JP2018182740A - スロットアレーアンテナ - Google Patents

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桐野　秀樹
Hideki Kirino
秀樹 桐野
宏幸 加茂
Hiroyuki Kamo
宏幸 加茂
威 一ノ瀬
Takeshi Ichinose
威 一ノ瀬
秀明 北村
Hideaki Kitamura
秀明 北村
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WGR Co Ltd
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Nidec Corp
WGR Co Ltd
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Abstract

【課題】隣り合う２つのスロットの間隔を自由に設定することを可能にする。【解決手段】スロットアレーアンテナは、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置する導波部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体とを備える。第１導電部材または第２導電部材は、複数のスロットを有する。導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有する。前記複数のスロットは、前記導波面と結合する少なくとも２つのスロットを含む。前記導波面は、前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含む。【選択図】図７Ａ

Description

本開示は、スロットアレーアンテナに関する。
１つまたは複数のアンテナ素子（「放射素子」と呼ばれることもある。）を有するアンテナ装置が、様々な用途、例えばレーダおよび通信システムに利用されている。アンテナ装置から電磁波を放射するには、電磁波を生成する回路から各アンテナ素子に電磁波（例えば高周波の信号波）を供給（給電）する必要がある。このような給電は、導波路を介して行われる。導波路は、アンテナ素子で受けた電磁波を受信回路に送るためにも用いられる。
従来、アンテナ装置への給電には、マイクロストリップ線路が用いられることが多かった。しかし、アンテナ装置によって送信または受信する電磁波の周波数が、例えばミリ波帯域のように３０ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超える高い周波数である場合、マイクロストリップ線路の誘電体損失が大きくなり、アンテナの効率が低下する。このため、このような高周波領域では、マイクロストリップ線路に代わる導波路が必要になる。
マイクロストリップ線路の代わりに中空導波管（ｈｏｌｌｏｗ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）を用いて各アンテナ素子への給電を行えば、例えばミリ波帯域のように３０ＧＨｚを超える周波数領域でも損失を低減できることが知られている。中空導波管は、ｈｏｌｌｏｗ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｗａｖｅｇｕｉｄｅとも呼ばれ、円形または方形の断面を持つ金属製の管である。導波管の内部では、管の形状およびサイズに応じた電磁界モードが形成される。このため、電磁波は特定の電磁界モードで管内を伝搬することができる。管の内部は中空であるため、伝搬すべき電磁波の周波数が高くなっても誘電体損失の問題は生じない。しかしながら、中空導波管を用いてアンテナ素子を高密度に配置することは困難である。なぜなら、中空導波管の中空部分は、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要があり、さらに、中空導波管の管(金属壁)そのものの厚さを確保する必要もあるからである。
マイクロストリップ線路および中空導波管に代わる導波路構造として、特許文献１から３、ならびに非特許文献１および２は、リッジ型導波路の両側に配置された人工磁気導体（ＡＭＣ: Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を利用して電磁波の導波を行う構造を開示している。このような導波構造を、本明細書では、ＷＲＧ（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅ）と称することがある。特許文献１および非特許文献１は、ＷＲＧと複数のスロットとを組み合わせてアンテナとして機能させる構造を開示している。
国際公開第２０１０／０５０１２２号 米国特許第８８０３６３８号明細書 欧州特許出願公開第１３３１６８８号明細書
Kirino et al., "A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna Using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 60, No. 2, February 2012, pp 840-853 Kildal et al., "Local Metamaterial-Based Waveguides in Gaps Between Parallel Metal Plates", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 8, 2009, pp84-87 Zaman et al., "Ku Band Linear Slot-Array in Ridge Gapwaveguide Technology", EUCAP 2013, 7th European Conference on Antenna and Propagation
ＷＲＧとスロットとを組み合わせた従来のスロットアンテナでは、リッジに沿った方向に隣り合う２つのスロットの間の位相の関係を決定すると、それに応じた距離だけ当該２つのスロットを離して配置する必要があった。例えば、２つのスロットを同じ位相で励振するためには、リッジ上の導波路内での電磁波の波長と等しい距離だけ２つのスロットを離して配置する必要があった。このため、隣り合う２つのスロットの配置間隔に制限があった。特に、２つのスロットを近づけて配置することが難しかった。
本開示は、隣り合う２つのスロットの間の位相関係によらず、当該２つのスロットの間隔を柔軟に設定することが可能なスロットアレーアンテナを提供する。
本開示の一態様に係るスロットアレーアンテナは、送信機または受信機に接続されて用いられる。前記スロットアレーアンテナは、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、を備える。前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有する。前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含む。前記導波面は、前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含む。前記導波面は、前記導波面の法線方向から見た場合に、前記転向部から離れる方向に前記２つのスロットの内の少なくとも一方を超えて延びる延長部を含む。前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上である。前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さい。前記送信機または前記受信機は、前記延長部側において前記導波面と結合する。
本開示の他の態様に係るスロットアレーアンテナは、送信機または受信機に接続されて用いられる。前記スロットアレーアンテナは、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、を備える。前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有する。前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含む。前記導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの転向部を含む。前記２つのスロットは、前記２つの転向部と結合する。前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上である。前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さい。前記送信機または前記受信機は、前記導波面と結合する。
本開示の実施形態によれば、隣り合う２つのスロットの間の位相関係によらず、当該２つのスロットの間隔を設定することが可能になる。
図１は、導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。 図２Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成の例を模式的に示す図である。 図２Ｂは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成の他の例を模式的に示す図である。 図３は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。 図４は、図２Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。 図５Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。 図５Ｂは、参考のため、中空導波管１３０の断面を模式的に示している。 図５Ｃは、第２導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。 図５Ｄは、参考のため、２つの中空導波管１３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。 図６Ａは、スロットアンテナ２００の構成例（比較例）を模式的に示す斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａに示すスロットアンテナ２００における１つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面を模式的に示す図である。 図６Ｃは、比較例における複数のスロット１１２と、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４との配置関係を示す上面図である。 図７Ａは、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナ３００の構成の一部を模式的に示す上面図である。 図７Ｂは、スロットアレーアンテナ３００の他の構成例を模式的に示す上面図である。 図８は、スロットアレーアンテナ３００のさらに他の構成例を模式的に示す上面図である。 図９は、非特許文献３に開示されたスロットアンテナの構造を示す斜視図である。 図１０Ａは、Ｉ形状のスロット１１２の例を示している。 図１０Ｂは、Ｕ字型の曲線（この例では３つの線分の組み合わせ）に沿って長さが定義されたスロット１１２の一例を示している。 図１０Ｃは、３つの線分の組み合わせに沿って長さが定義された他のスロット１１２の例を示している。 図１０Ｄは、アルファベットの「Ｈ」に類似する形状を有するスロット１１２の一例を示している。 図１０Ｅは、円弧状の曲線によって長さが規定されるスロット１１２の一例を示している。 図１１Ａは、導波面１２２ａに沿ってスロット１１２が配置されたスロットアレーアンテナ３００の一例を示している。 図１１Ｂは、図１１Ａに示す構成と比較して、２つのスロット１１２をより近接させた構成の例を示している。 図１１Ｃは、各スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している例を示す上面図である。 図１１Ｄは、各スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している他の例を示す上面図である。 図１２Ａは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。 図１２Ｂは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の全体が導波面１２２ａに対向していない例を示している。 図１２Ｃは、スロット１１２が曲線状スロットであり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。 図１２Ｄは、スロット１１２がＺ型スロットであり、スロット１１２の開口の端部のみが導波面１２２ａに対向している例を示している。 図１２Ｅは、スロット１１２がＨ型スロットであり、スロット１１２の開口が導波面１２２ａの２つの縁を跨いで配置されている例を示している。 図１３Ａは、導波部材１２２が２つの転向部１２２ｔを有する例を示す図である。 図１３Ｂは、転向部１２２ｔにおいて、導波部材１２２が緩やかに弧を描くように曲がっている例を示している。 図１３Ｃは、導波部材１２２の導波面１２２ａが直線的な部分を有さず、全体がうねった形状を有する例を示している。 図１３Ｄは、導波面１２２ａが１つの直線上に位置する２つの線状部分１２２ｃと、それらの線状部分１２２ｃを繋ぐ曲線状の転向部１２２ｔとを有する例を示している。 図１４は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の一例を示す上面図である。 図１５は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の他の例を示す上面図である。 図１６は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図１７は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図１８は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図１９は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２０は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００の例を示す上面図である。 図２１は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００の他の例を示す上面図である。 図２２は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２３は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２４は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２５は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２６は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２７は、導波部材１２２が曲線状の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。 図２８は、３つ以上のスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の構成例を模式的に示す上面図である。 図２９は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００の一例を模式的に示す上面図である。 図３０は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００の他の例を模式的に示す上面図である。 図３１は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３２は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３３は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３４は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３５は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３６は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。 図３７Ａは、ホーン１１４を有する第１導電部材１１０の構成例を示す斜視図である。 図３７Ｂは、図３７Ａに示す構造をＺ方向から見た上面図である。 図３７Ｃは、ホーン１１４を有する第１導電部材１１０の他の構成例を示す上面図である。 図３８Ａは、アレーアンテナ装置３００をＺ方向からみた上面図である。 図３８Ｂは、図３８ＡのＣ−Ｃ線断面図である。 図３８Ｃは、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。 図３８Ｄは、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。 図３９は、第２導電部材１２０が複数のスロット１１２を有する例を示す斜視図である。 図４０Ａは、スロット１１２が転向部１２２ｔに結合する例を示す上面図である。 図４０Ｂは、スロット１１２が転向部１２２ｔに結合する他の例を示す上面図である。 図４０Ｃは、スロット１１２が転向部１２２ｔに結合するさらに他の例を示す上面図である。 図４１Ａは、導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。 図４１Ｂは、導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。 図４１Ｃは、導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の各々が、誘電体の表面に金属などの導電性材料がコーティングされた構造の例を示す図である。 図４１Ｄは、導体である金属製の導電部材の表面を誘電体の層で覆った構造の例を示す。 図４１Ｅは、導電部材１２０が、樹脂などの誘電体製の部材の表面を、金属などの導体で覆い、更にその金属の層を誘電体の層で覆った構造を有する例を示す。 図４１Ｆは、導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。 図４１Ｇは、図４１Ｆの構造において、更に、導電性表面１１０ａのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。 図４１Ｈは、導電部材１１０の導電性表面１１０ａが曲面形状を有する例を示す図である。 図４１Ｉは、さらに、導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。 図４２は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す図である。 図４３は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す図である。 図４４Ａは、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋとの関係を示す図である。 図４４Ｂは、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示す図である。 図４５は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。 図４６は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。 図４７は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。 図４８は、応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。 図４９は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示す図である。 図５０は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示す図である。 図５１は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示す図である。 図５２は、３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の関係を示す図である。 図５３は、複素平面上の合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の関係を示す図である。 図５４は、相対速度および距離を求める処理の手順を示すフローチャートである。 図５５は、スロットアレーアンテナを有するレーダシステム５１０、および車載カメラシステム７００を備えるフュージョン装置に関する図である。 図５６は、ミリ波レーダ５１０とカメラを車室内のほぼ同じ位置に置くことで、それぞれの視野・視線が一致し、照合処理が容易になることを示す図である。 図５７は、ミリ波レーダによる監視システム１５００の構成例を示す図である。 図５８は、デジタル式通信システム８００Ａの構成を示すブロック図である。 図５９は、電波の放射パターンを変化させることのできる送信機８１０Ｂを含む通信システム８００Ｂの例を示すブロック図である。 図６０は、ＭＩＭＯ機能を実装した通信システム８００Ｃの例を示すブロック図である。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。
前述の特許文献１から３、ならびに非特許文献１および２に開示されているリッジ導波路は、人工磁気導体として機能するワッフルアイアン構造中に設けられている。このような人工磁気導体を、本開示に基づいて利用するリッジ導波路（ＷＲＧ）は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子を高密度に配置することが可能である。以下、そのような導波路構造の基本的な構成および動作の例を説明する。
人工磁気導体は、自然界には存在しない完全磁気導体（ＰＭＣ: Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質を人工的に実現した構造体である。完全磁気導体は、「表面における磁界の接線成分がゼロになる」という性質を有している。これは、完全導体（ＰＥＣ: Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質、すなわち、「表面における電界の接線成分がゼロになる」という性質とは反対の性質である。完全磁気導体は、自然界には存在しないが、例えば複数の導電性ロッドの配列のような人工的な構造によって実現され得る。人工磁気導体は、その構造によって定まる特定の周波数帯域において、完全磁気導体として機能する。人工磁気導体は、特定の周波数帯域（伝搬阻止帯域）に含まれる周波数を有する電磁波が人工磁気導体の表面に沿って伝搬することを抑制または阻止する。このため、人工磁気導体の表面は、高インピーダンス面と呼ばれることがある。
特許文献１から３、ならびに非特許文献１および２に開示されている導波路装置では、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現されている。このようなロッドは、ポストまたはピンと呼ばれることもある突出部である。これらの導波路装置のそれぞれは、全体として、対向する一対の導電プレートを備えている。一方の導電プレートは、他方の導電プレートの側に突出するリッジと、リッジの両側に位置する人工磁気導体とを有している。リッジの上面（導電性を有する面）は、ギャップを介して、他方の導電プレートの導電性表面に対向している。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる波長を有する電磁波（信号波）は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間（ギャップ）をリッジに沿って伝搬する。
図１は、このような導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。図１では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。図示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置されたプレート状の第１導電部材１１０および第２導電部材１２０を備えている。第２導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。
なお、本願の図面に示される構造物の向きは、説明のわかりやすさを考慮して設定されており、本開示の実施形態が現実に実施されるときの向きをなんら制限するものではない。また、図面に示されている構造物の全体または一部分の形状および大きさも、現実の形状および大きさを制限するものではない。
図２Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。図２Ａに示されるように、第１導電部材１１０は、第２導電部材１２０に対向する側に導電性表面（第１導電性表面）１１０ａを有している。導電性表面１１０ａは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ａは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ａは平面である必要はない。
図３は、わかりやすさのため、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。現実の導波路装置１００では、図１および図２Ａに示したように、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔は狭く、第１導電部材１１０は、第２導電部材１２０の全ての導電性ロッド１２４を覆うように配置されている。
再び図２Ａを参照する。第２導電部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ、導電性表面１１０ａに対向する先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２５を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも上面および側面に沿って拡がる導電層があればよい。この導電層はロッド状構造物の表層に位置してもよいが、表層が絶縁塗装または樹脂層からなり、ロッド状構造物の表面には導電層が存在していなくてもよい。また、第２導電部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。第２導電部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面（第２導電性表面）１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面が導電体によって電気的に接続されていればよい。第２の導電部材１２０の導電性を有する層は、絶縁塗装や樹脂層で覆われていてもよい。言い換えると、第２導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する凹凸状の導電層を有していればよい。
第２導電部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側に人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図３からわかるように、この例における導波部材１２２は、第２導電部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、それぞれ、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なっていてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ａに沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、全体が導電性を有している必要はなく、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。第２導電部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、第１導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。
導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置１００内を伝搬する信号波の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の幅、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の間隙の大きさによって調整され得る。
次に、図４を参照しながら、各部材の寸法、形状、配置などの例を説明する。
図４は、図２Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。導波路装置は、所定の帯域（「動作周波数帯域」と称する。）の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。本明細書において、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、第２導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図４に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置などの例は、以下のとおりである。
（１）導電性ロッドの幅
導電性ロッド１２４の幅（Ｘ方向およびＹ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定され得る。この範囲内であれば、Ｘ方向およびＹ方向における最低次の共振の発生を防ぐことができる。なお、ＸおよびＹ方向だけでなくＸＹ断面の対角方向でも共振が起こる可能性があるため、導電性ロッド１２４のＸＹ断面の対角線の長さもλｍ／２未満であることが好ましい。ロッドの幅および対角線の長さの下限値は、工法的に作製できる最小の長さであり、特に限定されない。
（２）導電性ロッドの基部から第１導電部材の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔に相当する。例えば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの信号波が伝搬する場合、信号波の波長は、３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲内である。したがって、この場合、λｍは３．８９３４ｍｍとなるので、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設定される。第１導電部材１１０と第２導電部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、第１導電部材１１０および／または第２導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していてもよい。他方、第１および第２導電部材１１０、１２０の平面形状（ＸＹ面に垂直に投影した領域の形状）および平面サイズ（ＸＹ面に垂直に投影した領域のサイズ）は、用途に応じて任意に設計され得る。
図２Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。例えば、図２Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であってもよい。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状を持つ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。このような構造であっても、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離が波長λｍの半分よりも短ければ、図２Ｂに示す装置は、本開示の実施形態における導波路装置として機能し得る。
（３）導電性ロッドの先端部から導電性表面までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電性表面１１０ａまでの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を電磁波が往復する伝搬モードが生じ、電磁波を閉じ込められなくなるからである。なお、複数の導電性ロッド１２４のうち、少なくとも導波部材１２２と隣り合うものについては、先端が導電性表面１１０ａとは電気的には接触していない状態にある。ここで、導電性ロッドの先端が導電性表面に電気的に接触していない状態とは、先端と導電性表面との間に空隙がある状態、あるいは、導電性ロッドの先端と導電性表面とのいずれかに絶縁層が存在し、導電性ロッドの先端と導電性表面が絶縁層を間に介して接触している状態、のいずれかを指す。
（４）導電性ロッドの配列および形状
複数の導電性ロッド１２４のうちの隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間は、λｍ／２未満の幅を有する。隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間の幅は、当該２つの導電性ロッド１２４の一方の表面（側面）から他方の表面（側面）までの最短距離によって定義される。このロッド間の隙間の幅は、ロッド間の領域で最低次の共振が起こらないように決定される。共振が生じる条件は、導電性ロッド１２４の高さ、隣接する２つの導電性ロッド間の距離、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の空隙の容量の組み合わせによって決まる。よって、ロッド間の隙間の幅は、他の設計パラメータに依存して適宜決定される。ロッド間の隙間の幅には明確な下限はないが、製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上であり得る。なお、隙間の幅は一定である必要はない。λｍ／２未満であれば、導電性ロッド１２４の間の隙間は様々な幅を有していてもよい。
複数の導電性ロッド１２４の配列は、人工磁気導体としての機能を発揮する限り、図示されている例に限定されない。複数の導電性ロッド１２４は、直交する行および列状に並んでいる必要はなく、行および列は９０度以外の角度で交差していてもよい。複数の導電性ロッド１２４は、行または列に沿って直線上に配列されている必要はなく、単純な規則性を示さずに分散して配置されていてもよい。各導電性ロッド１２４の形状およびサイズも、第２導電部材１２０上の位置に応じて変化していてよい。
複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａが形成する人工磁気導体の表面１２５は、厳密に平面である必要はなく、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。
導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、例えば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、導電性ロッド１２４は、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。
（５）導波面の幅
導波部材１２２の導波面１２２ａの幅、すなわち、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向における導波面１２２ａのサイズは、λｍ／２未満（例えばλｏ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｍ／２以上になると、幅方向で共振が起こり、共振が起こるとＷＲＧは単純な伝送線路としては動作しなくなるからである。
（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの距離がλｍ／２以上となるからである。同様に、導電性ロッド１２４（特に、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４）の高さについても、λｍ／２未満に設定される。
（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離Ｌ１はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、距離Ｌ１を、例えばλｍ／１６以上とすることが好ましい。
導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ａと導電性ロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、上下の２つの導電部材１１０、１２０を一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて例えばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。
上記の構成を有する導波路装置１００によれば、動作周波数の信号波は、人工磁気導体の表面１２５と第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって接続する必要もない。
図５Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。図５Ａにおける３本の矢印は、伝搬する電磁波の電界の向きを模式的に示している。伝搬する電磁波の電界は、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａに対して垂直である。
