ＲＦＩＣ３６に形成された接地端子３６ｂが半田バンプ３７ｂを用いてバンプ接続される。これにより、ＲＦＩＣ３６にて生成された高周波信号を、寄生インダクタンスによる信号反射を生じさせることなく、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａに供給することが可能になる。

スロットアレイアンテナモジュール３において注目すべき点は、ＲＦＩＣ３６が積層方向から見て（図９におけるｚ軸不方向から見て）、第１の誘電体層３２に形成された導波路と重なるように配置されている点である。このため、積層方向から見たスロットアレイアンテナモジュール３の面積、すなわち、スロットアレイアンテナモジュール３の実装に要する面積は、同方向から見たＲＦＩＣ３６の面積と、同方向から見た第１の誘電体層３２に形成された導波路の面積との和よりも小さくなる。すなわち、本実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール３の実装に要する面積は、高周波信号を出力するＲＦＩＣ３６を備えているにも関わらず、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａのみを実装するために必要とされる面積と同程度でよい。

スロットアレイアンテナモジュール３においては、ＲＦＩＣ３６との容量結合によってアンテナ特性が変化する懸念はない。何故なら、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６が形成されている第１の導体層３１と、ＲＦＩＣ３６との間に第２の導体層３３が介在しているからである。また、スロットアレイアンテナモジュール３においては、ｚ軸正方向に伝播する電磁波がスロット１１ｄ１〜１１ｄ６から放射するが、これらの電磁波がＲＦＩＣ３６により乱されたり、ＲＦＩＣ３６の機能がこれらの電磁波により阻害されたりする懸念はない。何故なら、これらの電磁波は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの上面側（図９におけるｚ軸正方向側）の空間を伝播するのに対して、ＲＦＩＣ３６は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの下面側（図９におけるｚ軸負方向側）の空間に配置されているからである。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの設計は、ＲＦＩＣ３６の有無を考慮することなく行うことができるし、また、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａのアンテナ特性は、ＲＦＩＣ３６に影響されることがない。

上記のようなＲＦＩＣ３６の配置を実現するために、スロットアレイアンテナモジュール３においては、信号ライン３５ａを、給電ピン３４ａの下端部から、第１の誘電体層３２に形成された導波路の中心に近づく方向（図９におけるｙ軸正方向）に引き出している。

〔スロットアレイアンテナモジュールの断面構造〕
次に、図９に示すスロットアレイアンテナモジュール３が備える給電ピン３２ａ及び３４ａについて、図１０を参照して説明する。図１０は、スロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。なお、図１０においては、スロットアレイアンテナモジュール３のｙｚ平面（図１参照）に平行な断面のうち、給電ピン３２ａ、３４ａ及び導体ポスト１２ａｉを通る断面を示している。

スロットアレイアンテナモジュール３は、図１０（ａ）に示すように、第２の誘電体層３４を下面から上面へ貫通する貫通孔である給電ピン３４ａと、第１の誘電体層３２の下面からその内部に至る給電ピン３２ａとを備えている。給電ピン３２ａ及び３４ａは、第１の誘電体層３２に形成された非貫通孔、及び、第２の誘電体層３４に形成された貫通孔の孔壁に導体メッキを施したあと、これらの非貫通孔及び貫通孔をスタックすることにより形成される。

図１０に示す給電ピン３２ａ，３４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン３４ａの下端部が信号ライン３５ａに接触している点、（２）給電ピン３２ａの下端部が開口３３ａによって第２の導体層３３から離間している点、及び、（３）給電ピン３２ａの上端部が第１の誘電体層３２の内部に留まり、第１の導体層３１から離間している点である。これにより、給電ピン３２ａは、信号ライン３５ａと導通し、かつ、第１の導体層３１及び第２の導体層３３の双方から絶縁される。

なお、本実施形態においては、図１０（ａ）に示すように、給電ピン３２ａとして第１の誘電体層３２の下面から内部に至る（上面に至らない）非貫通孔を用いる構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、給電ピン３２ａとして第１の誘電体層３２の下面から上面に至る貫通孔を用いる構成を採用してもよい。

図１０（ｂ）に示す給電ピン３２ａ，３４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン３４ａの下端部が信号ライン３５ａに接触している点、（２）給電ピン３２ａの下端部が開口３３ａによって第２の導体層３３から離間している点、及び、（３）給電ピン３２ａの上端部が開口３１ａによって第１の導体層３１から離間している点である。これにより、給電ピン３２ａは、信号ライン３５ａと導通し、かつ、第１の導体層３１及び第２の導体層３３の双方から絶縁される。

給電ピン３２ａとして図１０（ａ）に示す非貫通孔を用いた場合、図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合と比べて、開口３１ａからの電磁波の漏洩を回避し得るというメリットがある。一方、給電ピン３２ａとして図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合、図１０（ａ）に示す非貫通孔を用いた場合と比べて、その形成が容易になるというメリットがある。

なお、給電ピン３２ａとして図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合、開口３１ａから電磁波が漏洩し得るが、ＲＦＩＣ３６は、この電磁波が伝播する空間から２層の導体層３１，３３によって隔てられているので、ＲＦＩＣ３６の機能がこの電磁波により阻害されたりする懸念はない。

〔変形例２〕
第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール３の変形例について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第２の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ４Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール４の分解斜視図である。

本変形例に係るスロットアレイアンテナモジュール４は、ＲＦＩＣ４６及びマイクロストリップ線路４Ｂを、第１の導体層４１の上側に備えている点において、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３と異なる。

スロットアレイアンテナモジュール４は、ＲＦＩＣ４６、第３の導体層４５、第２の誘電体層４４、第１の導体層４１、第１の誘電体層４２、及び第２の導体層４３を、この順に積層した構造を有している。

スロットアレイアンテナモジュール４においては、第１の誘電体層４２を介して互いに対向する第１の導体層４１及び第２の導体層４３が、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａを構成する。また、第２の誘電体層４４を介して互いに対向する第１の導体層４１及び第３の導体層４５が、マイクロストリップ線路４Ｂを構成する（第１の導体層４１は、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａとマイクロストリップ線路４Ｂとに共用される）。

第３の導体層４５は、第２の誘電体層４４の表面にプリントされた導体パターンであり、信号ライン４５ａ、信号パッド４５ｂ、及び接地パッド４５ｃを含んでいる。信号ライン４５ａは、その一方の端点が第２の誘電体層４４に形成された給電ピン４４ａの上端部に接続された線状導体である。ここで、給電ピン４４ａは、第２の誘電体層４４の下面から上面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である。この給電ピン４４ａの下端部は、第１の誘電体層３２に形成された給電ピン４２ａの上端部と接触しているので、信号ライン４５ａと給電ピン４２ａとが給電ピン４４ａを介して導通する。第１の導体層４１には、給電ピン４２ａの上端部と離間させるための開口４１ａが設けられている。

給電ピン４２ａ，４４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン４４ａの上端部が信号ライン４５ａに接触している点、（２）給電ピン４２ａの上端部が開口４１ａによって第１の導体層４１から離間している点、及び、（３）給電ピン４２ａの下端部が第１の誘電体層４２の内部に留まり、第２の導体層４３から離間している点である。これにより、給電ピン４２ａは、信号ライン４５ａと導通し、かつ、第１の導体層４１及び第２の導体層４３の双方から絶縁される。

信号パッド４５ｂには、ＲＦＩＣ４６に形成された信号端子（図示せず）が半田バンプ４７ａを用いてバンプ接続され、接地パッド４５ｃには、ＲＦＩＣ４６に形成された接地端子（図示せず）が半田バンプ４７ｂを用いてバンプ接続される。これにより、ＲＦＩＣ４６にて生成された高周波信号を、寄生インダクタンスによる信号反射を生じさせることなく、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａに供給することが可能になる。

スロットアレイアンテナモジュール４において、ＲＦＩＣ３６との容量結合によってアンテナ特性が変化する懸念はないことは、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３の場合と同様である。また、スロットアレイアンテナモジュール４において、（１）スロットアレイアンテナモジュール４が放射する電磁波がＲＦＩＣ４６により乱されないこと、（２）ＲＦＩＣ４６の機能がこれらの電磁波により阻害されないことも、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３の場合と同様である。

上記のようなＲＦＩＣ４６の配置を実現するために、スロットアレイアンテナモジュール４においては、信号ライン４５ａを、給電ピン４４ａの上端部から、第１の誘電体層３２に形成された導波路の中心から遠ざかる方向（図１１におけるｙ軸負方向）に引き出している。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、導波路型スロットアレイアンテナ及び該導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールとして好適に利用することができる。

１ スロットアレイアンテナモジュール
１Ａ 導波路型スロットアレイアンテナ
１１ 第１の導体層
１１ｄ１〜１１ｄ６ スロット
１２ 第１の誘電体層
１２ａ ポスト壁
１２ａｉ 導体ポスト
１２ｂ１〜１２ｂ２ 制御ポスト
１２ｃ１〜１２ｃ６ 制御壁
１３ 第２の導体層
１３ａ 開口
１Ｂ 導波管
１Ｂａ 導波路