導波部材１２２の両側には、複数の導電性ロッド１２４によって形成された人工磁気導体が配置されている。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａと第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙を伝搬する。図５Ａは、模式的であり、電磁波が現実に作る電磁界の大きさを正確には示していない。導波面１２２ａ上の空間を伝搬する電磁波（電磁界）の一部は、導波面１２２ａの幅によって区画される空間から外側（人工磁気導体が存在する側）に横方向に拡がっていてもよい。この例では、電磁波は、図５Ａの紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に伝搬する。このような導波部材１２２は、Ｙ方向に直線的に延びている必要はなく、不図示の屈曲部および／または分岐部を有し得る。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａに沿って伝搬するため、屈曲部では伝搬方向が変わり、分岐部では伝搬方向が複数の方向に分岐する。
図５Ａの導波路構造では、伝搬する電磁波の両側に、中空導波管では不可欠の金属壁（電気壁）が存在していない。このため、この例における導波路構造では、伝搬する電磁波が作る電磁界モードの境界条件に「金属壁（電気壁）による拘束条件」が含まれず、導波面１２２ａの幅（Ｘ方向のサイズ）は、電磁波の波長の半分未満である。
図５Ｂは、参考のため、中空導波管１３０の断面を模式的に示している。図５Ｂには、中空導波管１３０の内部空間１３２に形成される電磁界モード（ＴＥ10）の電界の向きが矢印によって模式的に表されている。矢印の長さは電界の強さに対応している。中空導波管１３０の内部空間１３２の幅は、波長の半分よりも広く設定されなければならない。すなわち、中空導波管１３０の内部空間１３２の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。
図５Ｃは、第２導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。このように隣接する２個の導波部材１２２の間には、複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置されている。より正確には、各導波部材１２２の両側に複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置され、各導波部材１２２が独立した電磁波の伝搬を実現することが可能である。
図５Ｄは、参考のため、２つの中空導波管１３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管１３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管１３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間１３２の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管１３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。
これに対して、人工磁気導体を備える導波路装置１００は、複数の導波部材１２２を近接させた構造を容易に実現することができる。このため、複数のアンテナ素子が近接して配置されたアレーアンテナへの給電に好適に用いられ得る。
次に、上記のような導波路構造を利用したスロットアンテナの構成例を説明する。「スロットアンテナ」とは、アンテナ素子として１つ以上のスロット（貫通孔）を備えたアンテナ装置を意味する。特に、複数のスロットをアンテナ素子として備えたスロットアンテナを、「スロットアレーアンテナ」または「スロットアンテナアレイ」と称する。スロットアンテナを備えた装置を「アンテナ装置」と称することもある。
図６Ａは、スロットアンテナ２００の構成例（比較例）を模式的に示す斜視図である。このスロットアンテナ２００は、前述の導波路装置と同様、第１導電部材１１０と、第２導電部材１２０と、導波部材１２２と、複数の導電性ロッド１２４とを備えている。スロットアンテナ２００は、第１導電部材１１０がＹ方向に並ぶ３つのスロット１１２を備えている点で、前述の導波路装置とは異なっている。図６Ａの例では導波部材１２２の数は１つであるが、複数の導波部材１２２をＸ方向に並べてもよい。そのような構成では、複数の導波部材１２２にそれぞれ対向する複数のスロットが第１導電部材１１０に設けられ、２次元のスロットアレーアンテナが実現される。
図６Ｂは、図６Ａに示すスロットアンテナ２００における１つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面を模式的に示す図である。このスロットアンテナ２００では、第１導電部材１１０が、Ｙ方向に並ぶ３つのスロット１１２を有している。導波部材１２２は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間に位置し、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａに沿ってＹ方向に延びている。導波部材１２２の両側には、人工磁気導体として機能する複数の導電性ロッド１２４が設けられている。
導波部材１２２は、導電性表面１１０ａに対向するストライプ形状の導電性の導波面１２２ａを有する。本明細書において「ストライプ形状」とは、縞（stripes）の形状を意味するのではなく、単一のストライプ（a stripe）の形状を意味する。一方向に直線的に延びる形状だけでなく、途中で曲がったり、分岐したりする形状も「ストライプ形状」に含まれる。なお、導波面１２２ａ上に高さまたは幅の変化する部分が設けられていてもよい。その場合も、導波面１２２ａの法線方向から見て一方向に沿って延びる部分を有していれば、「ストライプ形状」に該当する。「ストライプ形状」を「ストリップ形状」と称することもある。図６Ａに示す比較例では、導波部材１２２の導波面１２２ａは、３つのスロット１１２に対向している。本比較例では、各スロット１１２の中心のＸ方向における位置は、導波面１２２ａの中心のＸ方向における位置と一致している。
図６Ｃは、複数のスロット１１２と、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４との配置関係の例を示す上面図である。図６Ｃは、第２導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４を、第２導電部材１２０の法線方向（Ｚ方向）から見たときの状況を示している。図６Ｃにおいて、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４は実線で示され、複数のスロット１１２は点線で示されている。
スロットアンテナ２００は、不図示の電子回路（例えばミリ波集積回路）に接続される。送信時には、導波部材１２２の導波面１２２ａと、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の導波路に、当該電子回路から電磁波（信号波）が供給される。Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２のうちの隣接する２つの中心間の距離（図６Ｃにおける矢印の長さ）は、例えば、当該導波路を伝搬するときの信号波の波長λｇと同じ長さに設定される。これにより、Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２から、位相の揃った電磁波が放射される。
図６Ａから図６Ｃに示される比較例では、各スロット１１２が、Ｘ方向に長く、Ｙ方向に短い平面形状を有している。このような形状は、アルファベットの「Ｉ」に類似しているため、本明細書において「Ｉ形状」と称することがある。Ｉ形状のスロットを「Ｉ型スロット」と称することがある。スロット１１２の形状は、このようなＩ形状に限らず、後述するように、他の形状であってもよい。図６Ｃに示される各スロット１１２のＸ方向のサイズ（長さ）ＬおよびＹ方向のサイズ（幅）Ｗは、高次モードの振動が起こらず、かつ、スロットのインピーダンスが小さくなり過ぎない値に設定される。長さＬは、例えばλｏ／２＜Ｌ＜λｏの範囲内に設定される。幅Ｗは、λｏ／２未満であり得る。なお、高次モードを積極的に利用することを目的に、Ｌをλｏよりも大きくする場合もあり得る。このようなスロット１１２をもつスロットアンテナ２００は、導波部材１２２が延びる方向（Ｙ方向）に電界が振動する電磁波（直線偏波）を送信または受信することができる。スロット１１２の長さ方向をＸ方向とは異なる方向にすることにより、偏波面を傾けることもできる。
この比較例では、導波部材１２２の導波面１２２ａが、スロット１１２の列に沿った方向（Ｙ方向）に直線的に延びている。このため、Ｙ方向に隣り合う２つのスロット１１２から同じ位相の電磁波を放射させる場合、２つのスロット１１２の中心間の距離（以下、「スロット間隔」と称することがある。）を、λｇまたはその整数倍に設定する必要がある。このような制約のため、スロット間隔をλｇよりも短くすることはできない。また、隣り合う２つのスロット１１２から、位相が所定量（例えば半波長分）だけ異なる電磁波を放射させる場合には、その位相差に応じた距離だけスロット間隔を確保しなければならない。当該距離よりもスロット間隔を長くしたり短くしたりすることはできない。すなわち、比較例の構成では、隣り合う２つのスロットの位相関係が予め決定されると、それに応じた距離だけ当該２つのスロットを離して配置する必要がある。この制約のため、２つのスロットの位相関係によって定まる距離よりもスロット間隔を短くすることはできない。
本発明者らは、比較例の構成を採用した場合に生じる上記の課題を見出し、この課題を解決するための構成を検討した。本発明者らは、導波部材１２２の構造を、従来にない特殊な構造にすることにより、この課題を解決することに成功した。本開示の実施形態における導波部材１２２の導波面１２２ａは、隣り合う２つのスロットの間の領域において、延びる方向が変化する部分（転向部）を有する。そのような転向部を導入することにより、２つのスロットの間隔を、要求されるアンテナ性能に応じた任意の長さに設定することが可能になる。
以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。本明細書においては、同一または類似する構成要素には、同一の参照符号を付している。
（実施形態）
本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、前述の比較例と同様、第１導電性表面を有する第１導電部材と、第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、第１および第２導電部材の間において第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、導波部材の両側に位置する人工磁気導体とを備える。本実施形態における人工磁気導体は、複数の導電性ロッドの配列によって構成される。第１導電部材および第２導電部材の少なくとも一方は、第１導電性表面または第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有する。導波部材は、第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有する。複数のスロットは、導波部材の導波面と結合する少なくとも２つのスロットを含む。これらのスロットは、導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含む。
本実施形態のスロットアレーアンテナは、所定の帯域の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。当該所定の帯域の電磁波のうち、最も周波数が高い電磁波の自由空間における波長をλｍとするとき、導波部材の幅、各導電性ロッドの幅、隣接する２つの導電性ロッドの間の空間の幅、第１導電性表面と第２導電性表面との間の距離、および、導波部材に隣接する導電性ロッドと導波部材との間の空間の幅は、λｍ／２未満である。各導電部材、導波部材、および各導電性ロッドの構造については、既に説明したとおりであるため、詳細な説明を省略する。
スロットアレーアンテナは、送信機または受信機に接続されて用いられる。送信機は、スロットアレーアンテナにおける導波路に給電して複数のスロットから信号波を放射させる装置または回路である。受信機は、スロットアレーアンテナにおける複数のスロットから入射し導波路を伝搬してきた信号波を受信する装置または回路である。送信機および受信機のそれぞれは、例えばミリ波集積回路によって実現され得る。スロットアレーアンテナは、送信機および受信機の両方の機能を有する装置に接続されていてもよい。
本開示の実施形態が前述の比較例と異なる主な点は、導波部材の導波面が、２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含むことにある。ここで「転向部」とは、導波面上の部分であって、分岐することなく曲がる部分を意味する。導波部材の両側には人工磁気導体が配置されているため、導波面に沿って伝搬し、転向部に到達した電磁波は、そのまま直進することはできず、転向部で伝搬方向を変化させて伝搬を継続する。このような転向部を設けることにより、隣り合う２つのスロットの中心間の直線距離（スロット間隔）を、導波面に沿って測った当該２つのスロットの中心間の距離（隔たり）よりも短くすることができる。さらに、転向部の構造（数および転向角度など）を調整することにより、２つのスロットの位置における電磁波の位相の関係によらずに、スロット間隔を任意の距離に設定することが可能である。
本明細書において、スロットと導波面とが「結合する」とは、導波面とスロットとの間で電磁波の伝送が行われ得る物理的関係にあることを意味する。例えば、導波面に沿って電磁波が伝搬した場合に、その電磁波の少なくとも一部がスロットを通過して外部空間に放射される場合、スロットと導波面とは結合する関係にある。逆に、外部空間からスロットに電磁波が入射した場合に、スロットを通過した後、導波面に沿って電磁波が伝搬するときも、スロットと導波面とは結合する関係にある。スロットと導波面とが「結合する」場合の典型例は、導波面に対向してスロットが設けられている場合である。しかし、後述するように、スロットが導波面に対向する位置からシフトして配置される場合もある。さらに、第１導電部材ではなく第２導電部材がスロットを有し、そのスロットが第２導電部材上の導波部材を分断する形態も考えられる。そのような場合であっても、導波部材の導波面とスロットとの間で電磁波が伝送可能であれば、スロットと導波面とが「結合する」関係にある。導波面において「スロットと結合する位置」とは、典型的にはスロットに対向する位置である。しかし、スロットが導波面に対向する位置からシフトして配置される形態では、当該スロットに最も近い導波面上の位置が「スロットと結合する位置」に該当する。第２導電部材がスロットを有し、そのスロットが第２導電部材上の導波部材を分断している形態においては、そのスロットに最も近い導波面上の縁の位置が「スロットと結合する位置」に該当する。第１導電部材の側にスロットがある形態では、導波面とスロットとが離れすぎると、導波面とスロットとの間で電磁波の伝送が不可能になる。そのような状態では、導波面とスロットとは結合しない。
図７Ａは、本開示の例示的な実施形態におけるスロットアレーアンテナ３００の構成の一部を模式的に示す上面図である。図７Ａは、第２導電部材１２０上の導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４（人工磁気導体）をＺ方向から見たときの配置を示している。図７Ａには、わかり易さのため、複数のスロット１１２の位置を点線で示している。このスロットアレーアンテナ３００は、前述の比較例とは異なり、延びる方向がジグザグに変化する導波部材１２２を有している。導波部材１２２の導波面１２２ａは、延びる方向が変化する複数の転向部１２２ｔを有している。各転向部１２２ｔにおいて、導波面１２２ａの延びる方向が９０度変化している。ある転向部１２２ｔの転向方向と、その次の転向部１２２ｔの転向方向とは、逆である。つまり、ある転向部１２２ｔで電磁波が右に曲がる場合、次の転向部１２２ｔでは電磁波は左に曲がる。導波面１２２ａにおいて複数の転向部１２２ｔに挟まれたそれぞれの部分は、直線的に延びている。本明細書では、このような直線的に延びる部分を、「線状部分」と称することがある。本実施形態では、いずれの線状部分も、導波路内における信号波の中心波長λｇとほぼ等しい長さを有する。このような構造のため、導波面１２２ａに沿って伝搬する電磁波は、ジグザグに伝搬方向を変化させながら、全体としてＹ方向に沿って伝搬する。
複数のスロット１１２は、複数の転向部１２２ｔによって接続される複数の線状部分の中央部にそれぞれ対向して配置されている。前述の比較例と同様、複数のスロット１１２は、Ｙ方向に沿った直線上に配列されている。しかし、複数のスロット１１２の相互の間隔は、前述の比較例における間隔λｇよりも短い。その理由は、導波面１２２ａが、Ｙ方向に隣り合う２つのスロット１１２の間の領域に転向部１２２ｔを有しているからである。隣り合う２つのスロット１１２から同じ位相の電磁波を放射する場合、導波面１２２ａに沿って測った２つのスロット１１２の中心間の隔たり（図７Ａにおける破線矢印の長さ）は、導波路内での信号波の波長λｇに等しく設定される。その結果、隣り合う２つのスロット１１２の中心間の直線距離（図７Ａにおける実線矢印の長さ）は、λｇよりも短くなる。
導波面１２２ａに沿って測った２つのスロット１１２の中心間の隔たりは、λｇとは異なっていてもよい。各スロットから放射される電磁波に対して、意図的にスロット間で位相差を与える場合には、当該隔たりはλｇの整数倍以外の値に設定され得る。当該隔たりは、用途に応じて、例えばλｇ／２の奇数倍、またはλｇ／４の奇数倍などの様々な値に設定され得る。ある実施形態において、当該隔たりと、λｇ、λｇ／２の奇数倍、およびλｇ／４の奇数倍のいずれかとの差は、２つのスロット１１２の幅の和よりも小さい。他の実施形態では、０．５λｏ以上１．５λｏ未満のある距離をａとして、当該隔たりと、ａ、ａ／２の奇数倍、およびａ／４の奇数倍のいずれかとの差は、前記２つのスロットの幅の和よりも小さい。
図７Ａには、５個のスロット１１２が示されているが、これは一例に過ぎない。スロット１１２の数は２個以上であれば何個であってもよい。各スロット１１２の形状についても、Ｉ形状に限らず、様々な形状のスロットを適用できる。スロット１１２と導波面１２２ａとの配置関係についても、要求されるアンテナ特性に応じて適宜決定される。
隣り合う２つのスロット１１２の間の転向部１２２ｔの数、転向角度、および転向部１２２ｔの形状は、使用目的に応じて適宜決定される。ここで「転向角度」とは、転向部１２２ｔの前後における電磁波の伝搬方向の変化を表す角度である。図７Ａに示す例では転向角度は９０度であるが、他の角度であってもよい。転向角度を調整することにより、スロット間隔を自由に調整することができる。転向角度が小さいほどスロット間隔は長くなり、転向角度を大きくするほどスロット間隔は短くなる。
図７Ａに示すスロットアレーアンテナ３００は、複数の導電性ロッド１２４を有する。それらの導電性ロッド１２４の一部は、導波部材１２２に隣接し、かつ、沿って、列を成して並ぶ。その列は、転向部１２２ｔの外側に位置する外側ロッド列１２４Ｏと、転向部１２２ｔの内側に位置する内側ロッド列１２４Ｉとを含む。外側ロッド列１２４Ｏおよび内側ロッド列１２４Ｉは、導波部材１２２の転向部１２２ｔに隣接する位置において、転向部１２２ｔと同じ方向に転向する。導波部材１２２の転向角度が小さい場合は、必ずしも導電性ロッド１２４の列は転向する必要はない。しかし、本実施形態のスロットアレーアンテナ３００においては、スロット１２２の配置間隔を短縮することが目的であるため、導波部材１２２の転向角度はある程度大きくなる。このように転向角度が大きい場合、少なくとも導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４の列は、転向部１２２ｔに隣接する位置で、導波部材１２２の転向方向と同じ方向に向きを変える。このように、導波部材１２２と導電性ロッド１２４の列が大きく転向する部位の前後にスロット１１２を配置する構成を採っても、スロットアレーアンテナ３００は正常に機能し得る。
隣接する２つのスロット１１２の一方に隣接する部位から他方に隣接する部位まで測った場合、外側ロッド列１２４Ｏの方が内側ロッド列１２４Ｉよりも長い。この場合、長さの違いを調節する手段として、ロッド１２２の数、寸法、および間隔の少なくとも１つを調節する方法がある。いずれの調整方法を採っても良い。典型的には、外側ロッド列１２４Ｏに含まれる導電性ロッド１２４の数の方が、内側ロッド列１２４Ｉに含まれる導電性ロッド１２４の数よりも多い。隣接する２つのスロット１１２の一方に隣接する部位から他方に隣接する部位までにおいて、外側ロッド列１２４Ｏを構成する導電性ロッド１２４の配置間隔と、内側ロッド列１２４Ｉを構成する導電性ロッド１２４の配置間隔は同一である必要はない。例えば、外側ロッド列１２４Ｏを構成する導電性ロッド１２４の配置間隔の方が大きくても良い。
図７Ｂは、スロットアレーアンテナ３００の他の構成例を模式的に示す上面図である。図７Ｂでは、わかり易さのため、導波部材１２２の一部、複数の導電性ロッド１２４の一部、および２つのスロット１１２のみが示されている。この例における転向部１２２ｔの転向角度θは９０度よりも小さい。転向角度θは、例えば１０度以上１５０度以下、ある例では３０度以上１２０度以下に設定され得る。転向角度θは、必要なスロット間隔に応じて最適な値に設定される。
図７Ｂの例では、図７Ａの例とは異なり、各スロット１１２の長さ方向がＹ方向に一致している。このようなスロット１１２の配置にすることにより、Ｘ方向に電界が振動する偏波を送信または受信することができる。
図７Ｂの例においても、複数の導電性ロッド１２４は、導波部材１２２に隣接し、かつ、沿って、列を成して並ぶ。その列は、転向部１２２ｔの外側に位置する外側ロッド列１２４Ｏと、内側に位置する内側ロッド列１２４Ｉとを含む。これらのロッド列１２４Ｏおよび１２４Ｉは、導波部材１２２の転向部１２２ｔに隣接する位置において、転向部１２２ｔの転向方向と同じ方向に転向する。また、隣接する２つのスロット１１２の一方の中心に隣接する位置から当該２つのスロット１１２の他方に隣接する位置まで導波部材１２２に沿って測った場合、外側ロッド列１２４Ｏを構成する導電性ロッド１２４の数は、内側ロッド列１２４Ｉを構成する導電性ロッド１２４の数よりも多い。図７Ｂには参考のため、隣接する２つのスロット１１２の一方の中心を通り導波面１２２ａの幅方向を含む平面と、当該２つのスロット１１２の他方の中心を通り導波面１２２ａの幅方向を含む平面とが、破線で示されている。これらの２つの平面との間において、外側ロッド列１２４Ｏに含まれる導電性ロッド１２４の数は、内側ロッド列１２４Ｉに含まれる導電性ロッド１２４の数よりも多い。
このように、複数の導電性ロッド１２４は、導波部材１２２に隣接し沿って並ぶ１列以上の導電性ロッド１２４の列を含み得る。当該導電性ロッド１２４の列は、転向部１２２ｔに隣接する位置において、転向部１２２ｔの転向する方向に沿って転向する。
図８は、スロットアレーアンテナ３００のさらに他の構成例を模式的に示す上面図である。この例では、転向部１２２ｔにおける電磁波の反射を抑制するために、転向部１２２ｔに凹部が設けられている。すなわち、転向部１２２ｔにおいては、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａと、導波部材１２２の導波面１２２ａとの距離が、転向部１２２ｔに隣り合う部位よりも大きい。このような構成により、転向部１２２ｔにおける電磁波の反射に伴うエネルギーのロスを低減することができる。同様の凹部は、後述する図３０、図３１、図３２、図３３、図３９に示す例においても、設けられている。凹部に代えて転向部１２２ｔの外側の角に面取りを設けても良い。凹部と面取りの両方を設けても良い。図８、図７Ａ、および図７Ｂの例では、面取りされた後の表面は平面的であるが、平面的な形状に限られない。後述する図１３Ａの例の様に、転向部１２２ｔの外側の角が曲面的に面取りされていても良い。本開示に関わるアレーアンテナは直列給電で用いられる。このため、特に複数の転向部１２２ｔが連なる構成を採用する場合には、転向部１２２ｔでの反射も複数回発生し、その悪影響は重畳し得る。凹部を転向部１２２ｔに設けて個々の転向部１２２ｔでの反射を十分に抑制することにより、たとえ転向部が複数あったとしても、アレーアンテナとしての特性を確保することができる。
凹部は、導波面１２２ａではなく第１導電性表面１１０ａにあっても良い。または、凹部は、導波面１２２ａと第１導電性表面１１０ａの両方にあっても良い。更に、導波面１２２ａと第１導電性表面１１０ａの片方に凸部があり、他方に凸部よりも深い凹部があっても良い。何れの構成であっても、転向部１２２ｔにおいて、導波面１２２ａに沿った前後の領域よりも、導波面１２２ａと第１導電性表面１１０ａとの間の間隙が局部的に拡大する間隙拡大部となっていれば、転向部１２２ｔにおける電磁波の反射を抑制し得る。
図８の例における各スロット１１２は、図７Ａ、７Ｂにおけるスロット１１２とは異なる形状を有している。このスロット１１２の両端部は折れ曲がっている。このような形状のスロット１１２を用いることにより、隣り合う２つのスロット１１２をより近づけることができる。
本開示の実施形態における導波部材１２２の導波面１２２ａは、その法線方向から見た場合に、隣接する２つのスロット１１２のうちの少なくとも一方を超えて転向部１２２ｔから離れる方向に延びる延長部１２２ｅを有している。これにより、導波面１２２ａは、当該２つのスロット１１２を超えて、さらに他のスロットに結合したり、信号波を生成する送信機または信号波を受信する受信機に結合したりすることができる。送信機または受信機は、延長部側において導波面１２２ａと結合する。送信機または受信機が導波面１２２ａと「結合する」とは、送信機または受信機と、導波面１２２ａ上の導波路との間で電磁波の伝送が行われ得る関係にあることを意味する。送信機または受信機は、導波面１２２ａ上の導波路に直接接続されている必要はなく、例えば中空導波管などの他の導波路を介して接続されていてもよい。すなわち、本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、いわゆる直列給電アンテナアレイ（series-fed antenna array）である。本開示において「送信機または受信機と、延長部側において導波面と結合するスロットアレーアンテナ」という場合、それは、「直列給電スロットアレーアンテナ」と言い替えることができる。前述の様な構成のため、本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナでは、導波路に沿って並ぶ複数のスロットと送信機または受信機との間の、導波路に沿った距離は、スロットによって異なる。
本開示の実施形態のように、２つのスロット１１２の間において導波部材１２２が転向部１２２ｔを有し、かつ、導波部材１２２が少なくとも１つのスロット１１２を超えてさらに先まで延びる構造は、従来知られていなかった。本開示の実施形態に比較的近い構造として強いて挙げるとすれば、非特許文献３のＦｉｇ．４に開示された構造が挙げられる。参考のため、非特許文献３のＦｉｇ．４を、図９として引用する。図９は、非特許文献３に開示されたスロットアンテナの構造を示す斜視図である。図９から明らかなように、非特許文献３に開示された構造は、本開示の実施形態の構造とは大きく異なっている。非特許文献３の構造では、４つに分岐したリッジの末端に４つのスロットがそれぞれ対向している。このような構成では、本開示の実施形態とは異なり、あるスロットを励振した電磁波がそのスロットを超えてさらに他のスロットを励振することはない。
本開示の実施形態において、導波面１２２ａに沿って測った隣り合う２つのスロット１１２の間の隔たりは、当該２つのスロット１１２のうちの少なくとも一方のスロットの長さの半分以上の任意の長さに設定され得る。当該２つのスロット１１２が同一の長さをもつ場合は、当該隔たりは、各スロットの長さの半分以上である。当該２つのスロット１１２が異なる長さをもつ場合は、当該隔たりは、短い方のスロットの長さの半分以上である。各スロット１１２の長さは、前述のとおりλｏ／２以上に設定される。このため、導波面１２２ａに沿って測った２つのスロット１１２の間の隔たりは、λｏ／４以上であり得る。
本開示の実施形態において、隣接する２つのスロット１１２の中心間の直線距離（スロット間隔）は、２つのスロット１１２のうちのいずれのスロットの長さの４倍（≧２λｏ）よりも小さい。当該２つのスロット１１２が同一の長さをもつ場合、スロット間隔は、各スロットの長さの４倍よりも小さい。当該２つのスロット１１２の長さが異なる場合は、スロット間隔は、短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい。スロット間隔は、典型的には、λｏと比べて短い値に設計される。しかし、意図的にスロット間隔を長くする場合もある。例えば、意図的にグレーティングローブを発生させるような用途では、スロット間隔を２λｏに近い大きい値にする場合もあり得る。
次に、本開示の実施形態において使用され得るスロット１１２の詳細を説明する。
スロット１１２は、第１導電部材１１０に形成された貫通孔であり、第１導電部材１１０または第２導電部材１２０における導電性の内周面によって囲まれた領域である。スロット１１２は、第１導電部材１１０または第２導電部材１２０を貫通して第１導電性表面１１０ａに開口する開口を有する。開口は、スロット１１２において、第１導電性表面１１０ａまたは第２導電性表面１２０ａと同一の平面内にあるとみなせる部分を指す。スロット１１２の開口は、直線（もしくは線分）または曲線（複数の線分の組み合わせを含む）によって規定される長さと、長さ方向に垂直な方向の寸法である幅とを有する。開口の長さを規定する直線または曲線とは、開口１１２ａの縁の直線部分または曲線部分を指すものではなく、開口の幅方向の中央部同士を開口の一方の端から他方の端まで繋いだ仮想的な直線または曲線（折れ線を含む）を指す。上記の例のように直線的に延びたＩ型のスロット１１２では、開口の長さは、当該直線の長さに等しい。
図１０Ａから図１０Ｅは、スロットアンテナ３００において用いられ得るスロット１１２の開口の形状のいくつかの例を示している。これらの図において、矢印はスロット１１２の開口の長さ方向を示している。矢印の長さはスロット１１２の開口の長さを表している。各例におけるスロット１１２の開口は、直線（もしくは線分）または曲線（複数の線分の組み合わせを含む。）によって規定される長さと、長さ方向に垂直な方向の寸法である幅とを有する。本明細書において、スロット１１２の開口を、単にスロット１１２と称することがある。いずれの例においても、スロット１１２の長さは、高次の共振が起こらず、かつ、スロットインピーダンスが小さくなり過ぎない値に設定される。典型的には、スロット１１２の長さは、スロットアンテナ３００の動作周波数帯域の中心周波数における電磁波の自由空間における波長をλｏとして、λｏ／２よりも大きくλｏ未満の値に設定される。
図１０Ａは、これまでに説明したＩ形状のスロット１１２の例を示している。Ｉ形状のスロット１１２では、スロット１１２の両端を結ぶ線分によって長さが規定される。長さ方向のどの位置でも、幅方向は一定の方向である。スロット１１２の両端は丸くてもよいし、平らであってもよい。つまり、楕円に類似する形状または矩形形状のいずれのＩ型スロットを用いてもよい。
図１０Ｂは、Ｕ字型の曲線（この例では３つの線分の組み合わせ）に沿って長さが定義されたスロット１１２の一例を示している。この例におけるスロット１１２は、平行な一対の直線状部分と、それらの端部同士を結ぶ他の直線状部分とを含む。図１０Ｂに示すスロット１１２の形状は、アルファベットの「Ｕ」に類似する。このため、このようなスロット１１２を、本明細書では「Ｕ型スロット」と称することがある。
図１０Ｃは、３つの線分の組み合わせに沿って長さが定義された他のスロット１１２の例を示している。図１０Ｃに示すスロット１１２を９０度回転させると、アルファベットの「Ｚ」を反転した形状になる。このようなスロット１１２およびアルファベットの「Ｚ」に類似する形状を有するスロットを、本明細書では「Ｚ型スロット」と称することがある。Ｚ型スロットも、平行な一対の直線状部分と、それらの端部同士を結ぶ他の直線状部分とを含む。
図１０Ｄは、アルファベットの「Ｈ」に類似する形状を有するスロット１１２の一例を示している。このようなスロット１１２は、平行な一対の直線状部分（「縦部」とも称する。）と、一対の直線状部分の中央部同士を結ぶ他の直線状部分（「横部」とも称する。）とを含んでいる。このようなスロット１１２を「Ｈ型スロット」と称することがある。Ｈ型スロット１１２の長さは、平行な一対の直線状部分の長さの和の半分と、当該一対の直線状部分の中心間の距離との和で定義される。
図１０Ｅは、円弧状の曲線によって長さが規定されるスロット１１２の一例を示している。円弧以外の曲線によって長さが規定されるスロットを用いてもよい。このようなスロット１１２を「曲線状スロット」と称することがある。直線的部分を含まない曲線状スロットでは、長さ方向に沿って幅方向が連続的に変化する。
このように、本開示の実施形態において使用され得るスロット１１２の形状は多様である。図１０Ｂから図１０Ｅに示すようなスロット１１２を用いた場合、図１０Ａに示すＩ形状のスロット１１２を用いた場合と比較して、図における横方向の寸法を小さくすることができる。一方、図１０Ａに示すスロット１１２を用いた場合、図における縦方向の寸法を小さくすることができる。複数のスロット１１２およびそれらに結合する導波部材１２２の配置レイアウトに応じて、最適なスロット１１２の形状が選択される。
スロットアレーアンテナ３００における複数のスロット１１２の全てが同一の形状およびサイズを有している必要はない。所望のアンテナ特性を得るために、複数のスロット１１２の形状およびサイズを、場所によって異ならせてもよい。
スロット１１２と導波面１２２ａとの配置関係も多様である。送信または受信が行われているとき、スロット１１２の内部（特に中央部）には、幅方向に振動する電界が生じる。例えば、図７Ａに示す例では、各スロット１１２の中央部においてＹ方向に強く振動する電界が生じる。スロット１１２を、その中心を通りＺ方向に平行な軸の周りに回転した配置にすると、偏波方向を変化させることができる。例えば、図７Ｂに示す例では、各スロット１１２の中央部においてＸ方向に強く振動する電界が生じる。仮にＸ方向を水平方向とし、Ｙ方向を垂直方向とすると、図７Ａの例では垂直偏波を、図７Ｂの例では水平偏波を送信または受信することができる。
本開示の実施形態は、これまでに説明した例のように、導波面１２２ａの直上にスロット１１２を設ける形態に限られない。スロット１１２の中心を導波面１２２ａの中心線からシフトさせてもよい。そのようにシフトさせ、かつ、スロット１１２の幅方向と導波面１２２ａの幅方向とのなす角度を小さくすることにより、導波面１２２ａの幅方向に強く電界が振動する偏波を放射することができる。
図１１Ａは、そのような構成の例を示す図である。図１１Ａは、導波面１２２ａに沿ってスロット１１２が配置されたスロットアレーアンテナ３００の一例を示している。導波面１２２ａは、導波面１２２ａの幅を規定する２つの縁１２２ｂ１、１２２ｂ２を有する。図１１Ａに示す例では、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが一致している。図１１Ａに示す下側のスロット１１２の開口の全体は、導波面１２２ａの一方の縁１２２ｂ１の外側において、第２導電性表面１２０ａに対向している。導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、当該スロット１１２の開口は、導波面１２２ａの２つの縁１２２ｂ１、１２２ｂ２のいずれとも交差せず、一方の縁１２２ｂ１に近接している。一方、図１１Ａに示す上側のスロット１１２の開口の全体は、導波面１２２ａの他方の縁１２２ｂ２の外側において、第２導電性表面１２０ａに対向している。第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、当該スロット１１２の開口は、導波面１２２ａの２つの縁１２２ｂ１、１２２ｂ２のいずれとも交差せず、当該他方の縁１２２ｂ２に近接している。
図１１Ａには、各スロット１１２の内部に形成される電界の例も模式的に示されている。この例では、図１１Ａに示す２つのスロットの中心間の、導波面１２２ａに沿って測った距離は、導波路内での信号波の中心波長λｇに一致している。この例におけるスロット１１２は、導波面１２２ａに沿った方向に延びたＩ形状を有し、各スロット１１２の中心の位置が、導波面１２２ａの中心線の位置からシフトしている。このため、各スロット１１２の中央部付近に、導波面１２２ａの幅方向に振動する電界が形成される。図１１Ａに示す各スロット１１２の内部の矢印は、ある瞬間にスロット１１２内に生じる電界を表している。矢印の長さは電界の強さを示している。２つのスロット１１２の内部に形成される電界の合成が、スロットアレーアンテナ３００から放射される電磁波における電界に相当する。よって、図１１Ａの例では、Ｙ方向に振動する電界成分を持つ偏波を放射することができる。仮にＸ方向を水平方向、Ｙ方向を鉛直方向とすると、図１１Ａの構成では、鉛直方向の偏波を送信または受信することが可能である。
図１１Ｂは、図１１Ａに示す構成と比較して、２つのスロット１１２をより近接させた構成の例を示している。この例では、導波面１２２ａに沿って測った２つのスロット１１２の中心間の距離は、λｇ／２に一致している。このため、導波面１２２ａにおいて、２つのスロット１１２の中央に近接する２つの位置における信号波の位相の差が、図１１Ａの例における位相の差の半分になる。その結果、ある瞬間において、２つのスロット１１２の内部には、図１１Ｂに矢印で示すような電界が生じる。これらの電界の合成が、スロットアレーアンテナ３００から放射される電磁波の電界に相当する。よって、この例では、Ｘ方向に電界が振動する偏波を放射することができる。Ｘ方向を水平方向、Ｙ方向を鉛直方向とすると、図１１Ｂの構成では水平方向の偏波を送信または受信することが可能である。
このように、導波面１２２ａと２つのスロット１１２との配置関係を調節することにより、所望の方向に電界が振動する偏波を送信または受信することができる。
図１１Ａおよび図１１Ｂに示す例では、各スロット１１２の開口の全体が第２導電性表面１２０ａに対向し、導波面１２２ａおよび導電性ロッド１１２には対向していない。このような構成に限らず、少なくとも１つのスロット１１２について、開口の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向していてもよい。すなわち、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見たときに、スロット１１２が導波面１２２ａおよび導電性ロッド１２４の少なくとも一方と重なっていてもよい。