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、導波路型スロットアレイアンテナの管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁と、該制御壁により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロットとの間隔ｄｘ[ｍ]は、０．１０≦ｄｘ／λ_ｇ≦０．３１を満たす、ことが好ましい。

本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記複数のスロットの各々は、上記導波路の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口であり、当該導波路型スロットアレイアンテナの管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロットの２つの短辺のうち給電部に近い方の短辺との間隔ｄｙ[ｍ]は、０．３５≦ｄｙ／λ_ｇ≦０．４８を満たす、ことが好ましい。

制御壁同士の間隔である間隔ｄｐはｆ _０［Ｈｚ］における管内波長をλ_ｇとして、λ_ｇ／２［ｍｍ］と同程度であることが好ましい。なお、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて反射係数が最小となる周波数ｆ_０は、実施例に後述するように、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置にも強く依存する。したがって、周期的に配置する間隔ｄ_ｐは、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置に依存して変化し得るものであり、必ずしもλ_ｇ／２に近くなくてもよい。

制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６：各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を構成する導体ポストとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、制御壁を構成する３つの導体ポスト（例えば導体ポスト１２ｃ１ａ〜１２ｃ１ｃ）の中心間隔は、４００μｍとした。また、各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の間隔ｄ_ｐは、約１．８ｍｍとした。

制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６：各制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を構成する導体ポストとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、制御壁を構成する３つの導体ポスト（例えば導体ポスト１２ｃ１ａ〜１２ｃ１ｃ）の中心間隔は、４００μｍとした。

Claims (12)

1. 直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、
   上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する制御壁が千鳥状に配置されており、
   上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている、
   ことを特徴とする導波路型スロットアレイアンテナ。
2. 上記導波路の側壁と直交する方向に関して、上記制御壁の幅は、上記導波路の幅の２分の１以上である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
3. 当該導波路型スロットアレイアンテナの動作帯域の中心周波数における管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁と、該制御壁により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロットとの間隔ｄｘ[ｍ]は、０．１０≦ｄｘ／λ_ｇ≦０．３１を満たす、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
4. 上記複数のスロットの各々は、上記導波路の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口であり、
   当該導波路型スロットアレイアンテナの動作帯域の中心周波数における管内波長をλ_ｇとして、上記制御壁により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロットの２つの短辺のうち給電部に近い方の短辺との間隔ｄｙ[ｍ]は、０．３５≦ｄｙ／λ_ｇ≦０．４８を満たす、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
5. 上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、
   上記側壁及び上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
6. 上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記上壁として機能する第１の導体層、及び、下壁として機能する第２の導体層とを備えており、
   上記側壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁であり、
   上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された角柱状の板壁である、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
7. 請求項５又は６に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、
   上記導波路の上壁の上、又は、上記導波路の下壁の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層を介して、上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁に対向する第３の導体層により構成されたマイクロストリップ線路と、を備えている、
   ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。
8. 上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第１の誘電体層及び上記第２の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔を、ＴＥモード励振構造として含む、
   ことを特徴とする請求項７に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
9. 上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第２の誘電体層を貫通し上記第１の誘電体層の上記第２の誘電体層に対向する面から内部に至る、孔壁に導体メッキが施された非貫通孔であって、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層との間に介在する導体層に形成された開口によって上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔をＴＥモード励振構造として含む、
   ことを特徴とする請求項７に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
10. 上記第３の導体層に接続されたＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）を更に備え、
    上記第２の誘電体層は、上記導波路の下壁の下に積層され、
    上記第３の導体層は、上記第２の誘電体層を介して上記導波路の下壁に対向しており、
    上記ＲＦＩＣは、上面視したときに、上記導波路と重なるように配置されている、
    ことを特徴とする請求項７〜９の何れか１項に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
11. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、導波管とを備えたスロットアレイアンテナモジュールであって、
    上記導波路の一方の端部に開口が形成されており、
    上記導波管は、該導波管の導波路が上記開口を介して上記導波路型スロットアレイアンテナの導波路と連通するように上記導波路型スロットアレイアンテナに接続されている、
    ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。
12. 上記導波路内には、上記開口の近傍に配置された制御ポストが形成されており、
    上記導波路の上記開口を含む区間内における左側壁と右側壁との間隔は、上記導波路の該区間外における左側壁と右側壁との間隔より広い、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のスロットアレイアンテナモジュール。

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