図１１Ｃは、各スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している例を示す上面図である。この構成では、各スロット１１２が、図１１Ａに示す構成と比較して、導波面１２２ａの中心線に近づいている。その結果、スロット１１２の一部が第２導電性表面１２０ａに対向し、スロット１１２の他の一部が導波面１２２ａに対向している。このようなスロット１１２の配置であっても、先の例と同様の電磁波を送信または受信することができる。
図１１Ｄは、各スロット１１２の一部のみが第２導電性表面１２０ａに対向している他の例を示す上面図である。この例では、平面視において、各スロット１１２の長さ方向と、そのスロットが結合する導波面１２２ａが延びる方向とが交差している。スロット１１２の長さ方向と導波面１２２ａが延びる方向とが成す角度は、４５度よりも小さい。スロット１１２は、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、導電性表面１２０ａに重なる部分と、導波面１２２ａに重なる部分と、導電性ロッド１２４に重なる部分とを有している。この場合でも、導波面１２２ａが延びる方向よりも導波面１２２ａの幅方向に強い電界成分をもつ電磁波を送信または受信できる。
以上のように、図１１Ａから図１１Ｄに示す例では、第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、各スロット１１２の長さ方向と、そのスロットに結合する導波面１２２ａが延びる方向とが４５度未満の角度で交差し、かつスロット１１２の開口の中心が導波面１２２ａの中心線からシフトしている。このような構成により、導波面１２２ａに沿った方向に比べて導波面１２２ａの幅方向の電界成分が大きい電磁波の送信または受信が可能である。
図１１Ａから図１１Ｄに示す例においては、スロット１１２の形状がＩ形状であるが、スロット１１２は、例えば図１０Ｂから図１０Ｅに例示されるような他の形状であってもよい。少なくとも１つのスロット１１２が、以下の要件（１）〜（３）を満足していれば、図１１Ａから図１１Ｄを参照して説明した効果と同様の効果を得ることができる。
（１）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、スロット１１２の開口は、少なくとも開口の長さ方向における中央部において、開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが成す角が４５度よりも小さい部分（「小角度部」と称する。）を含む。
（２）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部の少なくとも一部が、導波面１２２ａの２つの縁の一方の外側において、第２導電性表面１２０ａに重なる。
（３）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、小角度部は、導波面１２２ａの２つの縁の当該一方と交差し且つ２つの縁の他方と交差しない、または、２つの縁の当該一方から、導波面１２２ａの幅よりも短い距離を隔てて位置している。
図１１Ａから図１１Ｄに示す例では、隣り合う２つのスロット１１２の一方が導波面１２２ａの一方の縁の側にあり、他方が導波面１２２ａの他方の縁の側にある。より詳細には、２つのスロット１１２の一方の開口を第１開口とし、他方の開口を第２開口とすると、第１開口については、上記の要件（１）〜（３）が満足され、第２開口については、下記の要件（１’）〜（３’）が満足される。
（１’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、第２開口は、少なくとも第２開口の長さ方向における中央部において、第２開口の幅方向と、導波面１２２ａの幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第２小角度部を含む。
（２’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、第２小角度部の少なくとも一部は、導波面１２２ａの２つの縁の他方の外側において、第２導電性表面１２０ａに重なる。
（３’）第１導電性表面１１０ａの法線方向から見た場合に、第２小角度部は、導波面１２２ａの２つの縁の他方と交差し且つ２つの縁の一方と交差しない、または、２つの縁の当該他方から、導波面１２２ａの幅よりも短い距離を隔てて位置している。
このような構成により、空間的に余裕をもって２つのスロット１１２を配置することができる。
次に、図１２Ａから図１２Ｅを参照して、スロット１１２と導波面１２２ａとの配置関係のいくつかの例を説明する。図１２Ａから図１２Ｅにおいて、スロット１１２の開口の小角度部は、ハッチングで示されている。図１２Ａから図１２Ｅは、いずれも導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た図であり、１つのスロット１１２と、それに近接する導波面１２２ａの部分のみを示している。見易さのため、スロット１１２および導波面１２２ａ以外の要素の図示は省略されている。
図１２Ａは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向（導波面１２２ａの法線方向と同じ）から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、且つ他方の縁と交差していない。小角度部１１２ｓの一部は導波面１２２ａに対向し、他の一部は第２導電性表面１２０ａに対向している。この例では、スロット１１２の中央部内に発生する電界は、導波面１２２ａの幅方向から４５度よりも小さい角度だけ傾いた方向に振動する。
図１２Ｂは、スロット１１２がＵ型であり、スロット１１２の開口の全体が導波面１２２ａに対向していない例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁のいずれとも交差しておらず、２つの縁の一方に接している。小角度部１１２ｓの全体が第２導電性表面１２０ａに対向している。小角度部１１２ｓの幅方向が導波面１２２ａの幅方向と一致している。このため、スロット１１２の中央部内に発生する電界は、導波面１２２ａの幅方向に振動する。
図１２Ｃは、スロット１１２が曲線状スロットであり、スロット１１２の開口の一部が導波面１２２ａに対向している例を示している。この例におけるスロット１１２の小角度部１１２ｓは、導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、他方とは交差していない。小角度部１１２ｓの一部は導波面１２２ａに対向し、他の一部は第２導電性表面１２０ａに対向している。この例では、スロット１１２の中央部付近において、導波面１２２ａの幅方向に近い方向に振動する電界が誘起される。
図１２Ｄは、スロット１１２がＺ型スロットであり、スロット１１２の開口の端部のみが導波面１２２ａに対向している例を示している。導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、小角度部１１２ｓは、導波面１２２ａの２つの縁の一方の外側において、第２導電性表面１２０ａと重なっている。小角度部１１２ｓは、２つの縁の当該一方から、導波面１２２ａの幅Ｗよりも短い距離Ｄを隔てて位置している。このように、平面視において小角度部１１２ｓが導波面１２２ａから離れて位置していてもよい。ただし、離れすぎるとスロット１１２内に十分な強度の電磁界が形成されない。そこで、図１２Ｄの例では、平面視において、小角度部１１２ｓと導波面１２２ａの近い方の縁との距離Ｄを、導波面１２２ａの幅Ｗよりも短くしている。このような条件を満足していれば、スロット１１２内の電磁界の強度が極端に小さくなることが回避される。本明細書において、小角度部１１２ｓと導波面１２２ａの一方の縁との距離Ｄは、小角度部１１２ｓの領域のうち、当該縁との距離が最も短くなる箇所と、当該縁との距離を意味する。図１２Ｄに示されるスロット１１２を用いた場合、小角度部１１２ｓの中央部付近に、導波面１２２ａの幅方向と４５度未満の角度で交差する方向に振動する電界が誘起される。
図１２Ｅは、スロット１１２がＨ型スロットであり、スロット１１２の開口が導波面１２２ａの２つの縁を跨いで配置されている例を示している。導電性表面１１０ａ、１２０ａの法線方向から見た場合に、小角度部１１２ｓは、導波面１２２ａの２つの縁の一方と交差し、他方とは交差していない。しかし、スロット１１２の開口の小角度部１１２ｓ以外の部分（２つの端部）は、導波面１２２ａの２つの縁の両方と交差している。このような構成であっても、スロット１１２の中央部において、導波面１２２ａの幅方向に振動する電界を生じさせることができる。
このように、導波面１２２ａの直上ではなく、導波面１２２ａに沿ってスロット１１２が配置される形態は多様である。導波面１２２ａに沿ってスロット１１２を配置し、スロットの中央部の幅方向を導波面１２２ａの幅方向に近づけることにより、導波面１２２ａの直上にスロット１１２を配置した場合には実現できない偏波を実現し得る。
次に、導波部材１２２の他の構成例を説明する。以上の例では、導波部材１２２の上面（導波面１２２ａ）が平坦であるが、１つ以上の凹部または凸部が設けられていてもよい。そのような凹部または凸部は、導波面１２２ａに沿って伝搬する電磁波の位相を変調し、導波路内での波長を局所的に変化させる。同様の作用は、第１導電部材１１０の導電性表面１１０ａにおける導波面１２２ａに対向する部位に１つ以上の凹部または凸部を設けたり、導波面１２２ａの幅を局所的に変化させたりすることによっても得られる。言い換えれば、導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間隔、および／または、導波面１２２ａの幅は、導波面１２２ａが延びる方向に沿って変化していてもよい。この変化は、導波面１２２ａが延びる方向に沿って周期的でもよいし、非周期的でもよい。
以上の例では、導波面１２２ａが、隣り合う２つのスロット１１２に結合する２つの位置の間（以下、「２つのスロット１１２の間」と表現することがある。）に１つの転向部１２２ｔを有している。転向部１２２ｔは、このような例に限定されず、多様な構造をとり得る。例えば、導波面１２２ａは、隣り合う２つのスロット１１２の間に、複数の転向部１２２ｔを含んでいてもよい。複数の転向部１２２ｔを設けることにより、電磁波の伝搬方向を、さらに大きく曲げることができる。また、転向部１２２ｔは、曲線的に曲がっていてもよい。曲線的に曲がる転向部１２２ｔを用いることにより、インピーダンスの不整合を緩和し、信号波の反射を抑制することができる。
図１３Ａは、導波部材１２２が２つの転向部１２２ｔを有する例を示す図である。この例では、導波面１２２ａは、２つのスロット１１２に結合する２つの線状部分を含み、当該２つの線状部分が、２つの転向部１２２ｔを介して繋がっている。各転向部１２２ｔは、同じ角度方向に９０度屈曲している。このため、電磁波の伝搬経路は、１つ目の転向部１２２ｔにおいて９０度屈曲し、２つ目の転向部１２２ｔにおいてさらに９０度屈曲し、合計で１８０度の転向が実現される。２つのスロット１１２は、平行な２つの線状部分にそれぞれ沿って配置されている。このため、図１３Ａに示す上下方向に電界が振動する偏波を送信または受信できる。この例では転向部１２２ｔの数は２つであるが、３つ以上であってもよい。複数の転向部１２２ｔを設けることにより、全体的な転向角度を大きくすることができる。
図１３Ｂは、転向部１２２ｔにおいて、導波部材１２２が緩やかに弧を描くように曲がっている例を示している。この例における転向部１２２ｔは、比較的広い範囲にわたって曲線的に延びる構造を有する。導波面１２２ａは、直線状に延びる２つの線状部分を含み、当該２つの線状部分は、曲線形状の転向部１２２ｔを介して繋がっている。２つのスロット１１２は、当該２つの線状部分にそれぞれ沿って配置されている。この例においても、当該２つの線状部分は平行であり、全体として１８０度の転向が実現される。このように転向部１２２ｔを曲線状にすることにより、全体的な転向角度を大きくし、かつ、電磁波の反射を抑制することができる。
図１３Ｃおよび図１３Ｄは、導波部材１２２の他の構成例を示す図である。図１３Ｃは、導波部材１２２の導波面１２２ａが直線的な部分を有さず、全体がうねった形状を有する例を示している。転向部１２２ｔは、円弧状（曲線状）の構造を有する。導波面１２２ａにおける転向部１２２ｔの両側に位置する曲線状の部分に２つのスロット１１２が対向している。図１３Ｄは、導波面１２２ａが１つの直線上に位置する２つの線状部分１２２ｃと、それらの線状部分１２２ｃを繋ぐ曲線状の転向部１２２ｔとを有する例を示している。転向部１２２ｔの両側の２つの線状部分１２２ｃに２つのスロット１１２がそれぞれ対向している。この例では、一方の線状部分１２２ｃを伝搬する電磁波は、転向部１２２ｔにおいて、例えば左に曲がり、続いて右に緩やかに曲がり、最後に再び左に曲がって他方の線状部分１２２ｃに到達する。この例では、２つのスロット１１２の間で転向が複数回生じているといえる。このため、２つのスロット１１２の間に複数の転向部１２２ｔがあるともいえる。
以上の説明では、複数のスロット１１２が１列に配置された１次元のスロットアレーアンテナ３００を想定した。しかし、本開示はそのような構成に限定されない。１次元の構成における複数のスロット１１２、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせを、スロット１１２の配列方向に交差する方向に並べてもよい。これにより、２次元のスロットアレーアンテナ３００を構成することもできる。
以上のように、本開示の実施形態には、非常に多様なバリエーションが想定される。これらのバリエーションは、例えば以下の（Ａ）〜（Ｈ）の観点から分類することができる。以下の記載において、「２つのスロット」とは、特に断らない限り、１つの導波部材の導波面に結合する隣り合う２つのスロットを意味する。
（Ａ）導波面に沿って図った２つのスロットの中心間の距離
・λｇの整数倍（２つのスロットに結合する位置で同位相）
・λｇの半整数倍（２つのスロットに結合する位置で逆位相）
・その他
（Ｂ）２つのスロットの位置での電磁波の伝搬方向の変化（導波面の方向変化）
・変化する
・・１８０度未満の角度で変化
・・１８０度変化（逆方向）
・変化しない
（Ｃ）スロットと導波面との結合の態様（結合様式）
・スロットが導波面の直上に配置
・・直交（導波路の方向と同方向に電界が振動）
・・斜交（導波路の方向とは異なる方向に電界が振動）
・スロットが導波面に沿って配置（導波面の中心線からシフト）
・・平行（導波路の方向に垂直な方向に電界が振動）
・・斜交（導波路の方向に垂直な方向とは異なる方向に電界が振動）
（Ｄ）２つのスロットの間の転向部の全体による転向角度
・９０度
・１８０度
・その他
（Ｅ）転向部の構造
・１つの転向部（屈曲部）
・２つの転向部（屈曲部）
・３つ以上の転向部（屈曲部）
・曲線形状
（Ｆ）スロットの形状
・直線
・Ｈ字
・Ｚ字
・コの字
・その他
（Ｇ）導波面あたりのスロット数
・２個
・３個以上
（Ｈ）導波面（導波部材）の数
・１つ（１次元アレイ）
・２つ以上（２次元アレイ）
（Ｉ）偏波方向
・水平
・垂直
・斜め
以下、上記の（Ａ）〜（Ｈ）の観点に基づき、本開示の例示的な実施形態をさらに説明する。
＜（１）２つのスロットを有する構成（１次元アレイ）＞
まず、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の構成例を説明する。
図１４は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の一例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
ここで、I. 偏波方向については、図１４における縦方向および横方向を、それぞれ垂直方向および水平方向とする。以降の図でも同様である。導波面１２２ａの幅および導電性ロッド１２４の幅は、（１／８）λｏである。以降の例でも、特に断らない限り、これらの寸法については同じである。この例では、２つのスロット１１２の間の直線距離を、０．７０７λｇに短縮することができる。
図１５は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表２に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
この例では、導波面に沿ったスロット間距離がλｇ／２に設定されている。このため、２つのスロット１１２の中心間の直線距離は、０．３５４λｇに短縮する。この例では等位相給電にはならないが、２つのスロット１１２の位置で位相をπだけ異ならせて給電する特殊な用途では使用可能である。
図１６は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表３に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
この例では、導波面に沿ったスロット間距離がλｇ／４に設定されている。このため、２つのスロット１１２の中心間の直線距離は、０．１７７λｇにまで短縮する。なお、図１６の例では、円柱状の導電性ロッド１２４が用いられている。導波面１２２ａおよびロッド１２４の幅は、（１／１６）λｏであり、前述の例よりも狭い。この例においても等位相給電にはならないが、２つのスロット１１２の位置で位相をπ／４だけ異ならせて給電する特殊な用途では使用可能である。
図１７は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表４に示される特徴を有する。この例においても、図１４と同様の特性が得られる。
Figure 2018182740
図１８は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表５に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
この例では、転向角度が６０度であるため、スロット間隔は０．８６６λｇとなる。これまでの例とは異なり、水平偏波を送信または受信することができる。
図１９は、２つのスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表６に示される特徴を有する。スロット間隔は、０．４３３λｇに短縮する。
Figure 2018182740
次に、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有する例を挙げる。
図２０は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表７に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２１は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００の他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表８に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２２は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表９に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２３は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１０に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２４は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１１に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２５は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１２に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２６は、導波部材１２２が複数の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１３に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
図２７は、導波部材１２２が曲線状の転向部１２２ｔを有するスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１４に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
この例では、転向部１２２ｔが曲線形状を有するため、転向部１２２ｔで急峻に屈曲する構造と比較して、信号波の反射を抑えることができる。
＜（２）３つ以上のスロットを有する構成（１次元アレイ）＞
次に、一方向に並ぶ３つ以上のスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の構成例を説明する。
図２８は、３つ以上のスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００の構成例を模式的に示す上面図である。この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、以下の表１５に示される特徴を有する。
Figure 2018182740
このスロットアレーアンテナ３００は、１つの方向に並ぶ４個のスロット１１２を有している。導波部材１２２において、隣り合う任意の２つのスロット１１２に結合する部分と、その間の構造は、図２６における構造と同じである。図２６の構造に限らず、前述の任意の構造を用いることができる。この例のように、３個以上のスロット１１２を有するスロットアレーアンテナ３００では、導波面１２２ａは、隣接する任意の２つのスロット１１２にそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含む。複数のスロット１１２が、隣り合って順に並ぶ第１スロット、第２スロット、および第３スロットを含むとすると、第１スロットと第２スロットとの間に位置する転向部の転向する方向（例えば時計回り）と、第２スロットと前記第３スロットとの間に位置する転向部の転向する方向（例えば反時計回り）とは逆である。この例では、導波面に沿って測った隣り合う任意の２つのスロットの間の隔たりは、当該２つのスロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上である。また、当該２つのスロットの中心間の直線距離は、短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい。
＜（３）２つ以上の導波部材を有する構成（２次元アレイ）＞
以上の例では、導波部材１２２の数は１個であったが、導波部材１２２の数は２個以上であってもよい。複数の導波部材１２２にそれぞれ結合する複数のスロット列を設けることにより、２次元的にアンテナ素子が配列されたスロットアレーアンテナ３００を実現することができる。
図２９は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００の一例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
この例におけるスロットアレーアンテナ３００は、２つの導波部材１２２を有している。２つの導波部材１２２は、同じ構造を有する。各導波部材１２２の導波面１２２ａには、４つのスロット１１２が結合する。４つのスロット１１２のうちの隣り合う任意の２つのスロット１１２の間において、導波面１２２ａは、少なくとも１つの転向部１１２ｔを有する。スロットアレーアンテナ３００は、３つ以上の導波部材１２２を有していてもよい。１つの導波面１２２ａに結合するスロット１１２は、４つに限らず、少なくとも２つあればよい。図２９には示されていないが、複数の導波部材１２２が並ぶ領域の外側には、人工磁気導体が配置される。人工磁気導体は、さらに、複数の導波部材１２２のうちの隣り合う少なくとも２つの導波部材１２２の間に配置され得る。複数のスロット１１２が同じ位相で励振される場合のように、導波路間で電磁波の混合が生じても問題がない場合には、複数の導波部材１２２の間の人工磁気導体を省略してもよい。本開示では、複数の導波部材１２２が並ぶ領域の両側に人工磁気導体が配置されている場合には、複数の導波部材１２２の各々の両側に人工磁気導体が位置しているものと解釈する。
図２９の例において、１つの導波面１２２ａ（第１導波面）に結合する隣り合う２つのスロット１１２の中心を結ぶ線分（第１線分）Ｓ１と、他の導波面１２２ａ（第２導波面）に結合する隣り合う２つの他のスロット１１２の中心を結ぶ線分（第２線分）Ｓ２とは平行である。ここで「平行」とは、厳密に平行である場合に限定されず、両者の成す角度が１５度以下であれば、平行であるものとする。この例では、第１線分Ｓ１が延びる方向に直交する方向に第１線分Ｓ１を所定距離だけシフトさせることで、第１線分Ｓ１の少なくとも一部を第２線分Ｓ２に重ねることができる。このような例においては、第１線分Ｓ１の両端に位置する２つのスロット１１２の間に位置する少なくとも１つの転向部１２２ｔ１の転向する方向（図２９の例では反時計回り）は、第２線分Ｓ２の両端に位置する２つの他のスロット１１２の間に位置する少なくとも１つの転向部１２２ｔ２の転向する方向と等しい。第１線分Ｓ１の両端に位置する２つのスロット１１２のそれぞれの中心と、第２線分Ｓ２の両端に位置する２つの他のスロット１１２のそれぞれの中心とを結ぶ線は、凸四角形を描く。図２９の例では、これらの４つのスロット１１２のそれぞれの中心は、線分Ｓ１、Ｓ２を対向する２辺とする平行四辺形を成している。
続いて、複数のスロット１１２が２次元的に配列されたスロットアレーアンテナ３００の他の例を説明する。
図３０は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００の他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
図３１は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
図３２は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
この例のように、水平偏波（横偏波）用アンテナとして、導波部材１２２上で波長λｇの半分（λｇ／２）だけ離して２つのスロット１１２を配置する場合、Ｉ形状のスロット１１２を配置することは困難である。そのため、この例では、スロット１１２の先端が屈曲したＺ形状のスロット１１２が用いられている。
図３３は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
図３４は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
なお、Ｄ．転向部の転向角度（約１６５度）については、図３４に示す転向部１２２ｔの両端部を除く曲線状の部分による合計の転向角度を示している。
図３５は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
図３６は、複数の導波部材１２２を有するスロットスロットアレーアンテナ３００のさらに他の例を模式的に示す上面図である。このスロットアレーアンテナ３００は、以下の特徴を有する。
Figure 2018182740
この例では、各導波部材１２２の導波面１２２ａに、複数の凹部１２２ｄが設けられている。複数の凹部１２２ｄは、導波路内の電磁波の波長を短縮することと同様の効果をもたらす。このような凹部１２２ｄが存在しないと仮定した場合（導波面１２２ａが平坦な場合）の波長をλｒとして、隣り合う２つのスロットの中心間の直線距離はλｒ／２に設定されている。この例において、導波面１２２ａに沿った２つのスロット１１２の中心間の距離は、直径λｒ／２の半円の周長であるため、０．７９λｒ程度である。複数の凹部１２２ｄを設けることにより、隣り合う２つのスロット１２２の導波面１２２ａに沿った距離をλｒよりも短縮することができる。
＜（４）ホーンを有する構成＞
図３７Ａは、スロットアレーアンテナ３００における第１導電部材１１０の他の構成例を示す斜視図である。図３７Ｂは、図３７Ａに示す構造をＺ方向から見た上面図である。この例における第１導電部材１１０は、Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２の外側に、ホーン１１４を有する。この例におけるホーン１１４は、第１導電部材１１０の正面側（＋Ｚ側）に突出し、Ｙ方向に延びる複数の三角柱状の導電性の構造物によって実現されている。ホーン１１４を設けることにより、指向性およびインピーダンスの整合性が向上し、利得が向上する。図３７Ａおよび図３７Ｂに示す例では、各スロット１１２から、Ｘ方向に電界が振動する偏波を放射することができる。
図３７Ｃは、ホーン１１４を有する第１導電部材１１０の他の構成例を示す上面図である。この例では、ホーン１１４は、第１導電部材１１０の正面側に突出し、Ｘ方向に延びる複数の三角柱状の導電性の構造物によって実現されている。この例では、各スロット１１２から、Ｙ方向に電界が振動する偏波を放射することができる。
次に、このようなホーン１１４を備えたスロットアレーアンテナ３００（アレーアンテナ装置３００とも称する。）のより具体的な構成の例を説明する。
図３８Ａは、アレーアンテナ装置３００をＺ方向から見た上面図である。図３８Ｂは、図３８ＡのＣ−Ｃ線断面図である。図示されるアレーアンテナ装置３００においては、スロット１１２に直接的に結合する導波部材１２２Ｕを備える第１の導波路装置１００ａと、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合する他の導波部材１２２Ｌを備える第２の導波路装置１００ｂとが積層されている。第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌおよび導電性ロッド１２４Ｌは、第３導電部材１４０上に配置されている。第２の導波路装置１００ｂは、基本的には、第１の導波路装置１００ａの構成と同様の構成を備えている。
図３８Ａに示すように、導電部材１１０は、第１の方向（Ｙ方向）および第１の方向に直交する第２の方向（Ｘ方向）に配列された複数のスロット１１２を備える。複数の導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａは、ジグザグにＹ方向に沿って延びている。各導波部材１２２Ｕの導波面１２２ａは、Ｙ方向に並ぶ４つのスロット１１２からなるスロット列に対向（結合）する。この例では、導電部材１１０は、１６個のスロット１１２を有しているが、スロット１１２の数はこの例に限定されない。また、各スロット１１２の形状および位置もこの例に限定されない。隣接する２つの導波面１２２ａの中心間の距離は、例えば波長λｏよりも短く設定され、より好ましくは、波長λｏ／２よりも短く設定される。
図３８Ｃは、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕの平面レイアウトを示す図である。図３８Ｄは、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図から明らかなように、第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕはジグザグに全体的にＹ方向に沿って延びている。各導波部材１２２Ｕは、３つの転向部１２２ｔを有している。各スロット１１２は、導波面１２２ａにおいて、２つの転向部１２２ｔの間の直線状の部分に対向している。一方、第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌは、複数の分岐部および複数の屈曲部を有している。第２の導波路装置１００ｂにおける「第２導電部材１２０」と「第３導電部材１４０」との組み合わせは、第１の導波路装置１００ａにおける「第１導電部材１１０」と「第２導電部材１２０」との組み合わせに相当する。
第１の導波路装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕは、第２導電部材１２０が有するポート（開口部）１４５Ｕを通じて第２の導波路装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌに結合する。言い換えると、第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌを伝搬してきた電磁波は、ポート１４５Ｕを通って第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに達し、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬することができる。このとき、各スロット１１２は、導波路を伝搬してきた電磁波を空間に向けて放射するアンテナ素子（放射素子）として機能する。反対に、空間を伝搬してきた電磁波がスロット１１２に入射すると、その電磁波はスロット１１２の直下に位置する第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合し、第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬する。第１の導波路装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、ポート１４５Ｕを通って第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌに達し、第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌを伝搬することも可能である。第２の導波路装置１００ｂの導波部材１２２Ｌは、第３導電部材１４０のポート１４５Ｌを介して、外部にある導波路装置または高周波回路（電子回路）に結合され得る。図３８Ｄには、一例として、ポート１４５Ｌに接続された電子回路３１０が示されている。電子回路３１０は、特定の位置に限定されず、任意の位置に配置されていてよい。電子回路３１０は、例えば、第３導電部材１４０の背面側（図３８Ｂにおける下側）の回路基板に配置され得る。そのような電子回路は、マイクロ波集積回路であり、例えば、ミリ波を生成または受信するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）であり得る。
図３８Ａに示される第１導電部材１１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図３８Ｃに示される第２導電部材１２０、導波部材１２２Ｕ、および導電性ロッド１２４Ｕの全体を「励振層」と呼び、図３８Ｄに示される第３導電部材１４０、導波部材１２２Ｌ、および導電性ロッド１２４Ｌの全体を「分配層」と呼んでも良い。また「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼んでも良い。「放射層」、「励振層」および「分配層」は、それぞれ、一枚の金属プレートを加工することによって量産され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。
この例におけるアレーアンテナ装置では、図３８Ｂからわかるように、プレート状の放射層、励振層および分配層が積層されている。このため、全体としてフラットかつ低姿勢（ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ）のフラットパネルアンテナが実現されている。例えば、図３８Ｂに示す断面構成を持つ積層構造体の高さ（厚さ）を１０ｍｍ以下にすることができる。
図３８Ｄに示される導波部材１２２Ｌによれば、第３導電部材１４０のポート１４５Ｌから第２導電部材１２０の各ポート１４５Ｕ（図３８Ｃ参照）までの導波路に沿った距離が、全て等しい。このため、第３導電部材１４０のポート１４５Ｌから、導波部材１２２Ｌに入力された信号波は、第２導波部材１２２ＵのＹ方向における中央に配置された４つのポート１４５Ｕのそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第２導電部材１２０上に配置された４個の導波部材１２２Ｕは、同位相で励振され得る。
なお、用途によっては、アンテナ素子として機能する全てのスロット１１２が同位相で電磁波を放射する必要はない。図３８Ｄに示される第３導電部材１４０のポート１４５Ｌから第２導電部材１２０の複数のポート１４５Ｕ（図３８Ｃ参照）までの導波路に沿った距離が、それぞれの間で異なっていてもよい。励振層および分配層（給電層に含まれる各層）における導波部材１２２のネットワークパターンは任意であり、図示される形態に限定されない。
電子回路３１０は、図３８Ｃおよび図３８Ｄに示すポート１４５Ｕ、１４５Ｌを介して各導波部材１２２Ｕ上の導波路に接続されている。電子回路３１０から出力された信号波は、分配層で分岐した上で、複数の導波部材１２２Ｕ上を伝搬し、複数のスロット１１２まで到達する。Ｘ方向に隣接する２つのスロット１１２の位置で信号波の位相を同一にするために、例えば電子回路３１０からＸ方向に隣接する２つのスロット１１２までの導波路の長さの合計が実質的に等しくなるように設計され得る。
以上の構成により、スロットアレーアンテナ３００は、複数のスロット１１２を用いて、電磁波を送信または受信することができる。本実施形態では、各導波部材の導波面において、隣り合う２つのスロットに対向する２つの位置の間に、少なくとも１つの転向部を有する。このため、隣り合う２つのスロットの間隔を従来よりも短縮することが可能になる。図３８Ａから３９Ｄに示す構成は一例であり、既に説明した多様な実施形態の構造を組み合わせて、同様のスロットアレーアンテナ３００を構成することもできる。
＜（５）第２導電部材が複数のスロットを有する例＞
次に、第１導電部材１１０ではなく第２導電部材１２０が複数のスロット１１２を有する構成の例を説明する。
図３９は、複数のスロット１１２を有する第２導電部材１２０を備えるスロットアレーアンテナ３００の構成例を示す斜視図である。第２導電部材１２０は、各列に４個のスロット１１２を含む２列のスロットアレイを有している。第２導電部材１２０上には２つの導波部材１２２と、その周囲の多数の導電性ロッド１２４とが配置されている。複数のスロット１１２の各々は、導波部材１２２を分断している。導波部材１２２の分断された箇所における対向する一対の端面は、スロット１１２の内壁面に繋がっている。
この例では、第２導電部材１２０における複数のスロット１１２は、外部空間に開放される。各スロット１１２は、アンテナ素子として機能する。送信機から出力され、第１導電部材１１０と導波部材１２２との間の導波路を伝搬した信号波は、各スロット１１２から放射される。逆に、複数のスロット１１２から入射した信号波は、当該導波路を伝搬して受信機によって受信される。なお、スロット１１２が外部空間に開放される構成としては、様々な態様を採用する事が出来る。例えば、スロットがホーンの底部に開口し、ホーンを通じてスロットが外部空間に開放されていても良い。そのような構成では、図３９に示す第２導電部材１２０の図における下側の導電性表面は、ホーンを規定する形状を有する。或いは、スロット１１２が一旦共振器に開口し、その共振器が外部空間に開放されていても良い。これらも、スロットが外部空間に開放される態様の例である。
導波部材１２２の数、スロット１１２の数、および各スロット１１２の向きは図３９に示す例に限定されない。前述の多様な変形例は、第２導電部材１２０が複数のスロット１１２を有する構成にも適用できる。
前述の実施形態におけるスロットアレーアンテナ３００では、板形状の第２導電部材１２０に複数の導波部材１２２および人工磁気導体（複数の導電性ロッド１２４）が設けられ、それらを覆う板形状の第１導電部材１１０が設けられている。このような構成に限定されず、例えば、複数個のスロットアレーアンテナを組み合わせて（例えば接合して）本実施形態と同様の機能を有するアンテナ装置を構成してもよい。その場合の各スロットアレーアンテナは、前述のいずれかの実施形態における１列のスロットを有するスロットアレーアンテナと同等の構造を備える。すなわち、各スロットアンテナは、第１導電部材と、第２導電部材と、その間の導波部材と、導波部材の両側の人工磁気導体とを備える。複数のスロットアンテナにおける複数の導波部材は隣り合って並ぶように配置される。各スロットアンテナにおける第１導電部材および第２導電部材の各々は、１つの板形状の導電部材の一部であってもよい。
＜（６）転向部にスロットが結合する例＞
以上の各例では、各スロット１１２は、導波部材１２２における直線的に延びる部位に結合する。しかし、本開示のスロットアレーアンテナは、そのような構造に限定されない。スロットアレーアンテナは、導波部材１２２の転向部１２２ｔに結合する少なくとも１つのスロット１１２を有していてもよい。
図４０Ａは、複数のスロット１１２の各々が、導波部材１２２の転向部１２２ｔに結合する例を示す上面図である。図４０Ａに示すスロットアレーアンテナは、Ｙ方向に沿ってジグザグに延びる２つの導波部材１２２を備える。第１導電部材は、２列に並ぶ８個のスロット１１２を有する。１つの導波部材１２２には、Ｙ方向に沿って並ぶ４個のスロット１１２が結合する。各スロット１１２は、Ｚ方向から見たときに導波部材１２２の転向部１２２ｔに重なる位置にある。各スロット１１２の中央部は、転向部１２２ｔの一部に対向する。各スロット１１２は、Ｙ方向に延びるＩ形状を有する。各スロット１１２は、転向部１２２ｔにおける導波面の縁と成す角度が小さい小角度部を有する他の形状を有していてもよい。導波部材１２２の導波面は、Ｙ方向に隣り合う２つのスロット１１２とそれぞれ結合する２つの位置の間に、１つの転向部１２２ｔを有する。導波部材１２２の導波面に沿って測った隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離はλｒ前後である。隣接する２つのスロット１１２の中心間の直線距離は、Ｘ方向、Ｙ方向とも、例えば０．７０７λｒである。図４０Ａに示すスロットアレーアンテナは、Ｘ方向の電界成分を有する電波を送信または受信することができる。
図４０Ｂは、複数のスロット１１２の各々が、導波部材１２２の転向部１２２ｔに結合する他の例を示す上面図である。このスロットアレーアンテナは、図４０Ａに示す構成に、さらに６個のスロット１１２を追加した構成を有する。追加の６個のスロット１１２の各々も、転向部１２２ｔに結合する。図４０Ｂの例では、導波部材１２２の導波面は、隣り合う２つのスロット１１２とそれぞれ結合する２つの位置の間に、転向部１２２ｔを有しない。導波部材１２２の導波面に沿って測った隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離はλｒ／２程度である。導波部材１２２に沿って伝搬する信号波の位相は、隣接する２つのスロット１１２の位置においてπ異なる。隣接する２つのスロット１１２の一方は、導波面の縁の一方側に位置し、他方のスロットは導波面の縁の他方側に位置する。このため、導波部材１２２に沿って伝搬する信号波の位相が隣接する２つのスロット１１２の位置において等しい場合、２つのスロット１１２が放射する電波の位相はπ異なる。この例では、信号波の位相がπ異なっているため、２つのスロット１１２が送受信する電磁波の位相は揃う。スロット１１２の配置密度は、図４０Ａの例における配置密度の２倍である。図４１Ｂに示すスロットアレーアンテナは、Ｘ方向の電界成分を有する電波を送信または受信することができる。
図４０Ｃは、複数のスロット１１２の各々が、導波部材１２２の転向部１２２ｔに結合するさらに他の例を示す上面図である。このスロットアレーアンテナでは、各スロット１１２が延びる方向が、Ｘ方向に一致する。各導波部材１２２は、Ｙ方向に並ぶ４個のスロット１１２に結合する。各スロット１１２は、転向部１１２ｔにおいて導波面と交差する。導波部材１２２の導波面は、隣り合う２つのスロット１１２にそれぞれ結合する２つの位置の間に、転向部１２２ｔを有する。隣接する２つのスロット１１２の中心間の直線距離は、Ｘ方向、Ｙ方向とも、例えば０．７０７λｒである。図４０Ｃに示すスロットアレーアンテナは、Ｙ方向の電界成分を有する電波を送受信できる。
図４０Ａから４０Ｃに示す例のように、導波部材１２２の導波面は、２つのスロット１１２にそれぞれ結合する少なくとも２つの転向部１２２ｔを含んでいてもよい。
なお、本明細書では、本発明者の一人である桐野による論文（非特許文献１）、および同時期に関連する内容の研究を発表したKildalらの論文の記載を尊重して、「人工磁気導体」という用語を用いて本開示の技術を記載している。しかし、本発明者らの検討の結果、本開示に係る発明には、従来の定義における「人工磁気導体」を、必ずしも必須としないことが明らかになってきている。即ち、人工磁気導体には、周期構造が必須であると考えられてきたが、本開示に係る発明を実施するためには、必ずしも周期構造は必須ではない。
本開示において、人工磁気導体は導電性ロッドの列で実現している。よって、導波面から離れる方向に漏れ出てゆく電磁波を止めるためには、導波部材（リッジ）に沿って並ぶ導電性ロッドの列が、導波部材の片側に少なくとも２つあることが必須であると考えられてきた。導電性ロッド列の配置「周期」は、列が最低限２本なければ存在しないからである。しかし、本発明者の検討によれば、平行して延びる２つの導波部材の間に、導電性ロッドの列が１列しか配置されていない場合でも、一方の導波部材から他方の導波部材に漏れ出る信号の強度は−１０ｄＢ以下に抑えられる。これは、多くの用途において実用上十分な値である。不完全な周期構造しか持たない状態で、この様な十分なレベルの分離が達成される理由は、今のところ不明である。しかし、この事実を考慮し、本開示においては、「人工磁気導体」という概念を拡張し、「人工磁気導体」の用語が、便宜上導電性ロッドが１列のみ配置された構造をも包含することとする。
＜他の変形例＞
次に、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０、および複数の導電性ロッド１２４を有する導波路構造の変形例を説明する。以下の変形例は、前述する各実施形態におけるいずれの箇所のＷＲＧ構造にも適用され得る。
図４１Ａは、導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。導電部材１１０および導電部材１２０も同様に、導波部材１２２が位置する側の表面（導電性表面１１０ａ、１２０ａ）のみが導電性を有し、他の部分は導電性を有していない。このように、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０の各々は、全体が導電性を有していなくてもよい。
図４１Ｂは、導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。この例では、導波部材１２２は、導電部材１１０と導電部材とを支持する支持部材（例えば、筐体の内壁等）に固定されている。導波部材１２２と導電部材１２０との間には間隙が存在する。このように、導波部材１２２は導電部材１２０に接続されていなくてもよい。
図４１Ｃは、導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の各々が、誘電体の表面に金属などの導電性材料がコーティングされた構造の例を示す図である。導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、相互に導電体で接続されている。一方、導電部材１１０は、金属などの導電性材料で構成されている。
図４１Ｄおよび図４１Ｅは、導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｃ、１２０ｃを有する構造の例を示す図である。図４１Ｄは、導体である金属製の導電部材の表面を誘電体の層で覆った構造の例を示す。図４１Ｅは、導電部材１２０が、樹脂などの誘電体製の部材の表面を、金属などの導体で覆い、更にその金属の層を誘電体の層で覆った構造を有する例を示す。金属表面を覆う誘電体の層は樹脂などの塗膜であっても良いし、当該金属が酸化する事で生成された不動態皮膜などの酸化皮膜であっても良い。
最表面の誘電体層は、ＷＲＧ導波路によって伝播される電磁波の損失を増やす。しかし、導電性を有する導電性表面１１０ａ、１２０ａを腐食から守ることができる。また、直流電圧や、ＷＲＧ導波路によっては伝播されない程度に周波数の低い交流電圧のかかる導線が、導電性ロッド１２４に接触し得る場所に配置されていても、短絡を防ぐことができる。
図４１Ｆは、導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図４に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。
図４１Ｇは、図４１Ｆの構造において、更に、導電性表面１１０ａのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図４に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。なお、導電性表面１１０ａの一部が突出する構造に代えて、一部が窪む構造であってもよい。
図４１Ｈは、導電部材１１０の導電性表面１１０ａが曲面形状を有する例を示す図である。図４１Ｉは、さらに、導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。これらの例のように、導電性表面１１０ａ、１２０ａは、平面形状に限らず、曲面形状を有していてもよい。
本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナまたはアンテナ装置は、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置（以下、単に「レーダ」と称する。）またはレーダシステムに好適に用いられ得る。レーダは、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナと、当該スロットアレーアンテナに接続されたマイクロ波集積回路とを備える。レーダシステムは、当該レーダ装置と、当該レーダ装置のマイクロ波集積回路に接続された信号処理回路とを備える。本開示の実施形態のアンテナアレイは、小型化が可能なＷＲＧ構造を備えているため、従来の中空導波管を用いた構成と比較して、アンテナ素子が配列される面の面積を著しく小さくすることができる。このため、当該アンテナ装置を搭載したレーダシステムを、例えば車両のリアビューミラーの鏡面の反対側の面のような狭小な場所、またはＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ａｅｒｉａｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）のような小型の移動体にも容易に搭載することができる。なお、レーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。
本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、無線通信システムにも利用できる。そのような無線通信システムは、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナと、通信回路（送信回路または受信回路）とを備える。無線通信システムへの応用例の詳細については、後述する。
本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナは、さらに、屋内測位システム（ＩＰＳ：Ｉｎｄｏｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）におけるアンテナとしても利用することができる。屋内測位システムでは、建物内にいる人、または無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体の位置を特定することができる。アレーアンテナはまた、店舗または施設に来場した人が有する情報端末（スマートフォン等）に情報を提供するシステムにおいて用いられる電波発信機（ビーコン）に用いることもできる。そのようなシステムでは、ビーコンは、例えば数秒に１回、ＩＤなどの情報を重畳した電磁波を発する。その電磁波を情報端末が受信すると、情報端末は、通信回線を介して遠隔地のサーバコンピュータに、受け取った情報を送信する。サーバコンピュータは、情報端末から得た情報から、その情報端末の位置を特定し、その位置に応じた情報（例えば、商品案内またはクーポン）を、当該情報端末に提供する。
＜応用例１：車載レーダシステム＞
次に、上述したスロットアレーアンテナを利用する応用例として、スロットアレーアンテナを備えた車載レーダシステムの一例を説明する。車載レーダシステムに利用される送信波は、例えば７６ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯の周波数を有し、その自由空間中の波長λｏは約４ｍｍである。
自動車の衝突防止システムおよび自動運転などの安全技術には、特に自車両の前方を走行する１または複数の車両（物標）の識別が不可欠である。車両の識別方法として、従来、レーダシステムを用いた到来波の方向を推定する技術の開発が進められてきた。
図４２は、自車両５００と、自車両５００と同じ車線を走行している先行車両５０２とを示す。自車両５００は、上述したいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナを有する車載レーダシステムを備えている。自車両５００の車載レーダシステムが高周波の送信信号を放射すると、その送信信号は先行車両５０２に到達して先行車両５０２で反射され、その一部は再び自車両５００に戻る。車載レーダシステムは、その信号を受信して、先行車両５０２の位置、先行車両５０２までの距離、速度等を算出する。
図４３は、自車両５００の車載レーダシステム５１０を示す。車載レーダシステム５１０は車内に配置されている。より具体的には、車載レーダシステム５１０は、リアビューミラーの鏡面と反対側の面に配置されている。車載レーダシステム５１０は、車内から車両５００の進行方向に向けて高周波の送信信号を放射し、進行方向から到来した信号を受信する。
本応用例による車載レーダシステム５１０は、本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナを有している。スロットアレーアンテナは、互いに平行な複数の導波部材を有し得る。複数の導波部材の各々が延びる方向が鉛直方向に一致し、複数の導波部材の配列方向が水平方向に一致するように配置される。このため、複数のスロットを正面から見たときの横方向および縦方向の寸法をより小さくできる。
上述のアレーアンテナを含むアンテナ装置の寸法の一例は、横×縦×奥行きが、６０×３０×１０ｍｍである。７６ＧＨｚ帯のミリ波レーダシステムのサイズとしては非常に小型であることが理解される。
なお、従来の多くの車載レーダシステムは、車外、例えばフロントノーズの先端部に設置されている。その理由は、車載レーダシステムのサイズが比較的大きく、本開示のように車内に設置することが困難であるからである。本応用例による車載レーダシステム５１０は、前述のように車内に設置できるが、フロントノーズの先端に搭載してもよい。フロントノーズにおいて、車載レーダシステムが占める領域を減少させられるため、他の部品の配置が容易になる。
本応用例によれば、送信アンテナに用いられる複数の導波部材（リッジ）の間隔を狭くすることができるため、隣接する複数の導波部材に対向して設けられる複数のスロットの間隔も狭くすることができる。これにより、グレーティングローブの影響を抑制することができる。例えば、横方向に隣接する２つのスロットの中心間隔を送信波の自由空間波長λｏよりも短く（約４ｍｍ未満に）した場合には、グレーティングローブは前方には発生しない。これにより、グレーティングローブの影響を抑制できる。なお、グレーティングローブは、アンテナ素子の配列間隔が電磁波の波長の半分よりも大きくなると出現する。しかし、配列間隔が波長未満であればグレーティングローブは前方には現れない。このため、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子から放射される電波に位相差を付与するビームステアリングを行わない場合は、アンテナ素子の配置間隔が波長よりも小さければ、グレーティングローブは実質的には影響しない。送信アンテナのアレーファクタを調整することにより、送信アンテナの指向性を調整することができる。複数の導波部材上を伝送される電磁波の位相を個別に調整できるように、位相シフタを設けてもよい。その場合は、グレーティングローブの影響を避けるために、アンテナ素子の配置間隔を送信波の自由空間波長λｏ未満にした場合でも、位相のシフト量を増加させると、グレーティングローブが現れる。しかし、アンテナ素子の配置間隔を送信波の自由空間波長λｏの半分未満にまで短縮した場合は、位相のシフト量に関わらずグレーティングローブは現れない。位相シフタを設けることにより、送信アンテナの指向性を任意の方向に変更することができる。位相シフタの構成は周知であるため、その構成の説明は省略する。
本応用例における受信アンテナは、グレーティングローブに由来する反射波の受信を低減できるため、以下に説明する処理の精度を向上させることができる。以下、受信処理の一例を説明する。
図４４Ａは、車載レーダシステム５１０のアレーアンテナＡＡと、複数の到来波ｋ（ｋ：１〜Ｋの整数；以下同じ。Ｋは異なる方位に存在する物標の数。）との関係を示している。アレーアンテナＡＡは、直線状に配列されたＭ個のアンテナ素子を有する。原理上、アンテナは送信および受信の両方に利用することが可能であるため、アレーアンテナＡＡは送信アンテナおよび受信アンテナの両方を含み得る。以下では受信アンテナが受信した到来波を処理する方法の例を説明する。
アレーアンテナＡＡは、様々な角度から同時に入射する複数の到来波を受ける。複数の到来波の中には、同じ車載レーダシステム５１０の送信アンテナから放射され、物標で反射された到来波が含まれる。さらに、複数の到来波の中には、他の車両から放射された直接的または間接的な到来波も含まれる。
到来波の入射角度（すなわち到来方向を示す角度）は、アレーアンテナＡＡのブロードサイドＢを基準とする角度を表している。到来波の入射角度は、アンテナ素子群が並ぶ直線方向に垂直な方向に対する角度を表す。
いま、ｋ番目の到来波に注目する。「ｋ番目の到来波」とは、異なる方位に存在するＫ個の物標からアレーアンテナにＫ個の到来波が入射しているときにおける、入射角θkによって識別される到来波を意味する。
図４４Ｂは、ｋ番目の到来波を受信するアレーアンテナＡＡを示している。アレーアンテナＡＡが受信した信号は、Ｍ個の要素を持つ「ベクトル」として、数１のように表現できる。
（数１）
Ｓ＝［ｓ1，ｓ2，…，ｓM］T
ここで、ｓm（ｍ：１〜Ｍの整数；以下同じ。）は、ｍ番目のアンテナ素子が受信した信号の値である。上付きのＴは転置を意味する。Ｓは列ベクトルである。列ベクトルＳは、アレーアンテナの構成によって決まる方向ベクトル（ステアリングベクトルまたはモードベクトルと称する。）と、物標（波源または信号源とも称する。）における信号を示す複素ベクトルとの積によって与えられる。波源の個数がＫであるとき、各波源から個々のアンテナ素子に到来する信号の波が線形的に重畳される。このとき、ｓmは数２のように表現できる。
Figure 2018182740
数２におけるａk、θkおよびφkは、それぞれ、ｋ番目の到来波の振幅、到来波の入射角度、および初期位相である。λは到来波の波長を示し、ｊは虚数単位である。
数２から理解されるように、ｓmは、実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）とから構成される複素数として表現されている。
ノイズ（内部雑音または熱雑音）を考慮してさらに一般化すると、アレー受信信号Ｘは数３のように表現できる。
（数３）
Ｘ＝Ｓ＋Ｎ
Ｎはノイズのベクトル表現である。
信号処理回路は、数３に示されるアレー受信信号Ｘを用いて到来波の自己相関行列Ｒｘｘ（数４）を求め、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求める。
Figure 2018182740
ここで、上付きのＨは複素共役転置（エルミート共役）を表す。
求めた複数の固有値のうち、熱雑音によって定まる所定値以上の値を有する固有値（信号空間固有値）の個数が、到来波の個数に対応する。そして、反射波の到来方向の尤度が最も大きくなる（最尤度となる）角度を算出することにより、物標の数および各物標が存在する角度を特定することができる。この処理は、最尤推定法として公知である。
次に、図４５を参照する。図４５は、本開示による車両走行制御装置６００の基本構成の一例を示すブロック図である。図４５に示される車両走行制御装置６００は、車両に実装されたレーダシステム５１０と、レーダシステム５１０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、レーダ信号処理装置５３０とを有している。
アレーアンテナＡＡは、複数のアンテナ素子を有しており、その各々が１個または複数個の到来波に応答して受信信号を出力する。上述のように、アレーアンテナＡＡは高周波のミリ波を放射することも可能である。
レーダシステム５１０のうち、アレーアンテナＡＡは車両に取り付けられる必要がある。しかしながらレーダ信号処理装置５３０の少なくとも一部の機能は、車両走行制御装置６００の外部（例えば自車両の外）に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２によって実現されてもよい。その場合、レーダ信号処理装置５３０のうちで車両内に位置する部分は、車両の外部に設けられたコンピュータ５５０およびデータベース５５２に、信号またはデータの双方向通信が行えるように、常時または随時に接続され得る。通信は、車両が備える通信デバイス５４０、および一般の通信ネットワークを介して行われる。
データベース５５２は、各種の信号処理アルゴリズムを規定するプログラムを格納していてもよい。レーダシステム５１０の動作に必要なデータおよびプログラムの内容は、通信デバイス５４０を介して外部から更新され得る。このように、レーダシステム５１０の少なくとも一部の機能は、クラウドコンピューティングの技術により、自車両の外部(他の車両の内部を含む)において実現し得る。したがって、本開示における「車載」のレーダシステムは、構成要素のすべてが車両に搭載されていることを必要としない。ただし、本願では、簡単のため、特に断らない限り、本開示の構成要素のすべてが１台の車両（自車両）に搭載されている形態を説明する。
レーダ信号処理装置５３０は、信号処理回路５６０を有している。この信号処理回路５６０は、アレーアンテナＡＡから直接または間接に受信信号を受け取り、受信信号、または受信信号から生成した二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力する。受信信号から二次信号を生成する回路（不図示）の一部または全部は、信号処理回路５６０の内部に設けられている必要はない。このような回路（前処理回路）の一部または全部は、アレーアンテナＡＡとレーダ信号処理装置５３０との間に設けられていてもよい。
信号処理回路５６０は、受信信号または二次信号を用いて演算を行い、到来波の個数を示す信号を出力するように構成されている。ここで、「到来波の個数を示す信号」は、自車両の前方を走行する１または複数の先行車両の数を示す信号ということができる。
この信号処理回路５６０は、公知のレーダ信号処理装置が実行する各種の信号処理を実行するように構成されていればよい。例えば、信号処理回路５６０は、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などの「超分解能アルゴリズム」（スーパーレゾリューション法）、または相対的に分解能が低い他の到来方向推定アルゴリズムを実行するように構成され得る。
図４５に示す到来波推定ユニットＡＵは、任意の到来方向推定アルゴリズムにより、到来波の方位を示す角度を推定し、推定結果を示す信号を出力する。信号処理回路５６０は、到来波推定ユニットＡＵによって実行される公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力する。
本開示における「信号処理回路」の用語は、単一の回路に限られず、複数の回路の組み合わせを概念的に１つの機能部品として捉えた態様も含む。信号処理回路５６０は、１個または複数のシステムオンチップ（ＳｏＣ）によって実現されてもよい。例えば、信号処理回路５６０の一部または全部がプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）であってもよい。その場合、信号処理回路５６０は、複数の演算素子（例えば汎用ロジックおよびマルチプライヤ）および複数のメモリ素子（例えばルックアップテーブルまたはメモリブロック）を含む。または、信号処理回路５６０は、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合であってもよい。信号処理回路５６０は、プロセッサコアとメモリとを含む回路であってもよい。これらは信号処理回路５６０として機能し得る。
走行支援電子制御装置５２０は、レーダ信号処理装置５３０から出力される各種の信号に基づいて車両の走行支援を行うように構成されている。走行支援電子制御装置５２０は、所定の機能を発揮するように各種の電子制御ユニットに指示を行う。所定の機能は、例えば、先行車両までの距離（車間距離）が予め設定された値よりも短くなったときに警報を発してドライバにブレーキ操作を促す機能、ブレーキを制御する機能、アクセルを制御する機能を含む。例えば、自車両のアダプティブクルーズコントロールを行う動作モードのとき、走行支援電子制御装置５２０は、各種の電子制御ユニット（不図示）およびアクチュエータに所定の信号を送り、自車両から先行車両までの距離を予め設定された値に維持したり、自車両の走行速度を予め設定された値に維持したりする。
ＭＵＳＩＣ法による場合、信号処理回路５６０は、自己相関行列の各固有値を求め、それらのうちの熱雑音によって定まる所定値（熱雑音電力）より大きい固有値（信号空間固有値）の個数を示す信号を、到来波の個数を示す信号として出力する。
次に、図４６を参照する。図４６は、車両走行制御装置６００の構成の他の例を示すブロック図である。図４６の車両走行制御装置６００におけるレーダシステム５１０は、受信専用のアレーアンテナ（受信アンテナとも称する。）Ｒｘおよび送信専用のアレーアンテナ（送信アンテナとも称する。）Ｔｘを含むアレーアンテナＡＡと、物体検知装置５７０とを有している。
送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘの少なくとも一方は、上述した導波路構造を有している。送信アンテナＴｘは、例えばミリ波である送信波を放射する。受信専用の受信アンテナＲｘは、１個または複数個の到来波（例えばミリ波）に応答して受信信号を出力する。
送受信回路５８０は、送信波のための送信信号を送信アンテナＴｘに送り、また、受信アンテナＲｘで受けた受信波による受信信号の「前処理」を行う。前処理の一部または全部は、レーダ信号処理装置５３０の信号処理回路５６０によって実行されてもよい。送受信回路５８０が行う前処理の典型的な例は、受信信号からビート信号を生成すること、および、アナログ形式の受信信号をデジタル形式の受信信号に変換することを含み得る。
本明細書では、送信アンテナと、受信アンテナと、送受信回路と、送信アンテナおよび受信アンテナと送受信回路との間で電磁波を伝搬させる導波路装置とを有する装置を「レーダ装置」と呼ぶ。また、レーダ装置に加えて、更に物体検知装置等の信号処理装置（信号処理回路を含む）を備える装置を「レーダシステム」と呼ぶ。
なお、本開示によるレーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、道路または建物に固定されて使用され得る。
続いて、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を説明する。
図４７は、車両走行制御装置６００のより具体的な構成の例を示すブロック図である。図４７に示される車両走行制御装置６００は、レーダシステム５１０と、車載カメラシステム７００とを備えている。レーダシステム５１０は、アレーアンテナＡＡと、アレーアンテナＡＡに接続された送受信回路５８０と、信号処理回路５６０とを有している。
車載カメラシステム７００は、車両に搭載される車載カメラ７１０と、車載カメラ７１０によって取得された画像または映像を処理する画像処理回路７２０とを有している。
本応用例における車両走行制御装置６００は、アレーアンテナＡＡおよび車載カメラ７１０に接続された物体検知装置５７０と、物体検知装置５７０に接続された走行支援電子制御装置５２０とを備えている。この物体検知装置５７０は、前述したレーダ信号処理装置５３０（信号処理回路５６０を含む）に加えて、送受信回路５８０および画像処理回路７２０を含んでいる。物体検知装置５７０は、レーダシステム５１０によって得られる情報だけではなく、画像処理回路７２０によって得られる情報を利用して、道路上または道路近傍における物標を検知することができる。例えば自車両が同一方向の２本以上の車線のいずれかを走行している最中において、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを、画像処理回路７２０によって判別し、その判別の結果を信号処理回路５６０に与えることができる。信号処理回路５６０は、所定の到来方向推定アルゴリズム（例えばＭＵＳＩＣ法）によって先行車両の数および方位を認識するとき、画像処理回路７２０からの情報を参照することにより、先行車両の配置について、より信頼度の高い情報を提供することが可能になる。
なお、車載カメラシステム７００は、自車両が走行している車線がいずれの車線であるかを特定する手段の一例である。他の手段を利用して自車両の車線位置を特定してもよい。例えば、超広帯域無線（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）を利用して、複数車線のどの車線を自車両が走行しているかを特定することができる。超広帯域無線が位置測定および／またはレーダとして利用可能なことは広く知られている。超広帯域無線を利用すれば、レーダの距離分解能が高まるため、前方に多数の車両が存在する場合でも、距離の差に基づいて個々の物標を区別して検知できる。このため、路肩のガードレール、または中央分離帯からの距離を精度よく特定することが可能である。各車線の幅は、各国の法律などで予め定められている。これらの情報を利用して、自車両が現在走行中の車線の位置を特定することができる。なお、超広帯域無線は一例である。他の無線による電波を利用してもよい。また、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）をレーダと組み合わせて用いてもよい。ＬＩＤＡＲは、レーザレーダと呼ばれることもある。
アレーアンテナＡＡは、一般的な車載用ミリ波アレーアンテナであり得る。本応用例における送信アンテナＴｘは、ミリ波を送信波として車両の前方に放射する。送信波の一部は、典型的には先行車両である物標によって反射される。これにより、物標を波源とする反射波が発生する。反射波の一部は、到来波としてアレーアンテナ（受信アンテナ）ＡＡに到達する。アレーアンテナＡＡを構成している複数のアンテナ素子の各々は、１個または複数個の到来波に応答して、受信信号を出力する。反射波の波源として機能する物標の個数がＫ個（Ｋは１以上の整数）である場合、到来波の個数はＫ個であるが、到来波の個数Ｋは既知ではない。
図４５の例では、レーダシステム５１０はアレーアンテナＡＡも含めて一体的にリアビューミラーに配置されるとした。しかしながら、アレーアンテナＡＡの個数および位置は、特定の個数および特定の位置に限定されない。アレーアンテナＡＡは、車両の後方に位置する物標を検知できるように車両の後面に配置されてもよい。また、車両の前面または後面に複数のアレーアンテナＡＡが配置されていてもよい。アレーアンテナＡＡは、車両の室内に配置されていてもよい。アレーアンテナＡＡとして、各アンテナ素子が上述したホーンを有するホーンアンテナが採用される場合でも、そのようなアンテナ素子を備えるアレーアンテナは車両の室内に配置され得る。
信号処理回路５６０は、受信アンテナＲｘによって受信され、送受信回路５８０によって前処理された受信信号を受け取り、処理する。この処理は、受信信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、または、受信信号から二次信号を生成して二次信号を到来波推定ユニットＡＵに入力すること、を含む。
図４７の例では、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号を受け取る選択回路５９６が物体検知装置５７０内に設けられている。選択回路５９６は、信号処理回路５６０から出力される信号および画像処理回路７２０から出力される信号の一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に与える。
図４８は、本応用例におけるレーダシステム５１０のより詳細な構成例を示すブロック図である。
図４８に示すように、アレーアンテナＡＡは、ミリ波の送信を行う送信アンテナＴｘと、物標で反射された到来波を受信する受信アンテナＲｘとを備えている。図面上では送信アンテナＴｘは１つであるが、特性の異なる２種類以上の送信アンテナが設けられていてもよい。アレーアンテナＡＡは、Ｍ個（Ｍは３以上の整数）のアンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mを備えている。複数のアンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mの各々は、到来波に応答して、受信信号ｓ1、ｓ2、・・・、ｓM（図４４Ｂ）を出力する。
アレーアンテナＡＡにおいて、アンテナ素子１１1〜１１Mは、例えば、固定された間隔を空けて直線状または面状に配列されている。到来波は、アンテナ素子１１1〜１１Mが配列されている面の法線に対する角度θの方向からアレーアンテナＡＡに入射する。このため、到来波の到来方向は、この角度θによって規定される。
１個の物標からの到来波がアレーアンテナＡＡに入射するとき、アンテナ素子１１1〜１１Mには、同一の角度θの方位から平面波が入射すると近似できる。異なる方位にあるＫ個の物標からアレーアンテナＡＡにＫ個の到来波が入射しているとき、相互に異なる角度θ1〜θKによって個々の到来波を識別することができる。
図４８に示されるように、物体検知装置５７０は、送受信回路５８０と信号処理回路５６０とを含む。
送受信回路５８０は、三角波生成回路５８１、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ−Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御可変発振器）５８２、分配器５８３、ミキサ５８４、フィルタ５８５、スイッチ５８６、Ａ／Ｄコンバータ５８７、制御器５８８を備える。本応用例におけるレーダシステムは、ＦＭＣＷ方式でミリ波の送受信を行うように構成されているが、本開示のレーダシステムは、この方式に限定されない。送受信回路５８０は、アレーアンテナＡＡからの受信信号と送信アンテナＴｘのための送信信号とに基づいて、ビート信号を生成するように構成されている。
信号処理回路５６０は、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６を備える。信号処理回路５６０は、送受信回路５８０のＡ／Ｄコンバータ５８７からの信号を処理し、検出された物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を示す信号をそれぞれ出力するように構成されている。
まず、送受信回路５８０の構成および動作を詳細に説明する。
三角波生成回路５８１は三角波信号を生成し、ＶＣＯ５８２に与える。ＶＣＯ５８２は、三角波信号に基づいて変調された周波数を有する送信信号を出力する。図４９は、三角波生成回路５８１が生成した信号に基づいて変調された送信信号の周波数変化を示している。この波形の変調幅はΔｆ、中心周波数はｆ０である。このようにして周波数が変調された送信信号は分配器５８３に与えられる。分配器５８３は、ＶＣＯ５８２から得た送信信号を、各ミキサ５８４および送信アンテナＴｘに分配する。こうして、送信アンテナは、図４９に示されるように三角波状に変調された周波数を有するミリ波を放射する。
図４９には、送信信号に加えて、単一の先行車両で反射された到来波による受信信号の例が記載されている。受信信号は、送信信号に比べて遅延している。この遅延は、自車両と先行車両との距離に比例している。また、受信信号の周波数は、ドップラー効果により、先行車両の相対速度に応じて増減する。
受信信号と送信信号とを混合すると、周波数の差異に基づいてビート信号が生成される。このビート信号の周波数（ビート周波数）は、送信信号の周波数が増加する期間（上り）と、送信信号の周波数が減少する期間（下り）とで異なる。各期間におけるビート周波数が求められると、それらのビート周波数に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。
図５０は、「上り」の期間におけるビート周波数ｆｕ、および「下り」の期間におけるビート周波数ｆｄを示している。図５０のグラフにおいて、横軸が周波数、縦軸が信号強度である。このようなグラフは、ビート信号の時間−周波数変換を行うことによって得られる。ビート周波数ｆｕ、ｆｄが得られると、公知の式に基づいて、物標までの距離と、物標の相対速度が算出される。本応用例では、以下に説明する構成および動作により、アレーアンテナＡＡの各アンテナ素子に対応したビート周波数を求め、それに基づいて物標の位置情報を推定することが可能になる。
図４８に示される例において、各アンテナ素子１１1〜１１Mに対応したチャンネルＣｈ1〜ＣｈMからの受信信号は、増幅器によって増幅され、対応するミキサ５８４に入力される。ミキサ５８４の各々は、増幅された受信信号に送信信号を混合する。この混合により、受信信号と送信信号との間にある周波数差に対応したビート信号が生成される。生成されたビート信号は、対応するフィルタ５８５に与えられる。フィルタ５８５は、チャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号の帯域制限を行い、帯域制限されたビート信号をスイッチ５８６に与える。
スイッチ５８６は、制御器５８８から入力されるサンプリング信号に応答してスイッチングを実行する。制御器５８８は、例えばマイクロコンピュータによって構成され得る。制御器５８８は、ＲＯＭなどのメモリに格納されたコンピュータプログラムに基づいて、送受信回路５８０の全体を制御する。制御器５８８は、送受信回路５８０の内部に設けられている必要はなく、信号処理回路５６０の内部に設けられていてもよい。つまり、送受信回路５８０は信号処理回路５６０からの制御信号にしたがって動作してもよい。または、送受信回路５８０および信号処理回路５６０の全体を制御する中央演算ユニットなどによって、制御器５８８の機能の一部または全部が実現されていてもよい。
フィルタ５８５の各々を通過したチャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号は、スイッチ５８６を介して、順次、Ａ／Ｄコンバータ５８７に与えられる。Ａ／Ｄコンバータ５８７は、スイッチ５８６から入力されるチャンネルＣｈ1〜ＣｈMのビート信号を、サンプリング信号に同期してデジタル信号に変換する。
以下、信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。本応用例では、ＦＭＣＷ方式によって、物標までの距離および物標の相対速度を推定する。レーダシステムは、以下に説明するＦＭＣＷ方式に限定されず、２周波ＣＷまたはスペクトル拡散などの他の方式を用いても実施可能である。
図４８に示される例において、信号処理回路５６０は、メモリ５３１、受信強度算出部５３２、距離検出部５３３、速度検出部５３４、ＤＢＦ（デジタルビームフォーミング）処理部５３５、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、物標出力処理部５３９および到来波推定ユニットＡＵを備えている。前述したように、信号処理回路５６０の一部または全部がＦＰＧＡによって実現されていてもよく、汎用プロセッサおよびメインメモリ装置の集合によって実現されていてもよい。メモリ５３１、受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、および到来波推定ユニットＡＵは、それぞれ、別個のハードウェアによって実現される個々の部品であってもよいし、１つの信号処理回路における機能上のブロックであってもよい。
図５１は、信号処理回路５６０がプロセッサＰＲおよびメモリ装置ＭＤを備えるハードウェアによって実現されている形態の例を示している。このような構成を有する信号処理回路５６０も、メモリ装置ＭＤに格納されたコンピュータプログラムの働きにより、図４８に示す受信強度算出部５３２、ＤＢＦ処理部５３５、距離検出部５３３、速度検出部５３４、方位検出部５３６、物標引継ぎ処理部５３７、相関行列生成部５３８、到来波推定ユニットＡＵの機能が果たされ得る。
本応用例における信号処理回路５６０は、デジタル信号に変換された各ビート信号を受信信号の二次信号として、先行車両の位置情報を推定し、推定結果を示す信号を出力するよう構成されている。以下、本応用例における信号処理回路５６０の構成および動作を詳細に説明する。
信号処理回路５６０内のメモリ５３１は、Ａ／Ｄコンバータ５８７から出力されるデジタル信号をチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとに格納する。メモリ５３１は、例えば、半導体メモリ、ハードディスクおよび／または光ディスクなどの一般的な記憶媒体によって構成され得る。
受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとのビート信号（図４９の下図）に対してフーリエ変換を行う。本明細書では、フーリエ変換後の複素数データの振幅を「信号強度」と称する。受信強度算出部５３２は、複数のアンテナ素子のいずれかの受信信号の複素数データ、または、複数のアンテナ素子のすべての受信信号の複素数データの加算値を周波数スペクトルに変換する。こうして得られたスペクトルの各ピーク値に対応するビート周波数、すなわち距離に依存した物標（先行車両）の存在を検出することができる。全アンテナ素子の受信信号の複素数データを加算すると、ノイズ成分が平均化されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。
物標、すなわち先行車両が１個の場合、フーリエ変換の結果、図５０に示されるように、周波数が増加する期間（「上り」の期間）および減少する期間（「下り」の期間）に、それぞれ、１個のピーク値を有するスペクトルが得られる。「上り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｕ」、「下り」の期間におけるピーク値のビート周波数を「ｆｄ」とする。
受信強度算出部５３２は、ビート周波数毎の信号強度から、予め設定された数値（閾値）を超える信号強度を検出することによって、物標が存在していることを判定する。受信強度算出部５３２は、信号強度のピークを検出した場合、ピーク値のビート周波数（ｆｕ、ｆｄ）を対象物周波数として距離検出部５３３、速度検出部５３４へ出力する。受信強度算出部５３２は、周波数変調幅Δｆを示す情報を距離検出部５３３へ出力し、中心周波数ｆ０を示す情報を速度検出部５３４へ出力する。
受信強度算出部５３２は、複数の物標に対応する信号強度のピークが検出された場合には、上りのピーク値と下りのピーク値とを予め定められた条件によって対応づける。同一の物標からの信号と判断されたピークに同一の番号を付与し、距離検出部５３３および速度検出部５３４に与える。
複数の物標が存在する場合、フーリエ変換後、ビート信号の上り部分とビート信号の下り部分のそれぞれに物標の数と同じ数のピークが表れる。レーダと物標の距離に比例して、受信信号が遅延し、図４９における受信信号は右方向にシフトするので、レーダと物標との距離が離れるほど、ビート信号の周波数は、大きくなる。
距離検出部５３３は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式により距離Ｒを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｒ＝｛ｃ・Ｔ／（２・Δｆ）｝・｛（ｆｕ＋ｆｄ）／２｝
また、速度検出部５３４は、受信強度算出部５３２から入力されるビート周波数ｆｕ、ｆｄに基づいて、下記の式によって相対速度Ｖを算出し、物標引継ぎ処理部５３７へ与える。
Ｖ＝｛ｃ／（２・ｆ０）｝・｛（ｆｕ−ｆｄ）／２｝
距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する式において、ｃは光速、Ｔは変調周期である。
なお、距離Ｒの分解能下限値は、ｃ／（２Δｆ）で表される。したがって、Δｆが大きくなるほど、距離Ｒの分解能が高まる。周波数ｆ０が７６ＧＨｚ帯の場合において、Δｆを６６０メガヘルツ（ＭＨｚ）程度に設定するとき、距離Ｒの分解能は例えば０．２３メートル（ｍ）程度である。このため、２台の先行車両が併走しているとき、ＦＭＣＷ方式では車両が１台なのか２台なのかを識別することが困難である場合がある。このような場合、角度分解能が極めて高い到来方向推定アルゴリズムを実行すれば、２台の先行車両の方位を分離して検出することが可能である。
ＤＢＦ処理部５３５は、アンテナ素子１１1、１１2、・・・、１１Mにおける信号の位相差を利用して、入力される各アンテナに対応した時間軸でフーリエ変換された複素データを、アンテナ素子の配列方向にフーリエ変換する。そして、ＤＢＦ処理部５３５は、角度分解能に対応した角度チャネル毎のスペクトルの強度を示す空間複素数データを算出し、ビート周波数毎に方位検出部５３６に出力する。
方位検出部５３６は、先行車両の方位を推定するために設けられている。方位検出部５３６は、算出されたビート周波数毎の空間複素数データの値の大きさのうち、一番大きな値を取る角度θを対象物が存在する方位として物標引継ぎ処理部５３７に出力する。
なお、到来波の到来方向を示す角度θを推定する方法は、この例に限定されない。前述した種々の到来方向推定アルゴリズムを用いて行うことができる。
物標引継ぎ処理部５３７は、今回算出した対象物の距離、相対速度、方位の値と、メモリ５３１から読み出した１サイクル前に算出された対象物の距離、相対速度、方位の値とのそれぞれの差分の絶対値を算出する。そして、差分の絶対値が、それぞれの値毎に決められた値よりも小さいとき、物標引継ぎ処理部５３７は、１サイクル前に検知した物標と今回検知した物標とを同じものと判定する。その場合、物標引継ぎ処理部５３７は、メモリ５３１から読み出したその物標の引継ぎ処理回数を１つだけ増やす。
物標引継ぎ処理部５３７は、差分の絶対値が決められた値よりも大きな場合には、新しい対象物を検知したと判断する。物標引継ぎ処理部５３７は、今回の対象物の距離、相対速度、方位およびその対象物の物標引継ぎ処理回数をメモリ５３１に保存する。
信号処理回路５６０で、受信した反射波を基にして生成された信号であるビート信号を周波数解析して得られるスペクトラムを用い、対象物との距離、相対速度を検出することができる。
相関行列生成部５３８は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとのビート信号（図４９の下図）を用いて自己相関行列を求める。数４の自己相関行列において、各行列の成分は、ビート信号の実部および虚部によって表現される値である。相関行列生成部５３８は、さらに自己相関行列Ｒｘｘの各固有値を求め、得られた固有値の情報を到来波推定ユニットＡＵへ入力する。
受信強度算出部５３２は、複数の対象物に対応する信号強度のピークが複数検出された場合、上りの部分および下りの部分のピーク値ごとに、周波数が小さいものから順番に番号をつけて、物標出力処理部５３９へ出力する。ここで、上りおよび下りの部分において、同じ番号のピークは、同じ対象物に対応しており、それぞれの識別番号を対象物の番号とする。なお、煩雑化を回避するため、図４８では、受信強度算出部５３２から物標出力処理部５３９への引出線の記載は省略している。
物標出力処理部５３９は、対象物が前方構造物である場合に、その対象物の識別番号を物標として出力する。物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合、自車両の車線上にある対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。また、物標出力処理部５３９は、複数の対象物の判定結果を受け取り、そのどちらもが前方構造物である場合であって、２つ以上の対象物が自車両の車線上にある場合、メモリ５３１から読み出した物標引継ぎ処理回数が多い対象物の識別番号を物標が存在する物体位置情報として出力する。
再び図４７を参照し、車載レーダシステム５１０が図４７に示す構成例に組み込まれた場合の例を説明する。画像処理回路７２０は、映像から物体の情報を取得し、その物体の情報から物標位置情報を検出する。画像処理回路７２０は、例えば、取得した映像内のオブジェクトの奥行き値を検出して物体の距離情報を推定したり、映像の特徴量から物体の大きさの情報などを検出したりすることにより、予め設定された物体の位置情報を検出するように構成されている。
選択回路５９６は、信号処理回路５６０および画像処理回路７２０から受け取った位置情報を選択的に走行支援電子制御装置５２０に与える。選択回路５９６は、例えば、信号処理回路５６０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第１距離と、画像処理回路７２０の物体位置情報に含まれている、自車両から検出した物体までの距離である第２距離とを比較してどちらが自車両に対して近距離であるかを判定する。例えば、判定された結果に基づいて、自車両に近いほうの物体位置情報を選択回路５９６が選択して走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。なお、判定の結果、第１距離および第２距離が同じ値であった場合には、選択回路５９６は、そのいずれか一方または両方を走行支援電子制御装置５２０に出力し得る。
なお、物標出力処理部５３９（図４８）は、受信強度算出部５３２から物標候補がないという情報が入力された場合には、物標なしとしてゼロを物体位置情報として出力する。そして、選択回路５９６は、物標出力処理部５３９からの物体位置情報に基づいて予め設定された閾値と比較することで信号処理回路５６０あるいは画像処理回路７２０の物体位置情報を使用するか選択している。
物体検知装置５７０によって先行物体の位置情報を受け取った走行支援電子制御装置５２０は、予め設定された条件により、物体位置情報の距離や大きさ、自車両の速度、降雨、降雪、晴天などの路面状態などの条件と併せて、自車両を運転しているドライバに対して操作が安全あるいは容易となるような制御を行う。例えば、走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されていない場合、予め設定されている速度までスピードを上げるようにアクセル制御回路５２６に制御信号を送り、アクセル制御回路５２６を制御してアクセルペダルを踏み込むことと同等の動作を行う。
走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報に物体が検出されている場合において、自車両から所定の距離であることが分かれば、ブレーキバイワイヤなどの構成により、ブレーキ制御回路５２４を介してブレーキの制御を行う。すなわち、速度を落とし、車間距離を一定に保つように操作する。走行支援電子制御装置５２０は、物体位置情報を受けて、警告制御回路５２２に制御信号を送り、車内スピーカを介して先行物体が近づいていることをドライバに知らせるように音声またはランプの点灯を制御する。走行支援電子制御装置５２０は、先行車両の配置を含む物体位置情報を受け取り、予め設定された走行速度の範囲であれば、先行物体との衝突回避支援を行うために自動的にステアリングを左右どちらかに操作し易くするか、あるいは、強制的に車輪の方向を変更するようにステアリング側の油圧を制御することができる。
物体検知装置５７０では、選択回路５９６が前回検出サイクルにおいて一定時間連続して検出していた物体位置情報のデータで、今回検出サイクルで検出できなかったデータに対して、カメラで検出したカメラ映像からの先行物体を示す物体位置情報が紐付けされれば、トラッキングを継続させる判断を行い、信号処理回路５６０からの物体位置情報を優先的に出力するようにしても構わない。
信号処理回路５６０および画像処理回路７２０の出力を選択回路５９６に選択するための具体的構成の例および動作の例は、米国特許第８４４６３１２号明細書、米国特許第８７３００９６号明細書、および米国特許第８７３００９９号明細書に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。
［第１の変形例］
上記の応用例の車載用レーダシステムにおいて、周波数変調連続波ＦＭＣＷの１回の周波数変調の（掃引）条件、つまり変調に要する時間幅（掃引時間）は、例えば１ミリ秒である。しかし、掃引時間を１００マイクロ秒程度に短くすることもできる。
ただし、そのような高速の掃引条件を実現するためには、送信波の放射に関連する構成要素のみならず、当該掃引条件下での受信に関連する構成要素をも高速に動作させる必要が生じる。例えば、当該掃引条件下で高速に動作するＡ／Ｄコンバータ５８７（図４８）を設ける必要がある。Ａ／Ｄコンバータ５８７のサンプリング周波数は、例えば１０ＭＨｚである。サンプリング周波数は１０ＭＨｚよりも早くてもよい。
本変形例においては、ドップラーシフトに基づく周波数成分を利用することなく、物標との相対速度を算出する。本変形例では、掃引時間Ｔｍ＝１００マイクロ秒であり、非常に短い。検出可能なビート信号の最低周波数は１／Ｔｍであるので、この場合は１０ｋＨｚとなる。これは、およそ２０ｍ／秒の相対速度を持つ物標からの反射波のドップラーシフトに相当する。即ち、ドップラーシフトに頼る限り、これ以下の相対速度を検出することはできない。よって、ドップラーシフトに基づく計算方法とは異なる計算方法を採用することが好適である。
本変形例では、一例として、送信波の周波数が増加するアップビート区間で得られた、送信波と受信波との差の信号（アップビート信号）を利用する処理を説明する。ＦＭＣＷの１回の掃引時間は１００マイクロ秒で、波形は、アップビート（上り）部分のみからなる鋸歯形状である。即ち、本変形例において、三角波／ＣＷ波生成回路５８１が生成する信号波は鋸歯形状を有する。また、周波数の掃引幅は５００ＭＨｚである。ドップラーシフトに伴うピークは利用しないので、アップビート信号とダウンビート信号を生成して双方のピークを利用する処理は行わず、何れか一方の信号のみで処理を行う。ここではアップビート信号を利用する場合について説明するが、ダウンビート信号を用いる場合も同様の処理を行うことができる。
Ａ／Ｄコンバータ５８７（図４８）は、１０ＭＨｚのサンプリング周波数で各アップビート信号をサンプリングして、数百個のデジタルデータ（以下「サンプリングデータ」と呼ぶ。）を出力する。サンプリングデータは、例えば、受信波が得られる時刻以後で、かつ、送信波の送信が終了した時刻までのアップビート信号に基づいて生成される。なお、一定数のサンプリングデータが得られた時点で処理を終了してもよい。
本変形例では、連続して１２８回アップビート信号の送受信を行い、各々について数百個のサンプリングデータを得る。このアップビート信号の数は１２８個に限られない。２５６個であってもよいし、あるいは８個であってもよい。目的に応じて様々の個数を選択することができる。
得られたサンプリングデータは、メモリ５３１に格納される。受信強度算出部５３２はサンプリングデータに２次元の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。具体的には、まず、１回の掃引で得られたサンプリングデータ毎に、１回目のＦＦＴ処理（周波数解析処理）を実行してパワースペクトルを生成する。次に、速度検出部５３４は、処理結果を、全ての掃引結果に渡って集めて２回目のＦＦＴ処理を実行する。
同一物標からの反射波により各掃引期間で検出される、パワースペクトルのピーク成分の周波数はいずれも同じである。一方、物標が異なるとピーク成分の周波数は異なる。１回目のＦＦＴ処理によれば、異なる距離に位置する複数の物標を分離することができる。
物標に対する相対速度がゼロでない場合は、アップビート信号の位相は、掃引毎に少しずつ変化する。つまり、２回目のＦＦＴ処理によれば、上述した位相の変化に応じた周波数成分のデータを要素として有するパワースペクトルが、１回目のＦＦＴ処理の結果毎に求められることになる。
受信強度算出部５３２は、２回目に得られたパワースペクトルのピーク値を抽出して速度検出部５３４に送る。
速度検出部５３４は、位相の変化から相対速度を求める。例えば、連続して得られたアップビート信号の位相が、位相θ［ＲＸｄ］ずつ変化していたとする。送信波の平均波長をλとすると、１回のアップビート信号が得られるごとに距離がλ／（４π／θ）だけ変化したことを意味する。この変化は、アップビート信号の送信間隔Ｔｍ（＝１００マイクロ秒）で生じた。よって、｛λ／（４π／θ）｝／Ｔｍ により、相対速度が得られる。
以上の処理によれば、物標との距離に加えて、物標との相対速度を求めることができる。
［第２の変形例］
レーダシステム５１０は、１つまたは複数の周波数の連続波ＣＷを用いて、物標を検知することができる。この方法は、車両がトンネル内にある場合の様に、周囲の静止物から多数の反射波がレーダシステム５１０に入射する環境において、特に有用である。
レーダシステム５１０は、独立した５チャンネルの受信素子を含む受信用のアンテナアレイを備えている。このようなレーダシステムでは、入射する反射波の到来方位の推定は、同時に入射する反射波が４つ以下の状態でしか行うことができない。ＦＭＣＷ方式のレーダでは、特定の距離からの反射波のみを選択することで、同時に到来方位の推定を行う反射波の数を減らすことができる。しかし、トンネル内など、周囲に多数の静止物が存在する環境では、電波を反射する物体が連続的に存在しているのに等しい状況にあるため、距離に基づいて反射波を絞り込んでも、反射波の数が４つ以下にならない状況が生じ得る。しかし、それら周囲の静止物は、自車両に対する相対速度が全て同一で、しかも前方を走行する他車両よりも相対速度が大きいため、ドップラーシフトの大きさに基づいて、静止物と他車両とを区別し得る。
そこで、レーダシステム５１０は、複数の周波数の連続波ＣＷを放射し、受信信号において静止物に相当するドップラーシフトのピークを無視し、それよりもシフト量が小さなドップラーシフトのピークを用いて距離を検知する処理を行う。ＦＭＣＷ方式とは異なり、ＣＷ方式では、ドップラーシフトのみに起因して、送信波と受信波との間に周波数差が生じる。つまり、ビート信号に現れるピークの周波数はドップラーシフトのみに依存する。
なお、本変形例の説明でも、ＣＷ方式で利用される連続波を「連続波ＣＷ」と記述する。上述のとおり、連続波ＣＷの周波数は一定であり、変調されていない。
レーダシステム５１０が周波数ｆｐの連続波ＣＷを放射し、物標で反射した周波数ｆｑの反射波を検出したとする。送信周波数ｆｐと受信周波数ｆｑとの差はドップラー周波数と呼ばれ、近似的にｆｐ−ｆｑ＝２・Ｖｒ・ｆｐ／ｃ と表される。ここでＶｒはレーダシステムと物標との相対速度、ｃは光速である。送信周波数ｆｐ、ドップラー周波数（ｆｐ−ｆｑ）、および光速ｃは既知である。よって、この式から相対速度Ｖｒ＝（ｆｐ−ｆｑ）・ｃ／２ｆｐを求めることができる。物標までの距離は、後述するように位相情報を利用して算出する。
連続波ＣＷを用いて、物標までの距離を検出ためには２周波ＣＷ方式を採用する。２周波ＣＷ方式では、少しだけ離れた２つの周波数の連続波ＣＷが、それぞれ一定期間ずつ放射され、各々の反射波が取得される。例えば７６ＧＨｚ帯の周波数を用いる場合には、２つの周波数の差は数百キロヘルツである。なお、後述する様に、２つの周波数の差は、使用するレーダが物標を検知できる限界の距離を考慮して定められることがより好ましい。
レーダシステム５１０が周波数ｆｐ１およびｆｐ２（ｆｐ１＜ｆｐ２）の連続波ＣＷを順次放射し、２種類の連続波ＣＷが１つの物標で反射されることにより、周波数ｆｑ１およびｆｑ２の反射波がレーダシステム５１０に受信されたとする。
周波数ｆｐ１の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ１）とによって、第１のドップラー周波数が得られる。また、周波数ｆｐ２の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ２）とによって、第２のドップラー周波数が得られる。２つのドップラー周波数は実質的に同じ値である。しかしながら、周波数ｆｐ１およびｆｐ２の相違に起因して、受信波の複素信号における位相が異なる。この位相情報を用いることにより、物標までの距離を算出できる。
具体的には、レーダシステム５１０は、距離ＲをＲ＝ｃ・Δφ／４π（ｆｐ２−ｆｐ１）として求めることができる。ここで、Δφは２つのビート信号の位相差を表す。２つのビート信号とは、周波数ｆｐ１の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ１）との差分として得られるビート信号１、および、周波数ｆｐ２の連続波ＣＷとその反射波（周波数ｆｑ２）との差分として得られるビート信号２である。各ビート信号の周波数ｆｂ１およびｆｂ２の特定方法は、上述した単周波数の連続波ＣＷにおけるビート信号の例と同じである。
なお、２周波ＣＷ方式での相対速度Ｖｒは、以下のとおり求められる。
Ｖｒ＝ｆｂ１・ｃ／２・ｆｐ１ または Ｖｒ＝ｆｂ２・ｃ／２・ｆｐ２
また、物標までの距離を一意に特定できる範囲は、Ｒｍａｘ＜ｃ／２（ｆｐ２−ｆｐ１）の範囲に限られる。これよりも遠い物標からの反射波より得られるビート信号は、Δφが２πを超え、より近い位置の物標に起因するビート信号と区別がつかなくなるためである。そこで、２つの連続波ＣＷの周波数の差を調節して、Ｒｍａｘをレーダの検出限界距離よりも大きくすることがより好ましい。検出限界距離が１００ｍであるレーダでは、ｆｐ２−ｆｐ１を例えば１．０ＭＨｚとする。この場合、Ｒｍａｘ＝１５０ｍとなるため、Ｒｍａｘを超える位置にある物標からの信号は検出されない。また、２５０ｍまで検出できるレーダを搭載する場合は、ｆｐ２−ｆｐ１を例えば５００ｋＨｚとする。この場合は、Ｒｍａｘ＝３００ｍとなるため、やはりＲｍａｘを超える位置にある物標からの信号は検出されない。また、レーダが、検出限界距離が１００ｍで水平方向の視野角が１２０度の動作モードと、検出限界距離が２５０ｍで水平方向の視野角が５度の動作モードとの、両方を備えている場合は、各々の動作モードにおいて、ｆｐ２−ｆｐ１の値を、１．０ＭＨｚと５００ｋＨｚとにそれぞれ切り替えて動作させることがより好ましい。
Ｎ個（Ｎ：３以上の整数）の異なる周波数で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用することにより、各物標までの距離をそれぞれ検出することが可能な検出方式が知られている。当該検出方式によれば、Ｎ−１個までの物標については距離を正しく認識できる。そのための処理として、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を利用する。いま、Ｎ＝６４、あるいは１２８として、各周波数の送信信号と受信信号との差であるビート信号のサンプリングデータについてＦＦＴを行って周波数スペクトル（相対速度）を得る。その後、同一の周波数のピークに関してＣＷ波の周波数でさらにＦＦＴを行って距離情報を求めることができる。
以下、より具体的に説明する。
説明の簡単化のため、まず、３つの周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の信号を時間的に切り換えて送信する例を説明する。ここでは、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３であり、かつ、ｆ１−ｆ２＝ｆ２−ｆ３＝Δｆであるとする。また、各周波数の信号波の送信時間をΔｔとする。図５２は、３つの周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の関係を示す。
三角波／ＣＷ波生成回路５８１（図４８）は、それぞれが時間Δｔだけ持続する周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の連続波ＣＷを、送信アンテナＴｘを介して送信する。受信アンテナＲｘは、各連続波ＣＷが１または複数の物標で反射された反射波を受信する。
ミキサ５８４は、送信波と受信波とを混合してビート信号を生成する。Ａ／Ｄコンバータ５８７はアナログ信号としてのビート信号を、例えば数百個のデジタルデータ（サンプリングデータ）に変換する。
受信強度算出部５３２は、サンプリングデータを用いてＦＦＴ演算を行う。ＦＦＴ演算の結果、送信周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の各々について、受信信号の周波数スペクトルの情報が得られる。
その後受信強度算出部５３２は、受信信号の周波数スペクトルの情報から、ピーク値を分離する。所定以上の大きさを有するピーク値の周波数は、物標との相対速度に比例する。受信信号の周波数スペクトルの情報から、ピーク値を分離することは、相対速度の異なる１または複数の物標を分離することを意味する。
次に、受信強度算出部５３２は、送信周波数ｆ１〜ｆ３の各々について、相対速度が同一または予め定められた範囲内のピーク値のスペクトル情報を計測する。
いま、２つの物標ＡおよびＢが、同程度の相対速度で、かつ、それぞれが異なる距離に存在する場合を考える。周波数ｆ１の送信信号は物標ＡおよびＢの両方で反射され、受信信号として得られる。物標ＡおよびＢからの各反射波のビート信号の周波数は、概ね同一になる。そのため、受信信号の、相対速度に相当するドップラー周波数でのパワースペクトルは、２つの物標ＡおよびＢの各パワースペクトルを合成した合成スペクトルＦ１として得られる。
同様に、周波数ｆ２およびｆ３の各々についても、受信信号の、相対速度に相当するドップラー周波数でのパワースペクトルは、２つの物標ＡおよびＢの各パワースペクトルを合成した合成スペクトルＦ２およびＦ３として得られる。
図５３は、複素平面上の合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の関係を示す。合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の各々を張る２つのベクトルの方向に向かって、右側のベクトルが物標Ａからの反射波のパワースペクトルに対応する。図５３ではベクトルｆ１Ａ〜ｆ３Ａに対応する。一方、合成スペクトルＦ１〜Ｆ３の各々を張る２つのベクトルの方向に向かって、左側のベクトルが物標Ｂからの反射波のパワースペクトルに対応する。図５３ではベクトルｆ１Ｂ〜ｆ３Ｂに対応する。
送信周波数の差分Δｆが一定のとき、周波数ｆ１およびｆ２の各送信信号に対応する各受信信号の位相差と、物標までの距離は比例する関係にある。よって、ベクトルｆ１Ａとｆ２Ａの位相差と、ベクトルｆ２Ａとｆ３Ａの位相差とは同じ値θＡになり、位相差θＡが物標Ａまでの距離に比例する。同様に、ベクトルｆ１Ｂとｆ２Ｂの位相差と、ベクトルｆ２Ｂとｆ３Ｂの位相差とは同じ値θＢになり、位相差θＢが物標Ｂまでの距離に比例する。
周知の方法を用いて、合成スペクトルＦ１〜Ｆ３、および、送信周波数の差分Δｆから物標ＡおよびＢの各々までの距離を求めることができる。この技術は、例えば米国特許６７０３９６７号に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。
送信する信号の周波数が４以上になった場合も同様の処理を適用することができる。
なお、Ｎ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信する前に、２周波ＣＷ方式で各物標までの距離および相対速度を求める処理を行ってもよい。そして、所定の条件下で、Ｎ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信する処理に切り換えてもよい。例えば、２つの周波数の各々のビート信号を用いてＦＦＴ演算を行い、各送信周波数のパワースペクトルの時間変化が３０％以上である場合には、処理の切り換えを行ってもよい。各物標からの反射波の振幅はマルチパスの影響等で時間的に大きく変化する。所定の以上の変化が存在する場合には、複数の物標が存在する可能性があると考えられる。
また、ＣＷ方式では、レーダシステムと物標との相対速度がゼロである場合、すなわちドップラー周波数がゼロの場合には物標を検知できないことが知られている。しかしながら、例えば以下の方法によって擬似的にドップラー信号を求めると、その周波数を用いて物標を検知することは可能である。
（方法１）受信用アンテナの出力を一定周波数シフトさせるミキサを追加する。送信信号と、周波数がシフトされた受信信号とを用いることにより、擬似ドップラー信号を得ることができる。
（方法２）受信用アンテナの出力とミキサとの間に、時間的に連続して位相を変化させる可変位相器を挿入し、受信信号に擬似的に位相差を付加する。送信信号と、位相差が付加された受信信号とを用いることにより、擬似ドップラー信号を得ることができる。
方法２による、可変位相器を挿入して擬似ドップラー信号を発生させる具体的構成の例および動作の例は、特開２００４−２５７８４８号公報に開示されている。この公報の内容の全体をここに援用する。
相対速度がゼロの物標、または、非常に小さな物標を検知する必要がある場合は、上述の擬似ドップラー信号を発生させる処理を使用してもよいし、または、ＦＭＣＷ方式による物標検出処理への切り換えを行ってもよい。
次に、図５４を参照しながら、車載レーダシステム５１０の物体検知装置５７０によって行われる処理の手順を説明する。
以下では、２個の異なる周波数ｆｐ１およびｆｐ２（ｆｐ１＜ｆｐ２）で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用することにより、物標との距離をそれぞれ検出する例を説明する。
図５４は、本変形例による相対速度および距離を求める処理の手順を示すフローチャートである。
ステップＳ４１において、三角波／ＣＷ波生成回路５８１は、少しだけ周波数が離れている、２種類の異なる連続波ＣＷを生成する。周波数はｆｐ１およびｆｐ２とする。
ステップＳ４２において、送信アンテナＴｘおよび受信アンテナＲｘは、生成された一連の連続波ＣＷの送受信を行う。なお、ステップＳ４１の処理およびステップＳ４２の処理はそれぞれ、三角波／ＣＷ波生成回路５８１および送信アンテナＴｘ／受信アンテナＲｘにおいて並列的に行われる。ステップＳ４１の完了後にステップＳ４２が行われるのではないことに留意されたい。
ステップＳ４３において、ミキサ５８４は、各送信波と各受信波とを利用して２つの差分信号を生成する。各受信波は、静止物由来の受信波と、物標由来の受信波とを含む。そのため、次に、ビート信号として利用する周波数を特定する処理を行う。なお、ステップＳ４１の処理、ステップＳ４２の処理およびステップ４３の処理はそれぞれ、三角波／ＣＷ波生成回路５８１、送信アンテナＴｘ／受信アンテナＲｘおよびミキサ５８４において並列的に行われる。ステップＳ４１の完了後にステップＳ４２が行われるのではなく、また、ステップ４２の完了後にステップ４３が行われるのでもないことに留意されたい。
ステップＳ４４において、物体検知装置５７０は、２つの差分信号の各々について、閾値として予め定められた周波数以下で、かつ予め定められた振幅値以上の振幅値を有し、なおかつ互いの周波数の差が所定の値以下であるピークの周波数を、ビート信号の周波数ｆｂ１およびｆｂ２として特定する。
ステップＳ４５において、受信強度算出部５３２は、特定した２つのビート信号の周波数のうちの一方に基づいて相対速度を検出する。受信強度算出部５３２は、例えばＶｒ＝ｆｂ１・ｃ／２・ｆｐ１ により、相対速度を算出する。なお、ビート信号の各周波数を利用して相対速度を算出してもよい。これにより、受信強度算出部５３２は、両者が一致しているか否かの検証し、相対速度の算出精度を高めることができる。
ステップＳ４６において、受信強度算出部５３２は、２つのビート信号１および２の位相差Δφを求め、物標までの距離Ｒ＝ｃ・Δφ／４π（ｆｐ２−ｆｐ１）を求める。
以上の処理により、物標までの相対速度および距離を検出することができる。
なお、３以上のＮ個の異なる周波数で連続波ＣＷを送信し、各々の反射波の位相情報を利用して、相対速度が同一で、かつ異なる位置に存在する複数の物標までの距離を検出してもよい。
以上で説明した、車両５００は、レーダシステム５１０に加えて、さらに他のレーダシステムを有していてもよい。例えば車両５００は、車体の後方、または側方に検知範囲を持つレーダシステムをさらに備えていてもよい。車体の後方に検知範囲を持つレーダシステムを有する場合には、当該レーダシステムは後方を監視し、他車両によって追突される危険性があるときは、警報を出す等の応答をすることができる。車体の側方に検知範囲を持つレーダシステムを有する場合には、当該レーダシステムは、自車両が車線変更などを行う場合に、隣接車線を監視し、必要に応じて警報を出す等の応答をすることができる。
以上で説明したレーダシステム５１０の用途は、車載用途に限られない。種々の用途のセンサとして利用することができる。例えば、家屋その他の建築物の周囲を監視するためのレーダとして利用できる。あるいは、屋内において特定の場所における人物の有無、あるいはその人物の動きの有無等を、光学的画像に寄らずに監視するためのセンサとして利用することができる。
［処理の補足］
前記したアレーアンテナに関する２周波ＣＷまたはＦＭＣＷについて、他の実施形態を説明する。前述したとおり、図４８の例において、受信強度算出部５３２は、メモリ５３１に格納されたチャンネルＣｈ1〜ＣｈMごとのビート信号（図４９の下図）に対してフーリエ変換を行う。その際のビート信号は、複素信号である。その理由は、演算対象としている信号の位相を特定するためである。これにより、到来波方向を正確に特定できる。しかしこの場合、フーリエ変換のための演算負荷量が増大し、回路規模が大きくなる。
これを克服するために、ビート信号としてスカラ信号を生成し、それぞれ生成された複数のビート信号に対して、アンテナ配列に沿った空間軸方向および時間の経過に沿った時間軸方向についての２回の複素フーリエ変換を実行することにより、周波数分析結果を得てもよい。これにより、最終的には、少ない演算量で、反射波の到来方向を特定可能なビーム形成を行うことができ、ビーム毎の周波数分析結果を得ることができる。本件に関連する特許公報として、米国特許第６３３９３９５号明細書の開示内容全体を本明細書に援用する。
［カメラ等の光学センサとミリ波レーダ］
次に、上述したアレーアンテナと従来のアンテナとの比較、および、本アレーアンテナと光学センサ、例えばカメラ、との双方を利用した応用例について説明する。なお、光学センサとして、ライダー（ＬＩＤＡＲ）等を用いてもよい。
ミリ波レーダは、物標までの距離とその相対速度を直接検出することが可能である。また、薄暮を含む夜間、または降雨、霧、降雪等の悪天候時にも、検出性能が大きく低下しないという特徴がある。一方、ミリ波レーダは、カメラに比較して、物標を２次元的にとらえることが容易ではない、とされている。他方、カメラは、物標を２次元的にとらえ、その形状を認識することが比較的容易である。しかし、カメラは、夜間または悪天候時には、物標を撮像できないことがあり、この点が大きな課題となっている。特に採光部分に水滴が付着した場合、または霧で視界が狭くなった場合には、この課題が顕著である。同じ光学系センサであるＬＩＤＡＲ等でも、この課題は同様に存在する。
近年、車両の安全運行要求が高まる中、衝突等を未然に回避する運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が開発されている。運転者補助システムは、車両進行方向の画像をカメラまたはミリ波レーダ等のセンサで取得し、車両運行上障害になると予想される障害物を認識した場合に、自動的にブレーキ等を操作することで、衝突等を未然に回避する。このような衝突防止機能は、夜間または悪天候時といえども、正常に機能することが求められる。
そこで、センサとして、従来のカメラ等の光学センサに加えて、ミリ波レーダを搭載し、双方の利点を生かした認識処理を行う、いわゆるフュージョン構成の運転者補助システムが普及しつつある。そのような運転者補助システムについては、後述する。
一方、ミリ波レーダそのものに求められる要求機能は、一層高まっている。車載用途のミリ波レーダでは、７６ＧＨｚ帯の電磁波が主に使用されている。そのアンテナの空中線電力（ａｎｔｅｎｎａ ｐｏｗｅｒ）は、各国の法律等により、一定以下に制限されている。例えば日本国では０．０１Ｗ以下に制限されている。このような制限の中で、車載用途のミリ波レーダには、例えばその検出距離は２００ｍ以上、アンテナのサイズは６０ｍｍ×６０ｍｍ以下、水平方向の検知角度は９０度以上、距離分解能は２０ｃｍ以下、１０ｍ以内の近距離での検出も可能であること等、の要求性能を満たすことが求められている。従来のミリ波レーダは、導波路としてマイクロストリップラインを用い、アンテナとしてパッチアンテナを用いていた（以下、これらを合わせて「パッチアンテナ」という）。しかしパッチアンテナでは、上記の性能を実現することは困難であった。
発明者は、本開示の技術を応用したスロットアレーアンテナを用いることで、上記性能を実現することに成功した。これにより、従来のパッチアンテナ等に比較して、小型、高効率、高性能なミリ波レーダを実現した。加えて、このミリ波レーダと、カメラ等の光学センサとを組み合わせることで、従来存在しなかった小型、高効率、高性能のフュージョン装置を実現した。以下、これについて詳述する。
図５５は、車両５００における、本開示の技術を応用したスロットアレーアンテナを有するレーダシステム５１０（以下、ミリ波レーダ５１０とも称する。）、および車載カメラシステム７００を備えるフュージョン装置に関する図である。この図を参照しながら、以下に、種々の実施形態について説明する。
［ミリ波レーダの車室内設置］
従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’は、車両のフロントノーズにあるグリル５１２の後方内側に配置される。アンテナから放射される電磁波は、グリル５１２の隙間を抜け、車両５００の前方に放射される。この場合、電磁波通過領域には、ガラス等の電磁波エネルギーを減衰させ、または反射する誘電層は存在しない。これにより、パッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’から放射された電磁波は、遠距離、例えば１５０ｍ以上、の物標にも届く。そしてこれに反射した電磁波をアンテナで受信することで、ミリ波レーダ５１０’は、物標を検出できる。しかしこの場合、アンテナが車両のグリル５１２の後方内側に配置されることで、車両が障害物に衝突した場合に、レーダが破損することがある。また雨天等の際に泥等がかぶることで、アンテナに汚れが付着し、電磁波の放射や受信を阻害することがある。
本開示の実施形態におけるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０では、従来と同様に、車両のフロントノーズにあるグリル５１２の後方に配置することができる（図示せず）。これにより、アンテナから放射される電磁波のエネルギーを１００％活用することができ、従来を超える遠距離、例えば２５０ｍ以上の距離にある物標の検出が可能となる。
さらに、本開示の実施形態によるミリ波レーダ５１０は、車両の車室内に配置することもできる。その場合、ミリ波レーダ５１０は、車両のフロントガラス５１１の内側で、且つリアビューミラー（図示せず）の鏡面とは反対側の面との間のスペースに配置される。一方、従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’は、車室内に置くことはできなかった。その理由は、主に次の２つである。第１の理由は、サイズが大きいため、フロントガラス５１１とリアビューミラーとの間のスペースに収まらないことである。第２の理由は、前方に放射された電磁波が、フロントガラス５１１により反射され、誘電損により減衰する為、求められる距離まで到達できないことである。その結果、従来のパッチアンテナによるミリ波レーダを車室内に置いた場合、例えば前方１００ｍに存在する物標までしか検出できなかった。他方、本開示の実施形態によるミリ波レーダは、フロントガラス５１１での反射または減衰があっても、２００ｍ以上の距離にある物標を検出できる。これは従来のパッチアンテナによるミリ波レーダを車室外に置いた場合と同等、あるいはそれ以上の性能である。
［ミリ波レーダとカメラ等の車室内配置によるフュージョン構成］
現在、多くの運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）で用いられている主たるセンサには、ＣＣＤカメラ等の光学的撮像装置が用いられている。そして通常、カメラ等は、外的環境等の悪影響を考慮して、フロントガラス５１１の内側の車室内に配置されている。その際、雨滴等の影響を最小にするために、カメラ等は、フロントガラス５１１の内側で且つワイパー（図示せず）が作動する領域に配置される。
近年、車両の自動ブレーキ等の性能向上要請から、どんな外的環境でも確実に作動する自動ブレーキ等が求められている。この場合、運転者補助システムのセンサをカメラ等の光学機器のみで構成した場合、夜間や悪天候時においては確実な作動が保証できないという課題があった。そこで、カメラ等の光学センサに加えて、ミリ波レーダも併用し、連携処理することで、夜間や悪天候時でも確実に動作する運転者補助システムが求められている。
前述したとおり、本スロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、小型化できたこと、および放射される電磁波の効率が従来のパッチアンテナに比較して著しく高まったことで、車室内に配置することが可能になった。この特性を活用し、図５５に示す通り、カメラ等の光学センサ（車載レーダシステム７００）のみならず、本スロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０も、共に車両５００のフロントガラス５１１の内側に配置することが可能になった。これにより以下の新たな効果が生じた。
（１）運転者補助システム（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）の車両５００への取付けが容易になった。従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’では、フロントノーズにあるグリル５１２の後方に、レーダを配置するスペースを確保する必要があった。このスペースは車両の構造設計に影響する部位を含むことから、レーダ装置のサイズが変化した場合、新たに構造設計をやり直す必要が生じる場合があった。しかしミリ波レーダを車室内に配置することで、そのような不都合は解消された。
（２）車両の外的環境である雨天や夜間等に影響されず、より信頼性の高い動作が確保できるようになった。特に図５６に示す通り、ミリ波レーダ（車載レーダシステム）５１０とカメラを車室内のほぼ同じ位置に置くことで、それぞれの視野・視線が一致し、後述する「照合処理」、即ちそれぞれが捉えた物標情報が同一物であることを認識する処理、が容易になる。他方、ミリ波レーダ５１０’を車室外のフロントノーズにあるグリル５１２の後方に置いた場合、そのレーダ視線Ｌは、車室内に置いた場合のレーダ視線Ｍと異なることから、カメラで取得された画像とのずれが大きくなる。
（３）ミリ波レーダ装置の信頼性が向上した。前述の通り、従来のパッチアンテナによるミリ波レーダ５１０’は、フロントノーズにあるグリル５１２の後方に配置されていることから、汚れが付着しやすく、また小さな接触事故等でも破損する場合があった。これらの理由により、清掃および機能確認が常時必要であった。また、後述する通り、事故等の影響でミリ波レーダの取付け位置または方向がずれた場合、カメラとの位置合わせを再度行う必要が生じていた。しかし、ミリ波レーダを車室内に配置することで、これらの確率は小さくなり、そのような不都合は解消された。
このようなフュージョン構成の運転者補助システムでは、カメラ等の光学センサと、本スロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０とは、相互に固定された一体の構成を有してもよい。その場合、カメラ等の光学センサの光軸と、ミリ波レーダのアンテナの方向とは、一定の位置関係を確保する必要がある。これについては後述する。またこの一体構成の運転者補助システムを、車両５００の車室内に固定する場合、カメラの光軸等が車両前方の所要の方向に向くように調整する必要がある。これについては、米国特許出願公開第２０１５／０２６４２３０号明細書、米国特許出願公開第２０１６／０２６４０６５号明細書、米国特許出願１５／２４８１４１、米国特許出願１５／２４８１４９、米国特許出願１５／２４８１５６が存在し、これらを援用する。また、これに関連するカメラを中心とした技術として、米国特許第７３５５５２４号明細書、および米国特許第７４２０１５９号明細書があり、これらの開示内容全体を本明細書に援用する。
また、カメラ等の光学センサとミリ波レーダとを車室内に配置することについては、米国特許第８６０４９６８号明細書、米国特許第８６１４６４０号明細書、および米国特許第７９７８１２２号明細書等が存在する。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。しかし、これらの特許の出願時点では、ミリ波レーダとしてはパッチアンテナを含む従来のアンテナしか知られておらず、従って、十分な距離の観測ができない状態であった。例えば、従来のミリ波レーダで観測可能な距離はせいぜい１００ｍ〜１５０ｍと考えられる。また、ミリ波レーダをフロントガラスの内側に配置した場合、レーダのサイズが大きいため、運転者の視野を遮り、安全運転に支障をきたす等の不都合が生じていた。これに対し、本開示の実施形態にかかるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、小型であること、および放射される電磁波の効率が従来のパッチアンテナに比較して著しく高まったことで、車室内に配置することが可能になった。これにより、２００ｍ以上の遠距離の観測が可能となるとともに、運転者の視野を遮ることもない。
［ミリ波レーダとカメラ等との取付け位置の調整］
フュージョン構成の処理（以下「フュージョン処理」ということがある）においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが、同じ座標系に対応付けられることが求められる。相互に位置および物標のサイズが異なった場合、双方の連携処理に支障をきたすからである。
これについては次の３つの観点で、調整する必要がある。
（１）カメラ等の光軸と、ミリ波レーダのアンテナの方向とが一定の固定関係にあること。
カメラ等の光軸とミリ波レーダのアンテナの方向とが相互に一致していることが求められる。あるいは、ミリ波レーダでは、２以上の送信アンテナと２以上の受信アンテナを持つ場合があり、それぞれのアンテナの方向が意図的に異なっている場合もある。従ってカメラ等の光軸と、これらのアンテナの向きとの間には、少なくとも一定の既知の関係があることを保証することが求められる。
前述の、カメラ等とミリ波レーダとが相互に固定された一体の構成を有する場合、カメラ等とミリ波レーダとの位置関係は固定されている。従ってこの一体構成の場合は、これらの要件は満たされている。他方、従来のパッチアンテナ等では、ミリ波レーダは、車両５００のグリル５１２の後方に配置される。この場合は、これらの位置関係は、通常次の（２）により調整される。
（２）カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とが、車両に取り付けられた場合の初期状態（例えば出荷時）において、一定の固定関係にあること。
カメラ等の光学センサ、およびミリ波レーダ５１０または５１０’の、車両５００における取付け位置は、最終的に、以下の手段で決定される。即ち、車両５００の前方の所定位置８００に、基準となるチャート、またはレーダによって観測させる物標（以下、それぞれ「基準チャート」、「基準物標」といい、両者をまとめて「基準対象物」ということがある）を正確に配置する。これをカメラ等の光学センサ、あるいはミリ波レーダ５１０によって観測する。観測された基準対象物の観測情報と、予め記憶された基準対象物の形状情報等とを比較し、現状のずれ情報を定量的に把握する。このずれ情報に基づき、以下の少なくとも一方の手段で、カメラ等の光学センサ、およびミリ波レーダ５１０または５１０’の取付け位置を調整または補正する。なお、同様の結果をもたらす、これ以外の手段を用いてもよい。
（ｉ）基準対象物がカメラとミリ波レーダの中央に来るように、カメラとミリ波レーダの取付け位置を調整する。この調整には、別途設けられた治具等を使用してもよい。
（ｉｉ）基準対象物に対するカメラとミリ波レーダの方位のずれ量を求め、カメラ画像の画像処理およびレーダ処理にて、それぞれの方位のずれ量を補正する。
注目すべき点は、カメラ等の光学センサと、本開示の実施形態にかかるスロットアレーアンテナを用いたミリ波レーダ５１０とが、相互に固定された一体の構成を有する場合は、カメラあるいはレーダの何れかについて、基準対象物とのずれを調整すれば、他方についてもずれ量が分かり、他方について再度基準対象物のずれを検査する必要がない点である。
即ち、車載カメラシステム７００について、基準チャートを所定位置７５０に置き、その撮像画像と、予め基準チャート画像がカメラの視野の何処に位置すべきかを示す情報と、を比較することで、ずれ量を検出する。これに基づき、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、カメラの調整を行う。次にカメラで求めたずれ量を、ミリ波レーダのずれ量に換算する。その後、レーダ情報について、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ずれ量を調整する。
あるいは、これをミリ波レーダ５１０に基づいて行ってもよい。即ち、ミリ波レーダ５１０について、基準物標を所定位置８００に置き、そのレーダ情報と、予め基準物標がミリ波レーダ５１０の視野の何処に位置すべきかを示す情報とを比較することで、ずれ量を検出する。これに基づき、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ミリ波レーダ５１０の調整を行う。次に、ミリ波レーダで求めたずれ量を、カメラのずれ量に換算する。その後、カメラで得られた画像情報について、上記（ｉ）、（ｉｉ）の少なくとも一方の手段により、ずれ量を調整する。
（３）カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とが、車両における初期状態以降においても、一定の関係が維持さていること。
通常、カメラ等による取得画像とミリ波レーダのレーダ情報とは、初期状態において固定され、車両事故等がない限り、その後変化することは少ないとされる。しかし、仮にこれらにずれが生じた場合は、以下の手段で調整することが可能である。
カメラは、その視野内に、例えば自車両の特徴部分５１３、５１４（特徴点）が入る状態で取り付けられている。この特徴点のカメラによる現実の撮像位置と、カメラが本来正確に取付けられている場合のこの特徴点の位置情報と、を比較し、そのずれ量を検出する。この検出されたずれ量に基づき、それ以降に撮像された画像の位置を補正することで、カメラの物理的な取付け位置のずれを補正することができる。この補正により、車両に求められる性能が十分発揮できる場合は、前記（２）の調整は不要となる。またこの調整手段を、車両５００の起動時や稼働中でも定期的に行うことで、新たにカメラ等のずれが生じた場合でも、ずれ量の補正が可能であり、安全な運行を実現できる。
ただしこの手段は、前記（２）で述べた手段に比較して、一般に、調整精度が落ちると考えられている。基準対象物をカメラで撮影して得られる画像に基づいて、調整を行う場合、基準対象物の方位が高精度で特定できるため、高い調整精度を容易に達成できる。しかし本手段では、基準対象物に代えて車体の一部の画像を調整に利用するため、方位の特性精度を高める事はやや難しい。そのため、調整精度も落ちることになる。但し事故や車室内でのカメラ等に大きな外力が加わった場合等が原因で、カメラ等の取付け位置が大きく狂った場合の補正手段としては有効である。
［ミリ波レーダとカメラ等とが検出した物標の対応付け：照合処理］
フュージョン処理においては、１つの物標に対して、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが「同一物標である」と認識されている必要がある。例えば車両５００の前方に、２つの障害物（第１の障害物と第２の障害物）、例えば２台の自転車、が出現した場合を考える。この２つの障害物は、カメラの画像として撮像されると同時に、ミリ波レーダのレーダ情報としても検出される。その際、第１の障害物について、カメラ画像とレーダ情報とは、相互に同一の物標であることが対応づけられている必要がある。同様に、第２の障害物について、そのカメラ画像とそのレーダ情報とは、相互に同一の物標であることが対応づけられている必要がある。仮に誤って、第１の障害物であるカメラ画像と、第２の障害物であるミリ波レーダのレーダ情報とが、同一物標であると誤認された場合、大きな事故に繋がる可能性が生じる。以下、本明細書においては、このようなカメラ画像上の物標とレーダ画像上の物標とが同一物標であるか否かを判断する処理を、「照合処理」と称することがある。
この照合処理については、以下に述べる種々の検出装置（または方法）がある。以下これらについて、具体的に説明する。なお以下の検出装置は、車両に設置され、少なくとも、ミリ波レーダ検出部と、ミリ波レーダ検出部が検出する方向と重複する方向に向けて配置されたカメラ等の画像検出部と、照合部とを備える。ここで、ミリ波レーダ検出部は、本開示のいずれかの実施形態におけるスロットアレーアンテナを有し、少なくとも、その視野におけるレーダ情報を取得する。画像取得部は、少なくとも、その視野における画像情報を取得する。照合部は、ミリ波レーダ検出部による検出結果と画像検出部による検出結果とを照合し、これら２つの検出部で同一の物標を検出しているか否かを判断する処理回路を含む。ここで画像検出部は、光学カメラ、ＬＩＤＡＲ、赤外線レーダ、超音波レーダの何れか１つ、または２つ以上が選択されて構成され得る。以下の検出装置は、照合部における検出処理が異なっている。
第１の検出装置における照合部は、次の２つの照合を行う。第１の照合は、ミリ波レーダ検出部によって検出された注目する物標に対して、その距離情報および横位置情報を得るのと並行して、画像検出部で検出された１または２以上の物標の中で、注目する物標に最も近い位置にある物標を照合し、それらの組合せを検出することを含む。第２の照合は、画像検出部によって検出された注目する物標に対して、その距離情報および横位置情報を得るのと並行して、ミリ波レーダ検出部によって検出された１または２以上の物標の中で、注目する物標に最も近い位置にある物標を照合し、それらの組合せを検出することを含む。さらにこの照合部は、ミリ波レーダ検出部によって検出されたこれらの各物標に対する組合せと、画像検出部によって検出されたこれらの各物標に対する組合せとにおいて一致する組合せがあるか否かを判定する。そして一致する組合せがある場合には、２つの検出部で同一の物体を検出していると判断する。これにより、ミリ波レーダ検出部と画像検出部とでそれぞれ検出された物標の照合を行う。
これに関連する技術は、米国特許第７３５８８８９号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。この公報において、画像検出部は、２つのカメラを有する、いわゆるステレオカメラを例示して、説明されている。しかしこの技術は、これに限定されるものではない。画像検出部が１つのカメラを有する場合でも、検出された物標に対して適宜画像認識処理等を行うことで、物標の距離情報と横位置情報とが得られればよい。同様に画像検出部としてレーザスキャナ等のレーザセンサを用いてもよい。
第２の検出装置における照合部は、所定時間毎に、ミリ波レーダ検出部による検出結果と画像検出部による検出結果とを照合する。照合部は、前回の照合結果で２つの検出部で同一の物標を検出していると判断した場合、その前回の照合結果を用いて照合を行う。具体的には、照合部は、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物標および画像検出部で今回検出された物標と、前回の照合結果において判断されている２つの検出部で検出された物標とを照合する。そして、照合部は、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物標との照合結果と、画像検出部で今回検出された物標との照合結果とに基づいて、２つの検出部で同一の物標を検出しているか否かを判断する。このように、この検出装置は、２つの検出部による検出結果を直接照合するのではなく、前回の照合結果を利用して２つの検出結果と時系列での照合を行う。このため、瞬間的な照合しか行わない場合に比べて検出精度が向上し、安定的な照合を行うことができる。特に、瞬間的に検出部の精度が低下したときでも、過去の照合結果を利用しているので、照合が可能である。また、この検出装置では、前回の照合結果を利用することにより、２つの検出部の照合を簡単に行うことができる。
また、この検出装置の照合部は、前回の照合結果を利用した今回の照合において、２つの検出部で同一の物体を検出していると判断した場合、その判断された物体を除いて、ミリ波レーダ検出部で今回検出された物体と、画像検出部で今回検出された物体とを照合する。そして、この照合部は、２つの検出部で今回検出された同一の物体があるか否かを判断する。このように、検出装置は、時系列での照合結果を考慮した上で、その一瞬一瞬で得られた２つの検出結果により瞬間的な照合を行う。そのため、検出装置は、今回の検出で検出した物体も確実に照合することができる。
これらに関連する技術は、米国特許第７４１７５８０号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。この公報においては、画像検出部は、２つのカメラを有する、いわゆるステレオカメラを例示して、説明されている。しかしこの技術は、これに限定されるものではない。画像検出部が１つのカメラを有する場合でも、検出された物標に対して適宜画像認識処理等を行うことで、物標の距離情報と横位置情報とが得られればよい。同様に、画像検出部としてレーザスキャナ等のレーザセンサを用いてもよい。
第３の検出装置における２つの検出部および照合部は、所定の時間間隔で物標の検出とこれらの照合を行い、これらの検出結果と照合結果とが時系列でメモリなどの記憶媒体に記憶される。そして照合部は、画像検出部によって検出された物標の画像上のサイズの変化率と、ミリ波レーダ検出部によって検出された自車両から物標までの距離およびその変化率（自車両との相対速度）とに基づいて、画像検出部によって検出された物標とミリ波レーダ検出部によって検出された物標とが同一物体であるかどうかを判断する。
照合部は、これらの物標が同一物体であると判断した場合には、画像検出部によって検出された物標の画像上の位置と、ミリ波レーダ検出部によって検出された自車から物標までの距離および／またはその変化率とに基づき、車両との衝突の可能性を予測する。
これらに関連する技術は、米国特許第６９０３６７７号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。
以上説明した通り、ミリ波レーダとカメラ等の画像撮像装置とのフュージョン処理においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダにて得られたレーダ情報とが、照合される。上述した本開示の実施形態によるアレーアンテナを用いたミリ波レーダは、高性能且つ小型に構成可能である。従って、上記照合処理を含むフュージョン処理全体について、高性能化と小型化等が達成できる。これにより、物標認識の精度が向上し、車両のより安全な運行制御が可能となる。
［他のフュージョン処理］
フュージョン処理においては、カメラ等で得られた画像とミリ波レーダ検出部にて得られたレーダ情報との照合処理に基づき、種々の機能が実現される。その代表的な機能を実現する処理装置の例を以下に説明する。
以下の処理装置は、車両に設置され、少なくとも、所定方向に電磁波を送受するミリ波レーダ検出部と、このミリ波レーダ検出部の視野と重複する視野を有する単眼カメラ等の画像取得部と、これらから情報を得て物標の検出等を行う処理部とを備える。ミリ波レーダ検出部は、その視野におけるレーダ情報を取得する。画像取得部は、その視野における画像情報を取得する。画像取得部には、光学カメラ、ＬＩＤＡＲ、赤外線レーダ、超音波レーダの何れか１つ、または２以上が選択されて使用され得る。処理部は、ミリ波レーダ検出部および画像取得部に接続された処理回路によって実現され得る。以下の処理装置は、この処理部における処理内容が異なっている。
第１の処理装置の処理部は、ミリ波レーダ検出部によって検出された物標と同一であると認識される物標を、画像取得部によって撮像された画像から抽出する。即ち、前述した検出装置による照合処理が行われる。そして、抽出された物標の画像の右側エッジおよび左側エッジの情報を取得し、取得された右側エッジおよび左側エッジの軌跡を近似する直線または所定の曲線である軌跡近似線を両エッジについて導出する。この軌跡近似線上に存在するエッジの数が多い方を物標の真のエッジとして選択する。そして真のエッジとして選択された方のエッジの位置に基づいて物標の横位置を導出する。これにより、物標の横位置の検出精度をより向上させることが可能である。
これらに関連する技術は、米国特許第８６１０６２０号明細書に記載されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。
第２の処理装置の処理部は、物標の有無の決定に際して、画像情報に基づいて、レーダ情報における物標の有無の決定に用いられる判断基準値を変更する。これにより、例えば車両運行の障害物となる物標画像がカメラ等にて確認できた場合、あるいは物標の存在が推定された場合等において、ミリ波レーダ検出部による物標検出の判断基準を最適に変更することで、より正確な物標情報を得ることができる。即ち、障害物の存在する可能性が高い場合には、判断基準を変更することより、確実にこの処理装置を作動させることが可能となる。他方、障害物の存在する可能性が低い場合に、この処理装置の不要な作動を防止できる。これにより、適切なシステムの作動が行える。
さらにこの場合、処理部は、レーダ情報に基づいて画像情報の検出領域を設定し、この領域内の画像情報に基づいて障害物の存在を推定することも可能である。これにより検出処理の効率化を図ることができる。
これらに関連する技術は、米国特許第７５７０１９８号明細書に記載されている。この文献の開示内容全体を本明細書に援用する。
第３の処理装置の処理部は、複数の異なる画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部により得られた画像およびレーダ情報に基づく画像信号を、少なくとも１台の表示装置に表示する複合表示を行う。この表示処理において、水平、垂直同期信号を複数の画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部で相互に同期させ、これらの装置からの画像信号に対して、１水平走査期間内もしくは１垂直走査期間内で所望の画像信号に選択的に切り替え可能とする。これにより、水平および垂直同期信号に基づき、選択された複数の画像信号の像を並べて表示可能とし、かつ、表示装置から所望の画像撮像装置およびミリ波レーダ検出部における制御動作を設定する制御信号を送出する。
複数台の異なる表示装置にそれぞれの画像等が表示された場合は、それぞれの画像間の比較が困難となる。また表示装置が第３の処理装置本体とは別個に配置される場合には装置に対する操作性がよくない。第３の処理装置は、このような欠点を克服する。
これらに関連する技術は、米国特許第６６２８２９９号明細書、および米国特許第７１６１５６１号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。
第４の処理装置の処理部は、車両の前方にある物標について、画像取得部およびミリ波レーダ検出部に指示し、その物標を含む画像およびレーダ情報を取得する。処理部は、その画像情報の内、その物標が含まれる領域を決定する。処理部は、さらに、この領域におけるレーダ情報を抽出し、車両から物標までの距離および車両と物標との相対速度を検出する。処理部は、これらの情報に基づいて、その物標が車両に衝突する可能性を判定する。これによりいち早く物標との衝突可能性を判定する。
これらに関連する技術は、米国特許第８０６８１３４号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。
第５の処理装置の処理部は、レーダ情報により、またはレーダ情報と画像情報とに基づくフュージョン処理により、車両前方の１または２以上の物標を認識する。この物標には、他の車両または歩行者等の移動体、道路上の白線によって示された走行レーン、路肩およびそこにある静止物（側溝および障害物等を含む）、信号機、横断歩道等が含まれる。処理部は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナを含み得る。ＧＰＳアンテナによって自車両の位置を検出し、その位置に基づき、道路地図情報を格納した記憶装置（地図情報データベース装置と称する）を検索し、地図上の現在位置を確認してもよい。この地図上の現在位置と、レーダ情報等によって認識された１または２以上の物標とを比較し、走行環境を認識することができる。これに基づき、処理部は、車両走行に障害となると推定される物標を抽出し、より安全な運行情報を見出し、必要に応じて表示装置に表示し、運転者に知らせてもよい。
これらに関連する技術は、米国特許第６１９１７０４号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。
第５の処理装置は、さらに、車両外部の地図情報データベース装置と通信するデータ通信装置（通信回路を有する）を有していてもよい。データ通信装置は、例えば毎週１回または月１回程度の周期で、地図情報データベース装置にアクセスし、最新の地図情報をダウンロードする。これにより、最新の地図情報を用いて、上記の処理を行うことができる。
第５の処理装置は、さらに、上記の車両運行時に取得した最新の地図情報と、レーダ情報等によって認識された１または２以上の物標に関する認識情報とを比較し、地図情報にはない物標情報（以下「地図更新情報」という）を抽出してもよい。そしてこの地図更新情報を、データ通信装置を介して地図情報データベース装置に送信してもよい。地図情報データベース装置は、この地図更新情報を、データベース内の地図情報に関連付けて記憶し、必要があれば現在の地図情報そのものを更新してもよい。更新に際しては、複数の車両から得られた地図更新情報を比較することで、更新の確実性を検証してもよい。
なお、この地図更新情報には、現在の地図情報データベース装置が有する地図情報より詳しい情報を含むことができる。例えば一般の地図情報では、道路の概形は把握できるが、例えば路肩部分の幅またはそこにある側溝の幅、新たに生じた凹凸または建造物の形状等の情報は含まれない。また、車道と歩道の高さ、または歩道に繋がるスロープの状況等の情報も含まれない。地図情報データベース装置は、別途設定された条件に基づき、これらの詳しい情報（以下「地図更新詳細情報」という）を、地図情報と関連付けて記憶しておくことができる。これらの地図更新詳細情報は、自車両を含む車両に、元の地図情報よりも詳しい情報を提供することで、車両の安全走行の用途に加えて、他の用途でも利用可能となる。ここで「自車両を含む車両」とは、例えば自動車でもよいし、二輪車、自転車、あるいは今後新たに出現する自動走行車両、例えば電動車椅子等であってもよい。地図更新詳細情報は、これらの車両が運行する際に利用される。
（ニューラルネットワークによる認識）
第１から第５の処理装置は、さらに、高度認識装置を備えていてもよい。高度認識装置は、車両の外部に設置されていてもよい。その場合、車両は、高度認識装置と通信する高速データ通信装置を備え得る。高度認識装置は、いわゆるディープラーニング等を含むニューラルネットワークにて構成されてもよい。このニューラルネットワークは、例えば、畳み込みニューラルネットワーク（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ、以下「ＣＮＮ」という）を含むことがある。ＣＮＮは、画像認識で成果を挙げているニューラルネットワークであり、その特徴の１つは、畳み込み層（Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｌａｙｅｒ）とプーリング層（Ｐｏｏｌｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）と呼ばれる２つの層の組を一または複数持つ点にある。
処理装置における畳み込み層に入力される情報として、少なくとも次の３種類の何れかがあり得る。
（１）ミリ波レーダ検出部で取得されたレーダ情報に基づき得られた情報
（２）レーダ情報に基づき、画像取得部で取得された特定画像情報に基づき得られた情報（３）レーダ情報と、画像取得部で取得された画像情報とに基づいて得られたフュージョン情報、またはこのフュージョン情報に基づき得られた情報
これらの何れかの情報、あるいはこれらの組み合わせられた情報に基づき、畳み込み層に対応する積和演算が行われる。その結果は、次段のプーリング層に入力され、予め設定されたルールに基づき、データの選択が行われる。そのルールとしては、例えば、画素値の最大値を選ぶ最大プーリング（ｍａｘ ｐｏｏｌｉｎｇ）では、畳み込み層の分割領域ごとに、その中の最大値を選択し、これがプーリング層における対応する位置の値とされる。
ＣＮＮで構成された高度認識装置は、このような畳み込み層とプーリング層を一組、あるいは複数組、直列につなぐ構成を有することがある。これにより、レーダ情報および画像情報に含まれた車両周辺の物標を正確に認識することができる。
これらに関連する技術は、米国特許第８８６１８４２号明細書、米国特許第９２８６５２４号明細書、および米国特許出願公開第２０１６／０１４０４２４号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。
第６の処理装置の処理部は、車両のヘッドランプ制御に関係する処理を行う。車両を夜間に走行させる際、運転者は、自車両の前方に他の車両または歩行者が存在するか否かを確認し、自車両のヘッドランプのビームを操作する。他の車両の運転者または歩行者が、自車両のヘッドランプで幻惑されることを防ぐためである。この第６の処理装置は、レーダ情報、またはレーダ情報とカメラ等による画像との組み合わせを用いて、自車両のヘッドランプを自動で制御する。
処理部は、レーダ情報により、またはレーダ情報と画像情報とに基づくフュージョン処理により、車両前方の車両あるいは歩行者に該当する物標を検出する。この場合、車両前方の車両には、前方の先行車両、対向車線の車両、２輪車等が含まれる。処理部は、これらの物標を検出した場合、ヘッドランプのビームを下げる指令を出す。この指令を受けた車両内部の制御部（制御回路）は、ヘッドランプを操作し、そのビームを下げる。
これらに関連する技術は、米国特許第６４０３９４２号明細書、米国特許第６６１１６１０号明細書、米国特許第８５４３２７７号明細書、米国特許第８５９３５２１号明細書、および米国特許第８６３６３９３号明細書に記載されている。これらの開示内容全体を本明細書に援用する。
以上説明したミリ波レーダ検出部による処理、およびミリ波レーダ検出部とカメラ等の画像撮像装置とのフュージョン処理においては、ミリ波レーダを高性能且つ小型に構成可能であることから、レーダ処理、またはフュージョン処理全体の高性能化と小型化等が達成できる。これにより、物標認識の精度が向上し、車両のより安全な運行制御が可能となる。
＜応用例２：各種監視システム（自然物、建造物、道路、見守り、セキュリティ）＞
本開示の実施形態によるアレーアンテナを備えるミリ波レーダ（レーダーシステム）は、自然物、気象、建造物、セキュリティ、介護等における監視の分野でも、広く活用することができる。これに関係する監視システムでは、ミリ波レーダを含む監視装置は、例えば固定した位置に設置され、監視対象を常時監視する。その際、ミリ波レーダは、監視対象における検知分解能を最適値に調整し、設定される。
本開示の実施形態によるアレーアンテナを備えるミリ波レーダは、例えば１００ＧＨｚを超える高周波電磁波による検出が可能である。また、レーダ認識に用いられる方式、例えばＦＭＣＷ方式等における変調帯域については、当該ミリ波レーダは、現在４ＧＨｚを超える広帯域を実現している。即ち前述した超広帯域（ＵＷＢ：Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ）に対応している。この変調帯域は、距離分解能に関係する。即ち従来のパッチアンテナにおける変調帯域は６００ＭＨｚ程度までであったことから、その距離分解能は２５ｃｍであった。これに対し、本アレーアンテナに関係するミリ波レーダでは、その距離分解能が３．７５ｃｍとなる。これは、従来のＬＩＤＡＲの距離分解能にも匹敵する性能を実現できることを示している。一方、ＬＩＤＡＲ等の光学式センサは、前述したとおり、夜間または悪天候時には物標を検出できない。これに対してミリ波レーダでは、昼夜、天候にかかわらず、常時検出が可能である。これにより従来のパッチアンテナを利用したミリ波レーダでは適用できなかった多様な用途で、本アレーアンテナに関係するミリ波レーダを利用することが可能になった。
図５７は、ミリ波レーダによる監視システム１５００の構成例を示す図である。ミリ波レーダによる監視システム１５００は、少なくとも、センサ部１０１０と本体部１１００とを備える。センサ部１０１０は、少なくとも、監視対象１０１５に照準を合わせたアンテナ１０１１と、送受される電磁波に基づいて物標を検出するミリ波レーダ検出部１０１２と、検出されたレーダ情報を送信する通信部（通信回路）１０１３とを備える。本体部１１００は、少なくとも、レーダ情報を受信する通信部（通信回路）１１０３と、受信したレーダ情報に基づいて所定の処理を行う処理部（処理回路）１１０１と、過去のレーダ情報および所定の処理に必要な他の情報等を蓄積するデータ蓄積部（記録媒体）１１０２とを備える。センサ部１０１０と本体部１１００との間には、通信回線１３００があり、これを介して両者間での情報およびコマンドの送信および受信が行われる。ここで通信回線とは、例えば、インターネット等の汎用の通信ネットワーク、携帯通信ネットワーク、専用の通信回線等の何れかを含み得る。なお、本監視システム１５００は、通信回線を介することなく、センサ部１０１０と本体部１１００とが直接接続される構成でもよい。センサ部１０１０には、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサを併設することもできる。これにより、レーダ情報とカメラ等による画像情報とのフュージョン処理による物標認識を行うことで、監視対象１０１５等のより高度な検出が可能になる。
以下これらの応用事例を実現する監視システムの例を、具体的に説明する。
［自然物監視システム］
第１の監視システムは、自然物を対象に監視するシステム（以下「自然物監視システム」という）である。図５７を参照して、この自然物監視システムについて説明する。この自然物監視システム１５００における監視対象１０１５は、例えば河川、海面、山岳、火山、地表等であり得る。例えば河川が監視対象１０１５である場合、定位置に固定されたセンサ部１０１０が、河川１０１５の水面を常時監視する。その水面情報は、常時、本体部１１００における処理部１１０１に送信される。そして水面が一定以上の高さになった場合、処理部１１０１は、本監視システムとは別に設けられた、例えば気象観測監視システム等の他のシステム１２００に、通信回線１３００を介してその旨を知らせる。あるいは、処理部１１０１は、河川１０１５に設けられた水門等（図示せず）を自動的に閉鎖するための指示情報を、水門を管理するシステム（図示せず）に送付する。
この自然物監視システム１５００は、１つの本体部１１００で、複数のセンサ部１０１０、１０２０等を監視することができる。この複数のセンサ部が、一定の地域に分散して配置された場合、その地域における河川の水位状況を同時に把握できる。これにより、この地域における降雨が、河川の水位にどの様に影響し、洪水等の災害に繋がる可能性があるか否かを評価することも可能になる。これに関する情報は、通信回線１３００を介して、気象観測監視システム等の他のシステム１２００に知らせることができる。これにより、気象観測監視システム等の他のシステム１２００は、より広域の気象観測または災害予想に、通知された情報を活用することができる。
この自然物監視システム１５００は、河川以外の他の自然物にも同様に適用できる。例えば津波または高潮を監視する監視システムにおいては、その監視対象は、海面水位である。また海面水位の上昇に対応して、防潮堤の水門を自動的に開閉することも可能である。あるいは、降雨または地震等による山崩れを監視する監視システムでは、その監視対象は、山岳部の地表等である。
［交通路監視システム］
第２の監視システムは、交通路を監視するシステム（以下「交通路監視システム」という）である。この交通路監視システムにおける監視対象は、例えば、鉄道の踏切、特定の線路、空港の滑走路、道路の交差点、特定の道路、または駐車場等であり得る。
例えば監視対象が鉄道の踏切である場合、踏切内部を監視できる位置にセンサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０は、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象における物標を検出できる。センサ部１０１０によって得られた物標情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。本体部１１００は、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば電車の運行情報等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等を行う。ここで、必要な制御指示とは、例えば、踏切閉鎖時に踏切内部に人または車両等が確認された場合に、電車を停止させる等の指示をいう。
また、例えば監視対象を空港の滑走路とした場合は、滑走路上を所定の分解能、例えば滑走路上の５ｃｍ角以上の異物が検出できる分解能を実現できる様に、複数のセンサ部１０１０、１０２０等が、滑走路に沿って配置される。監視システム１５００は、滑走路上を昼夜、天候を問わず常時監視する。この機能は、ＵＷＢ対応が可能な本開示の実施形態におけるミリ波レーダを用いるからこそ実現できる機能である。また、本ミリ波レーダ装置は、小型、高解像、低コストで実現できるので、滑走路全面を隈なくカバーする場合にも、現実的な対応が可能である。この場合、本体部１１００は、複数のセンサ部１０１０、１０２０等を統合管理する。本体部１１００は、滑走路上に異物を確認した場合、空港管制システム（図示せず）に、異物の位置と大きさに関する情報を送信する。これを受けた空港管制システムは、その滑走路での離着陸を一時的に禁止する。その間、本体部１１００は、例えば別途設けられた滑走路上を自動的に清掃する車両等に対して、異物の位置と大きさに関する情報を送信する。これを受けた清掃車両は、自力で異物がある位置に移動し、その異物を自動的に除去する。清掃車両は、異物の除去が完了すると、本体部１１００にその旨の情報を送信する。そして本体部１１００は、その異物を検出したセンサ部１０１０等が「異物がない」ことを再度確認し、安全であることを確認した後、空港管制システムにその旨を伝える。これを受けた空港管制システムは、該当する滑走路の離着陸禁止を解除する。
さらに、例えば監視対象を駐車場とした場合、駐車場のどの位置が空いているのかを、自動的に認識することができる。これに関連する技術は、米国特許第６９４３７２６号明細書に記載されている。その開示内容全体を、本明細書に援用する。
［セキュリティ監視システム］
第３の監視システムは、私有敷地内または家屋への不法侵入者を監視するシステム（以下「セキュリティ監視システム」という）である。このセキュリティ監視システムでの監視対象は、例えば、私有敷地内または家屋内等の特定領域である。
例えば、監視対象を私有敷地内とした場合、これを監視できる１または２以上の位置にセンサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０として、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象における物標を検出できる。センサ部１０１０で得られた物標情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。本体部１１００において、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば侵入対象が人であるか犬または鳥等の動物であるかを正確に認識するために必要となる参照データ等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等が行われる。ここで、必要な制御指示とは、例えば、敷地内に設置された警報を鳴らすとか、照明を点ける等の指示に加えて、携帯通信回線等を通じて敷地の管理者に直接通報する等の指示を含む。本体部１１００における処理部１１０１は、検出された物標を、内蔵した、ディープラーニング等の手法を採用した高度認識装置に認識させてもよい。あるいは、この高度認識装置は、外部に配置されていてもよい。その場合、高度認識装置は、通信回線１３００によって接続され得る。
これに関連する技術は、米国特許第７４２５９８３号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。
このようなセキュリティ監視システムの他の実施形態として、空港の搭乗口、駅の改札口、建物の入り口等に設置される人監視システムにも応用することができる。この人監視システムでの監視対象は、例えば、空港の搭乗口、駅の改札口、建物の入り口等である。
例えば監視対象が空港の搭乗口である場合、センサ部１０１０は、例えば搭乗口の持ち物検査装置に設置され得る。この場合、その検査方法には次の２通りの方法がある。１つは、ミリ波レーダが、自らが送信した電磁波が監視対象である搭乗者で反射して戻ってきた電磁波を受信することで、搭乗者の持ち物等を検査する方法である。もう１つは、搭乗者自らの人体から放射される微弱なミリ波をアンテナで受けることで、搭乗者が隠し持つ異物を検査する方法である。後者の方法では、ミリ波レーダには、受信するミリ波をスキャンする機能を持つことが望ましい。このスキャン機能は、デジタルビームフォーミングを利用することによって実現してもよいし、機械的なスキャン動作によって実現してもよい。なお、本体部１１００の処理については、前述した例と同様の通信処理および認識処理を用いることもできる。
［建造物検査システム（非破壊検査）］
第４の監視システムは、道路もしくは鉄道の高架橋または建造物等のコンクリートの内部、または道路もしくは地面の内部等の監視または検査を行うシステム（以下「建造物検査システム」という）である。この建造物検査システムでの監視対象は、例えば、高架橋もしくは建造物等のコンクリートの内部、または道路もしくは地面の内部等である。
例えば、監視対象がコンクリート建造物の内部である場合、センサ部１０１０は、コンクリート建造物の表面に沿ってアンテナ１０１１を走査させることができる構造を有する。ここで「走査」は、手動で実現してもよいし、走査用の固定レールを別途設置し、このレール上をモータ等の駆動力を用いて移動させることで実現してもよい。また、監視対象が道路または地面の場合は、アンテナ１０１１を車両等に下向きに設置し、車両を一定速度で走行させることによって「走査」を実現してもよい。センサ部１０１０で使用される電磁波は、例えば１００ＧＨｚを超える、いわゆるテラヘルツ領域のミリ波を用いてもよい。前述したとおり、本開示の実施形態におけるアレーアンテナによれば、例えば１００ＧＨｚを超える電磁波にも、従来のパッチアンテナ等に比較して、より少ない損失のアンテナを構成できる。より高周波の電磁波は、コンクリート等の検査対象物に、より深く浸透することができ、より正確な非破壊検査を実現できる。なお、本体部１１００の処理については、前述した他の監視システム等と同様の通信処理や認識処理も用いることができる。
これに関連する技術は、米国特許第６６６１３６７号明細書に記載されている。その開示内容全体を本明細書に援用する。
［人監視システム］
第５の監視システムは、介護対象者を見守るシステム（以下「人見守りシステム」という）である。この人見守りシステムでの監視対象は、例えば、介護者または病院の患者等である。
例えば監視対象を介護施設の室内における介護者とした場合、この室内に、室内全体を監視できる１または２以上の位置に、センサ部１０１０が配置される。この場合、センサ部１０１０には、ミリ波レーダに加えて、カメラ等の光学センサも併設してよい。この場合には、レーダ情報と画像情報とのフュージョン処理により、より多角的に監視対象を監視できる。他方、監視対象を人とした場合、プライバシー保護の観点から、カメラ等での監視は適当でない場合がある。この点を考慮して、センサを選択する必要がある。なお、ミリ波レーダでの物標検出では、監視対象の人を、画像ではなくその影ともいえる信号によって取得することができる。従って、ミリ波レーダは、プライバシー保護の観点から、望ましいセンサと言える。
センサ部１０１０で得られた介護者の情報は、通信回線１３００を介して、本体部１１００に送られる。センサ部１０１０は、より高度な認識処理、制御で必要となる他の情報（例えば介護者の物標情報を正確に認識するために必要となる参照データ等）の収集、およびこれらに基づく必要な制御指示等、を行う。ここで、必要な制御指示とは、例えば、検出結果に基づき、管理者に直接通報する等の指示を含む。また、本体部１１００の処理部１１０１は、検出された物標を、内蔵した、ディープラーニング等の手法を採用した高度認識装置に認識させてもよい。この高度認識装置は、外部に配置されてもよい。その場合、高度認識装置は、通信回線１３００によって接続され得る。
ミリ波レーダで人を監視対象とする場合、少なくとも次の２つの機能を追加することができる。
第１の機能は、心拍数・呼吸数の監視機能である。ミリ波レーダでは、電磁波は衣服を透過して、人体の皮膚表面の位置および動きを検出できる。処理部１１０１は、まず監視対象となる人とその外形を検出する。次に、例えば心拍数を検知する場合は、心拍の動きが検出しやすい体表面の位置を特定し、そこの動きを時系列化して検出する。これにより、例えば１分間の心拍数を検出することができる。呼吸数を検知する場合も同様である。この機能を用いることで、介護者の健康状態を常時確認することができ、より質の高い介護者への見守りが可能である。
第２の機能は、転倒検出機能である。老人等の介護者は、足腰が弱っていることに起因して、転倒することがある。人が転倒する場合、人体の特定部位、例えば頭部等、の速度、または加速度が一定以上になる。ミリ波レーダで人を監視対象とする場合、常時、対象物標の相対速度または加速度を検出することができる。従って、例えば監視対象として頭部を特定し、その相対速度または加速度を時系列的に検知することで、一定値以上の速度を検出した場合、転倒したと認識することができる。処理部１１０１は、転倒を認識した場合、例えば的確な介護支援に対応する指示等を発行することができる。
なお、以上説明した監視システム等では、センサ部１０１０が一定の位置に固定されていた。しかしセンサ部１０１０を、例えばロボット、車両、ドローン等の飛行体等の移動体に設置することも可能である。ここで車両等には、例えば自動車のみならず、電動車椅子等の小型移動体も含まれる。この場合、この移動体は、自己の現在位置を常に確認するためにＧＰＳユニットを内蔵してもよい。加えてこの移動体は、地図情報および前述の第５の処理装置について説明した地図更新情報を用いて、自らの現在位置の正確性をさらに向上させる機能を有していてもよい。
さらに、以上説明した、第１から第３の検出装置、第１から第６の処理装置、第１から第５の監視システム等と類似する装置またはシステムにおいて、これらと同様の構成を利用することで、本開示の実施形態におけるアレーアンテナまたはミリ波レーダを用いることができる。
＜応用例３：通信システム＞
［通信システムの第１の例］
本開示における導波路装置およびアンテナ装置（アレーアンテナ）は、通信システム（ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を構成する送信機（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）および／または受信機（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）に用いることができる。本開示における導波路装置およびアンテナ装置は、積層された導電部材を用いて構成されるため、中空導波管を用いる場合に比して、送信機および／または受信機のサイズを小さく抑えることができる。また、誘電体を必要としないため、マイクロストリップ線路を用いる場合に比して、電磁波の誘電損失を小さく抑えることができる。よって、小型で高効率の送信機および／または受信機を備える通信システムを構築することができる。
そのような通信システムは、アナログ信号に直接変調をかけて送受信する、アナログ式通信システムであり得る。しかし、デジタル式通信システムであれば、より柔軟で性能の高い通信システムを構築することが可能である。
以下、図５８を参照しながら、本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置を用いた、デジタル式通信システム８００Ａを説明する。
図５８は、デジタル式通信システム８００Ａの構成を示すブロック図である。通信システム８００Ａは、送信機８１０Ａと受信機８２０Ａとを備えている。送信機８１０Ａは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８１２と、符号化器８１３と、変調器８１４と、送信アンテナ８１５とを備えている。受信機８２０Ａは、受信アンテナ８２５と、復調器８２４と、復号化器８２３と、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８２２とを備えている。送信アンテナ８１５および受信アンテナ８２５の少なくとも一方は、本開示の実施形態におけるアレーアンテナによって実現され得る。本応用例において、送信アンテナ８１５に接続される変調器８１４、符号化器８１３、およびＡ／Ｄコンバータ８１２などを含む回路を、送信回路と称する。受信アンテナ８２５に接続される復調器８２４、復号化器８２３、およびＤ／Ａコンバータ８２２などを含む回路を、受信回路と称する。送信回路と受信回路とを合わせて、通信回路と称することもある。
送信機８１０Ａは、信号源８１１から受け取ったアナログ信号を、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ８１２によってデジタル信号に変換する。次に、デジタル信号は、符号化器８１３によって符号化される。ここで、符号化とは、送信すべきデジタル信号を操作し、通信に適した形態に変換することを指す。そのような符号化の例としては、ＣＤＭ（Ｃｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等がある。また、ＴＤＭ（Ｔｉｍｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）またはＦＤＭ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、またはＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を行うための変換も、この符号化の一例である。符号化された信号は、変調器８１４によって高周波信号に変換され、送信アンテナ８１５から送信される。
なお、通信の分野では、搬送波に重畳される信号を表す波を「信号波」と称することがあるが、本明細書における「信号波」の用語は、そのような意味では用いられていない。本明細書における「信号波」とは、導波路を伝搬する電磁波、およびアンテナ素子を用いて送受信される電磁波を広く意味する。
受信機８２０Ａは、受信アンテナ８２５で受信した高周波信号を、復調器８２４によって低周波の信号に戻し、復号化器８２３によってデジタル信号に戻す。復号されたデジタル信号は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ８２２でアナログ信号に戻され、データシンク（データ受信装置）８２１に送られる。以上の処理により、一連の送信と受信のプロセスが完了する。
通信する主体がコンピュータのようなデジタル機器である場合は、上記の処理において、送信信号のアナログ／デジタル変換、および受信信号のデジタル／アナログ変換は不要である。したがって、図５８におけるアナログ／デジタルコンバータ８１２およびデジタル／アナログコンバータ８２２は省略可能である。このような構成のシステムも、デジタル式通信システムに含まれる。
デジタル式通信システムにおいては、信号強度の確保、または通信容量の拡大のために、様々な方法が用いられる。そのような方法の多くは、ミリ波帯またはテラヘルツ帯の電波を用いる通信システムにおいても有効である。
ミリ波帯またはテラヘルツ帯における電波は、より低い周波数の電波に比して直進性が高く、障害物の陰の側に回り込む回折は小さい。このため、受信機が、送信機から送信された電波を直接に受信できないことも少なくない。そのような状況でも、反射波を受信できることは多いが、反射波の電波信号の質は直接波よりも劣ることが多いため、安定した受信はより難しくなる。また、複数の反射波が異なる経路を通って到来することもある。
その場合、経路長の異なる受信波は互いに位相が異なり、マルチパス・フェージング（Ｍｕｌｔｉ−Ｐａｔｈ Ｆａｄｉｎｇ）を引き起こす。
このような状況を改善するための技術として、アンテナダイバーシティ（Ａｎｔｅｎｎａ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）と呼ばれる技術を利用することができる。この技術においては、送信機および受信機の少なくとも一方は、複数のアンテナを備える。それらの複数のアンテナ間の距離が、波長程度以上異なれば、受信波の状態は異なってくる。そこで、最も品質のよい送受信が行えるアンテナが選択して用いられる。こうすることで通信の信頼性を高めることができる。また、複数のアンテナから得られる信号を合成して信号の品質の改善を図ってもよい。
図５８に示される通信システム８００Ａにおいて、例えば受信機８２０Ａは受信アンテナ８２５を複数個備えていてもよい。この場合、複数の受信アンテナ８２５と復調器８２４との間には、切り替え器が介在する。受信機８２０Ａは、切り替え器によって、複数の受信アンテナ８２５の中から最も品質のよい信号が得られるアンテナと復調器８２４とを接続する。なお、この例において、送信機８１０Ａが送信アンテナ８１５を複数個備えていてもよい。
［通信システムの第２の例］
図５９は、電波の放射パターンを変化させることのできる送信機８１０Ｂを含む通信システム８００Ｂの例を示すブロック図である。この応用例において、受信機は図５８に示す受信機８２０Ａと同一である。このため、図５９には受信機は図示されていない。送信機８１０Ｂは、送信機８１０Ａの構成に加えて、複数個のアンテナ素子８１５１を含むアンテナアレイ８１５ｂを有する。アンテナアレイ８１５ｂは、本開示の実施形態におけるアレーアンテナであり得る。送信機８１０Ｂはさらに、複数のアンテナ素子８１５１と変調器８１４との間にそれぞれ接続された複数の移相器（ＰＳ）８１６を有する。この送信機８１０Ｂにおいて、変調器８１４の出力は、複数の移相器８１６に送られ、そこで位相差を付与されて、複数のアンテナ素子８１５１に導かれる。複数のアンテナ素子８１５１が等間隔に配置されている場合において、各アンテナ素子８１５１に、隣り合うアンテナ素子に対して一定量だけ異なる位相の高周波信号が供給される場合、その位相差に応じてアンテナアレイ８１５ｂの主ローブ８１７は正面から傾いた方位を向く。この方法はビームフォーミング（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）と呼ばれることがある。
各移相器８１６が付与する位相差を様々に異ならせて主ローブ８１７の方位を変化させることができる。この方法はビームステアリング（Ｂｅａｍ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と呼ばれることがある。送受信の状態が最も良くなる位相差を見つけることにより、通信の信頼性を高めることができる。なお、ここでは移相器８１６が付与する位相差が、隣り合うアンテナ素子８１５１の間では一定である例を説明したが、そのような例に限られない。また、直接波だけではなく、反射波が受信機に届く方位に電波が放射されるように、位相差が付与されてもよい。
送信機８１０Ｂでは、ヌルステアリング（Ｎｕｌｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と呼ばれる方法も利用できる。これは、位相差を調節することで、特定の方向に電波が放射されない状態を作る方法を指す。ヌルステアリングを行うことにより、電波を送信したくない他の受信機に向けて放射される電波を抑制することができる。これにより、混信を回避することができる。ミリ波またはテラヘルツ波を用いたデジタル通信は、非常に広い周波数帯域を利用できるが、それでも、可能な限り効率的に帯域を利用することが好ましい。ヌルステアリングを利用すれば、同一の帯域で複数の送受信が行えるため、帯域の利用効率を高めることができる。ビームフォーミング、ビームステアリング、およびヌルステアリング等の技術を用いて帯域の利用効率を高める方法は、ＳＤＭＡ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）と呼ばれることもある。
［通信システムの第３の例］
特定の周波数帯域における通信容量を増やす為に、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれる方法を適用することもできる。ＭＩＭＯにおいては、複数の送信アンテナおよび複数の受信アンテナが使用される。複数の送信アンテナの各々から電波が放射される。ある一例において、放射される電波には、それぞれ異なる信号を重畳させることができる。複数の受信アンテナの各々は、送信された複数の電波を何れも受信する。しかし、異なる受信アンテナは、異なる経路を通って到達する電波を受信するため、受信する電波の位相に差異が生じる。この差異を利用することにより、複数の電波に含まれていた複数の信号を受信機の側で分離することが可能である。
本開示に係る導波路装置およびアンテナ装置は、ＭＩＭＯを利用する通信システムにおいても用いることができる。以下、そのような通信システムの例を説明する。
図６０は、ＭＩＭＯ機能を実装した通信システム８００Ｃの例を示すブロック図である。この通信システム８００Ｃにおいて、送信機８３０は、符号化器８３２と、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３と、２つの送信アンテナ８３５１、８３５２とを備える。受信機８４０は、２つの受信アンテナ８４５１、８４５２と、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３と、復号化器８４２とを備える。なお、送信アンテナおよび受信アンテナのそれぞれの個数は、２つより多くてもよい。ここでは、説明を簡単にするため、各アンテナが２つの例を取り上げる。一般には、送信アンテナと受信アンテナの内の少ない方の個数に比例して、ＭＩＭＯ通信システムの通信容量は増大する。
データ信号源８３１から信号を受け取った送信機８３０は、符号化器８３２によって信号を送信のために符号化する。符号化された信号は、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３によって、２つの送信アンテナ８３５１、８３５２に分配される。
ＭＩＭＯ方式のある一例における処理方法においては、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８３３は、符号化された信号の列を、送信アンテナ８３５２の数と同じ数である２つに分割し、並列に送信アンテナ８３５１、８３５２に送る。送信アンテナ８３５１、８３５２は、分割された複数の信号列の情報を含む電波をそれぞれ放射する。送信アンテナがＮ個である場合は、信号列はＮ個に分割される。放射された電波は、２つの受信アンテナ８４５１、８４５２の両方で同時に受信される。すなわち、受信アンテナ８４５１、８４５２の各々で受信された電波には、送信時に分割された２つの信号が混ざって含まれている。この混ざった信号の分離は、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３によって行われる。
混ざった２つの信号は、例えば電波の位相差に着目すれば分離することができる。送信アンテナ８３５１から到達した電波を受信アンテナ８４５１、８４５２が受信した場合の２つの電波の位相差と、送信アンテナ８３５２から到達した電波を受信アンテナ８４５１、８４５２が受信した場合の２つの電波の位相差と異なる。すなわち、送受信の経路によって、受信アンテナ間での位相差は異なる。また、送信アンテナと受信アンテナの空間的な配置関係が変化しなければ、それらの位相差は不変である。そこで、２つの受信アンテナで受信された受信信号を、送受信経路によって定まる位相差だけずらして相関をとることにより、その送受信経路を通って受信された信号を抽出することができる。ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ８４３は、例えばこの方法により、受信信号から２つの信号列を分離し、分割される前の信号列を回復する。回復された信号列は、まだ符号化された状態にあるので、復号化器８４２に送られて、そこで元の信号に復元される。復元された信号は、データシンク８４１に送られる。
この例におけるＭＩＭＯ通信システム８００Ｃは、デジタル信号を送受信するが、アナログ信号を送受信するＭＩＭＯ通信システムも実現可能である。その場合は、図６０の構成に、図５８を参照して説明した、アナログ／デジタルコンバータと、デジタル／アナログコンバータとが追加される。なお、異なる送信アンテナからの信号を見分けるために利用される情報は、位相差の情報に限られない。一般に、送信アンテナと受信アンテナとの組合せが異なると、受信された電波は、位相以外にも、散乱またはフェージング等の状況が異なり得る。これらは総称してＣＳＩ（Ｃｈａｎｎｅｌ Ｓｔａｔｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ） と呼ばれる。ＣＳＩは、ＭＩＭＯを利用するシステムにおいて、異なる送受信経路を見分けるために利用される。
なお、複数の送信アンテナが、各々独立の信号を含んだ送信波を放射することは、必須の条件ではない。受信アンテナの側で分離できるのであれば、複数の信号を含んだ電波を、各送信アンテナが放射する構成でもよい。また、送信アンテナの側でビームフォーミングを行って、各送信アンテナからの電波の合成波として、単一の信号を含んだ送信波が受信アンテナの側で形成されるように構成することも可能である。この場合も、各送信アンテナは、複数の信号を含む電波を放射する構成となる。
この第３の例においても、第１および第２の例と同様、信号の符号化の方法として、ＣＤＭ、ＦＤＭ、ＴＤＭ、ＯＦＤＭ等の種々の方法を用いることができる。
通信システムにおいて、信号を処理するための集積回路（信号処理回路または通信回路と称する）を搭載する回路基板は、本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置に積層して配置することができる。本開示の実施形態における導波路装置およびアンテナ装置は、板形状の導電部材が積層された構造を持つため、回路基板をそれらの上に積み重ねる配置にすることは容易である。このような配置にすることで、中空導波管などを用いた場合に比して、容積が小さい送信機および受信機を実現できる。
以上で説明した、通信システムの第１から第３の例において、送信機または受信機の構成要素である、アナログ／デジタルコンバータ、デジタル／アナログコンバータ、符号化器、復号化器、変調器、復調器、ＴＸ−ＭＩＭＯプロセッサ、ＲＸ−ＭＩＭＯプロセッサ等は、図５８、５９、６０においては独立した１つの要素として表されているが、必ずしも独立している必要はない。例えば、これらの要素の全てを、１つの集積回路で実現してもよい。あるいは、一部の要素のみを纏めて、１つの集積回路で実現してもよい。いずれの場合も、本開示で説明した機能を実現している限り、本発明を実施しているといえる。
以上のように、本開示は、以下の項目に記載のスロットアレーアンテナ、アンテナ装置、レーダ、レーダシステム、および通信システムを含む。
［項目１］
送信機または受信機に接続されて用いられるスロットアレーアンテナであって、
第１導電性表面を有する第１導電部材と、
前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、
を備え、
前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有し、
前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含み、
前記導波面は、前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
前記導波部材は、前記導波面の法線方向から見た場合に、前記転向部から離れる方向に前記２つのスロットの内の少なくとも一方を超えて延びる延長部を含み、
前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上であり、
前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さく、
前記送信機または前記受信機は、前記延長部側において前記導波面と結合する、
スロットアレーアンテナ。
［項目２］
前記導波面は、直線状に延びる２つの線状部分を含み、前記２つの線状部分は、前記転向部を介して繋がり、
前記２つのスロットは、前記２つの線状部分にそれぞれ結合する、
項目１に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３］
前記転向部における転向角度は、３０度以上１２０度以下である、項目２に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目４］
前記少なくとも１つの転向部は、２つの転向部を含み、
前記導波面は、直線状に延びる２つの線状部分を含み、前記２つの線状部分は、前記２つの転向部を介して繋がり、
前記２つのスロットは、前記２つの線状部分にそれぞれ結合する、
項目１に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目５］
前記２つの線状部分は、平行である、項目４に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目６］
前記少なくとも１つの転向部は、複数の転向部を含み、
前記導波面は、１つの直線上に延びる２つの線状部分を含み、
前記２つの線状部分は、前記複数の転向部を介して繋がり、
前記２つのスロットは、前記２つの線状部分に結合する、
項目１に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目７］
前記少なくとも１つの転向部は、曲線形状を有する転向部を含む、項目１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目８］
前記導波部材は、前記転向部の少なくとも１つにおいて、前記導波部材の外側の縁に面取りを有する、項目１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目９］
前記転向部の少なくとも１つは、前記導波面と前記第１導電性表面との間の間隔が局部的に拡大する間隙拡大部を伴う、項目１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１０］
前記２つのスロットは、前記２つの線状部分の中央に、それぞれ結合する、項目２から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１１］
前記２つのスロットの少なくとも一方は、前記導波面に対向している、項目１から１０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１２］
前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
前記２つのスロットの各々は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する開口を有し、
前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
前記２つのスロットの少なくとも一方における前記開口は、少なくとも前記開口の長さ方向における中央部において、前記開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい小角度部を含み、
前記小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差しない、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
項目１から１１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１３］
前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
前記２つのスロットの一方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第１開口を有し、
前記２つのスロットの他方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第２開口を有し、
前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
前記第１開口は、少なくとも前記第１開口の長さ方向における中央部において、前記第１開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第１小角度部を含み、
前記第１小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記第１小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差せず、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置し、
前記第２開口は、少なくとも前記第２開口の長さ方向における中央部において、前記第２開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第２小角度部を含み、
前記第２小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記第２小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方と交差し且つ前記２つの縁の前記一方と交差しない、または、前記２つの縁の前記他方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
項目１から１１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１４］
前記２つのスロットの各々は、直線によって規定される長さをもつ形状を有する、項目１から１３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１５］
前記２つのスロットの各々は、１つの直線と、前記直線の両端にそれぞれ交差する２つの直線との組み合わせによって規定される長さをもつ形状を有する、項目１から１３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１６］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間における中心波長がλｏである帯域の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられ、
自由空間における波長がλｏの電磁波が前記導波面と前記第１導電性表面との間の導波路を伝搬するときの波長をλｇとするとき、
前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりと、λｇ、λｇ／２の奇数倍、およびλｇ／４の奇数倍のいずれかとの差は、前記２つのスロットの幅の和よりも小さい、
項目１から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１７］
前記スロットアレーアンテナは、自由空間における中心波長がλｏである帯域の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられ、
前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりと、ある距離をａとして、ａ、ａ／２の奇数倍、およびａ／４の奇数倍のいずれかとの差は、前記２つのスロットの幅の和よりも小さく、
前記距離ａは、０．５λｏ以上１．５λｏ未満である、
項目１から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１８］
前記導波部材は、少なくとも前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間において、前記導波面と前記第１導電性表面との距離を変化させる部分、および、前記導波面の幅を変化させる部分の少なくとも一方を含む、項目１から７および１０から１７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目１９］
前記導波部材は、少なくとも前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間であって前記転向部以外の位置に、前記導波面と前記第１導電性表面との距離を変化させる部分、および、前記導波面の幅を変化させる部分の少なくとも一方を含む、項目８または９に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２０］
前記２つのスロットを第１スロットおよび第２スロットとすると、
前記複数のスロットは、前記第２スロットに隣り合う第３スロットを含み、
前記導波面は、前記第２スロットおよび前記第３スロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
前記第１スロットと前記第２スロットとの間に位置する前記転向部の転向する方向と、前記第２スロットと前記第３スロットとの間に位置する前記転向部の転向する方向とは逆であり、
前記導波面に沿って測った前記第２スロットおよび前記第３スロットの間の隔たりは、前記第２スロットおよび前記第３スロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
前記第２スロットおよび前記第３スロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい、
項目１から１９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２１］
前記第１から第３のスロットは、直線上に並んでいる、項目２０に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２２］
前記人工磁気導体は、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する複数の導電性ロッドを有し、
前記複数の導電性ロッドは、前記導波部材に隣接し沿って並ぶ１列以上の導電性ロッドの列を含み、
前記導電性ロッドの列は、前記転向部に隣接する位置において、前記転向部の前記転向する方向に沿って転向し、
前記２つのスロットの間には、前記複数の導電性ロッドの内の少なくとも１つが配置される、
項目１から２１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２３］
前記１列以上の導電性ロッドの列は、前記転向部の外側に並ぶ外側ロッド列と、前記転向部の内側に並ぶ内側ロッド列を含み、
前記２つのスロットの一方の中心を通り前記導波面の幅方向を含む平面と、前記２つのスロットの他方の中心を通り前記導波面の幅方向を含む平面との間において、前記外側ロッド列に含まれる前記導電性ロッドの数は、前記内側ロッド列に含まれる前記導電性ロッドの数よりも多い、
項目２２に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２４］
前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
前記第２導波面は、前記２つの他のスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
前記第２導波面に沿って測った前記２つの他のスロットの間の隔たりは、前記２つの他のスロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
前記２つの他のスロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さく、
前記２つのスロットの中心を結ぶ第１線分と、前記２つの他のスロットの中心を結ぶ第２線分は平行であり、
前記第１線分が延びる方向に直交する方向に前記第１線分をシフトさせることで、前記第１線分の少なくとも一部を前記第２線分に重ねることが可能であり、
前記２つのスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向と等しい、
項目１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２５］
前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
前記第２導波面は、前記２つの他のスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
前記２つのスロットのそれぞれの中心と前記他の２つのスロットのそれぞれの中心とを結ぶ線は凸四角形を描き、
前記２つのスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向と等しい、
項目１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２６］
前記人工磁気導体は、さらに、前記複数の導波部材のうちの隣り合う少なくとも２つの導波部材の間に配置されている、
項目２４または２５に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目２７］
複数のスロットアレーアンテナを備えるアンテナ装置であって、
前記複数のスロットアレーアンテナの各々は、項目１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナであり、
前記複数のスロットアレーアンテナにおける複数の導波部材は、隣り合って並んでいる、
アンテナ装置。
［項目２８］
前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第１導電部材は、１つの板形状の導電部材の一部であり、
前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第２導電部材は、１つの板形状の他の導電部材の一部である、
項目２７に記載のアンテナ装置。
［項目２９］
項目１から２６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ、または項目２７もしくは２８に記載のアンテナ装置と、
前記スロットアレーアンテナまたは前記アンテナ装置に接続された少なくとも１つのマイクロ波集積回路と、
を備えるレーダ装置。
［項目３０］
送信機または受信機に接続されて用いられるスロットアレーアンテナであって、
第１導電性表面を有する第１導電部材と、
前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、
を備え、
前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有し、
前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含み、
前記導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの転向部を含み、
前記２つのスロットは、前記２つの転向部とそれぞれ結合し、
前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上であり、
前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さく、
前記送信機または前記受信機は、前記導波部材の何れかの側の端部で前記導波面と結合する、
スロットアレーアンテナ。
［項目３１］
前記少なくとも２つの転向部における転向角度は、３０度以上１２０度以下である、項目３０に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３２］
前記少なくとも２つの転向部は、曲線形状を有する転向部を含む、項目３０または３１に記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３３］
前記導波部材は、前記少なくとも２つの転向部において、前記導波部材の外側の縁に面取りを有する、
項目３０から３２のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３４］
前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
前記２つのスロットの各々は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する開口を有し、
前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
前記２つのスロットの少なくとも一方における前記開口は、少なくとも前記開口の長さ方向における中央部において、前記開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい小角度部を含み、
前記小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差しない、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
項目３０から３３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３５］
前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
前記２つのスロットの一方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第１開口を有し、
前記２つのスロットの他方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第２開口を有し、
前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
前記第１開口は、少なくとも前記第１開口の長さ方向における中央部において、前記第１開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第１小角度部を含み、
前記第１小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記第１小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差せず、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置し、
前記第２開口は、少なくとも前記第２開口の長さ方向における中央部において、前記第２開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第２小角度部を含み、
前記第２小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
前記第２小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方と交差し且つ前記２つの縁の前記一方と交差しない、または、前記２つの縁の前記他方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
項目３０から３３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３６］
前記２つのスロットを第１スロットおよび第２スロットとすると、
前記複数のスロットは、前記第２スロットに隣り合う第３スロットを含み、
前記導波面は、前記第２スロットおよび前記第３スロットとそれぞれ結合する２つの位置の間、または前記第３スロットと結合する位置に、延びる方向が変化する第３の転向部を含み、
前記第１スロットに結合する前記転向部の転向する方向と、前記第２スロットに結合する前記転向部の転向する方向とは逆であり、
前記第２スロットに結合する前記転向部の転向する方向と、前記第３の転向部の転向する方向とは逆であり、
前記導波面に沿って測った前記第２スロットおよび前記第３スロットの間の隔たりは、前記第２スロットおよび前記第３スロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
前記第２スロットおよび前記第３スロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい、
項目３０から３５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３７］
前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
前記第２導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの他の転向部を含み、
前記２つの他のスロットは、前記２つの他の転向部にそれぞれ結合し、
前記第２導波面に沿って測った前記２つの他のスロットの間の隔たりは、前記２つの他のスロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
前記２つの他のスロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さく、
前記２つのスロットの中心を結ぶ第１線分と、前記２つの他のスロットの中心を結ぶ第２線分は平行であり、
前記第１線分が延びる方向に直交する方向に前記第１線分をシフトさせることで、前記第１線分の少なくとも一部を前記第２線分に重ねることが可能であり、
前記２つのスロットの一方に結合する転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの一方に結合する転向部の転向する方向と等しく、
前記２つのスロットの他方に結合する転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの他方に結合する転向部の転向する方向と等しい、
項目３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３８］
前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
前記第２導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの他の転向部を含み、
前記２つの他のスロットは、前記２つの他の転向部にそれぞれ結合し、
前記２つのスロットのそれぞれの中心と前記他の２つのスロットのそれぞれの中心とを結ぶ線は凸四角形を描き、
前記２つのスロットの一方に結合する転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの一方に結合する転向部の転向する方向と等しく、
前記２つのスロットの他方に結合する転向部の転向する方向は、前記２つの他のスロットの他方に結合する転向部の転向する方向と等しい、
項目３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
［項目３９］
複数のスロットアレーアンテナを備えるアンテナ装置であって、
前記複数のスロットアレーアンテナの各々は、項目３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナであり、
前記複数のスロットアレーアンテナにおける複数の導波部材は、隣り合って並んでいる、
アンテナ装置。
［項目４０］
前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第１導電部材は、１つの板形状の導電部材の一部であり、
前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第２導電部材は、１つの板形状の他の導電部材の一部である、
項目３９に記載のアンテナ装置。
［項目４１］
項目３０から３８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ、または項目３９もしくは４０に記載のアンテナ装置と、
前記スロットアレーアンテナまたは前記アンテナ装置に接続された少なくとも１つのマイクロ波集積回路と、
を備えるレーダ装置。
［項目４２］
項目１から２６、３０から３８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナと、
前記スロットアレーアンテナに接続された通信回路と、
を備える無線通信システム。
［項目４３］
項目２７、２８、３９、４０のいずれかに記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に接続された通信回路と、
を備える無線通信システム。
本開示のアンテナ装置およびアンテナアレイは、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダシステム、各種の監視システム、屋内測位システム、および無線通信システムなどに好適に用いられ得る。
１００ 導波路装置
１１０ 導電部材
１１０ａ 導電性表面
１１２ スロット
１２０ 導電部材
１２０ａ 第２導電部材の導電性表面
１２２ 導波部材
１２２ａ 導波面
１２４ 導電性ロッド
１２４ａ 導電性ロッドの先端部
１２４ｂ 導電性ロッドの基部
１２５ 人工磁気導体の表面
１３０ 中空導波管
１３２ 中空導波管の内部空間
１４０ 導電部材
２００ スロットアンテナ
３１０ 電子回路
３００ スロットアンテナ
５００ 自車両
５０２ 先行車両
５１０ 車載レーダシステム
５２０ 走行支援電子制御装置
５３０ レーダ信号処理装置
５４０ 通信デバイス
５５０ コンピュータ
５５２ データベース
５６０ 信号処理回路
５７０ 物体検知装置
５８０ 送受信回路
５９６ 選択回路
６００ 車両走行制御装置
７００ 車載カメラシステム
７１０ カメラ
７２０ 画像処理回路８００Ａ、８００Ｂ、８００Ｃ 通信システム
８１０Ａ、８１０Ｂ、８３０ 送信機
８２０Ａ、８４０ 受信機
８１３、８３２ 符号化器
８２３、８４２ 復号化器
８１４ 変調器
８２４ 復調器
１０１０、１０２０ センサ部
１０１１、１０２１ アンテナ
１０１２、１０２２ ミリ波レーダ検出部
１０１３、１０２３ 通信部
１０１５、１０２５ 監視対象
１１００ 本体部
１１０１ 処理部
１１０２ データ蓄積部
１１０３ 通信部
１２００ 他のシステム
１３００ 通信回線
１５００ 監視システム

Claims (41)

  1. 送信機または受信機に接続されて用いられるスロットアレーアンテナであって、
    第１導電性表面を有する第１導電部材と、
    前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、
    前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、
    前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、
    を備え、
    前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有し、
    前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含み、
    前記導波面は、前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
    前記導波面は、前記導波面の法線方向から見た場合に、前記少なくとも１つの転向部から離れる方向に前記２つのスロットの内の少なくとも一方を超えて延びる延長部を含み、
    前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上であり、
    前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さく、
    前記送信機または前記受信機は、前記延長部側において前記導波面と結合する、
    スロットアレーアンテナ。
  2. 前記導波面は、直線状に延びる２つの線状部分を含み、前記２つの線状部分は、前記少なくとも１つの転向部を介して繋がり、
    前記２つのスロットは、前記２つの線状部分にそれぞれ結合する、
    請求項１に記載のスロットアレーアンテナ。
  3. 前記少なくとも１つの転向部における転向角度は、３０度以上１２０度以下である、請求項２に記載のスロットアレーアンテナ。
  4. 前記少なくとも１つの転向部は、２つの転向部を含み、
    前記導波面は、直線状に延びる２つの線状部分を含み、前記２つの線状部分は、前記２つの転向部を介して繋がり、
    前記２つのスロットは、前記２つの線状部分にそれぞれ結合する、
    請求項１に記載のスロットアレーアンテナ。
  5. 前記２つの線状部分は、互いに平行である、請求項４に記載のスロットアレーアンテナ。
  6. 前記少なくとも１つの転向部は、複数の転向部を含み、
    前記導波面は、１つの直線上に延びる２つの線状部分を含み、
    前記２つの線状部分は、前記複数の転向部を介して繋がり、
    前記２つのスロットは、前記２つの線状部分にそれぞれ結合する、
    請求項１に記載のスロットアレーアンテナ。
  7. 前記少なくとも１つの転向部は、曲線形状を有する転向部を含む、請求項１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  8. 前記導波部材は、前記転向部の少なくとも１つにおいて、前記導波部材の外側の縁に面取りを有する、請求項１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  9. 前記転向部の少なくとも１つは、前記導波面と前記第１導電性表面との間の間隔が局部的に拡大する間隙拡大部を有する、請求項１から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  10. 前記２つのスロットは、前記２つの線状部分の中央に、それぞれ結合する、請求項２から６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  11. 前記２つのスロットの少なくとも一方は、前記導波面に対向している、請求項１から１０のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  12. 前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
    前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
    前記２つのスロットの各々は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する開口を有し、
    前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
    前記２つのスロットの少なくとも一方における前記開口は、少なくとも前記開口の長さ方向における中央部において、前記開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい小角度部を含み、
    前記小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差しない、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
    請求項１から１１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  13. 前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
    前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
    前記２つのスロットの一方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第１開口を有し、
    前記２つのスロットの他方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第２開口を有し、
    前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
    前記第１開口は、少なくとも前記第１開口の長さ方向における中央部において、前記第１開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第１小角度部を含み、
    前記第１小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記第１小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差せず、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置し、
    前記第２開口は、少なくとも前記第２開口の長さ方向における中央部において、前記第２開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第２小角度部を含み、
    前記第２小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記第２小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方と交差し且つ前記２つの縁の前記一方と交差しない、または、前記２つの縁の前記他方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
    請求項１から１１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  14. 前記２つのスロットの各々は、直線によって規定される長さをもつ形状を有する、請求項１から１３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  15. 前記２つのスロットの各々は、１つの直線と、前記直線の両端にそれぞれ交差する２つの他の直線との組み合わせによって規定される長さをもつ形状を有する、請求項１から１３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  16. 前記スロットアレーアンテナは、自由空間における中心波長がλｏである帯域の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられ、
    自由空間における波長がλｏの電磁波が前記導波面と前記第１導電性表面との間の導波路を伝搬するときの波長をλｇとするとき、
    前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりと、λｇ、λｇ／２の奇数倍、およびλｇ／４の奇数倍のいずれかとの差は、前記２つのスロットの幅の和よりも小さい、
    請求項１から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  17. 前記スロットアレーアンテナは、自由空間における中心波長がλｏである帯域の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられ、
    前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりと、ある距離をａとして、ａ、ａ／２の奇数倍、およびａ／４の奇数倍のいずれかとの差は、前記２つのスロットの幅の和よりも小さく、
    前記距離ａは、０．５λｏ以上１．５λｏ未満である、
    請求項１から１５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  18. 前記導波部材は、少なくとも前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間において、前記導波面と前記第１導電性表面との距離を変化させる部分、および、前記導波面の幅を変化させる部分の少なくとも一方を含む、請求項１から７および１０から１７のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  19. 前記導波部材は、少なくとも前記２つのスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間であって前記転向部以外の位置に、前記導波面と前記第１導電性表面との距離を変化させる部分、および、前記導波面の幅を変化させる部分の少なくとも一方を含む、請求項８または９に記載のスロットアレーアンテナ。
  20. 前記２つのスロットを第１スロットおよび第２スロットとすると、
    前記複数のスロットは、前記第２スロットに隣り合う第３スロットを含み、
    前記導波面は、前記第２スロットおよび前記第３スロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
    前記第１スロットと前記第２スロットとの間に位置する前記転向部の転向する方向と、前記第２スロットと前記第３スロットとの間に位置する前記転向部の転向する方向とは逆であり、
    前記導波面に沿って測った前記第２スロットおよび前記第３スロットの間の隔たりは、前記第２スロットおよび前記第３スロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
    前記第２スロットおよび前記第３スロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい、
    請求項１から１９のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  21. 前記第１から第３のスロットは、直線上に並んでいる、請求項２０に記載のスロットアレーアンテナ。
  22. 前記人工磁気導体は、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する複数の導電性ロッドを有し、
    前記複数の導電性ロッドは、前記導波部材に隣接し沿って並ぶ１列以上の導電性ロッドの列を含み、
    前記導電性ロッドの列は、前記転向部に隣接する位置において、前記転向部の前記転向する方向に沿って転向し、
    前記２つのスロットの間には、前記複数の導電性ロッドの内の少なくとも１つが配置される、
    請求項１から２１のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  23. 前記１列以上の導電性ロッドの列は、前記転向部の外側に並ぶ外側ロッド列と、前記転向部の内側に並ぶ内側ロッド列を含み、
    前記２つのスロットの一方の中心を通り前記導波面の幅方向を含む平面と、前記２つのスロットの他方の中心を通り前記導波面の幅方向を含む平面との間において、前記外側ロッド列に含まれる前記導電性ロッドの数は、前記内側ロッド列に含まれる前記導電性ロッドの数よりも多い、
    請求項２２に記載のスロットアレーアンテナ。
  24. 前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
    前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
    前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
    前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
    前記第２導波面は、前記少なくとも２つの他のスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
    前記第２導波面に沿って測った前記少なくとも２つの他のスロットの間の隔たりは、前記少なくとも２つの他のスロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
    前記少なくとも２つの他のスロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さく、
    前記２つのスロットの中心を結ぶ第１線分と、前記少なくとも２つの他のスロットの中心を結ぶ第２線分は平行であり、
    前記第１線分が延びる方向に直交する方向に前記第１線分をシフトさせることで、前記第１線分の少なくとも一部を前記第２線分に重ねることが可能であり、
    前記２つのスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向と等しい、
    請求項１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  25. 前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
    前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
    前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
    前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
    前記第２導波面は、前記少なくとも２つの他のスロットとそれぞれ結合する２つの位置の間に、延びる方向が変化する少なくとも１つの転向部を含み、
    前記２つのスロットのそれぞれの中心と前記少なくとも２つの他のスロットのそれぞれの中心とを結ぶ線は凸四角形を描き、
    前記２つのスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの間に位置する前記少なくとも１つの転向部の転向する方向と等しい、
    請求項１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  26. 前記人工磁気導体は、さらに、前記複数の導波部材のうちの隣り合う少なくとも２つの導波部材の間に配置されている、
    請求項２４または２５に記載のスロットアレーアンテナ。
  27. 複数のスロットアレーアンテナを備えるアンテナ装置であって、
    前記複数のスロットアレーアンテナの各々は、請求項１から２３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナであり、
    前記複数のスロットアレーアンテナにおける複数の導波部材は、隣り合って並んでいる、
    アンテナ装置。
  28. 前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第１導電部材は、１つの板形状の導電部材の一部であり、
    前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第２導電部材は、１つの板形状の他の導電部材の一部である、
    請求項２７に記載のアンテナ装置。
  29. 請求項１から２６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ、または請求項２７もしくは２８に記載のアンテナ装置と、
    前記スロットアレーアンテナまたは前記アンテナ装置に接続された少なくとも１つのマイクロ波集積回路と、
    を備えるレーダ装置。
  30. 送信機または受信機に接続されて用いられるスロットアレーアンテナであって、
    第１導電性表面を有する第１導電部材と、
    前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、
    前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に位置し、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の導波面を有し、前記第１導電性表面に沿って延びる導波部材と、
    前記第１導電部材と前記第２導電部材との間において前記導波部材の両側に位置する人工磁気導体と、
    を備え、
    前記第１導電部材および前記第２導電部材の少なくとも一方は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面に沿って並ぶ複数のスロットを有し、
    前記複数のスロットは、前記導波面と結合し前記導波面に沿って隣り合う２つのスロットを含み、
    前記導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの転向部を含み、
    前記２つのスロットは、前記２つの転向部とそれぞれ結合し、
    前記導波面に沿って測った前記２つのスロットの間の隔たりは、前記２つのスロットの少なくとも一方の長さの半分以上であり、
    前記２つのスロットの中心間の直線距離は、前記２つのスロットのいずれの長さの４倍よりも小さく、
    前記送信機または前記受信機は、前記導波部材の何れかの側の端部で前記導波面と結合する、
    スロットアレーアンテナ。
  31. 前記少なくとも２つの転向部における転向角度は、３０度以上１２０度以下である、請求項３０に記載のスロットアレーアンテナ。
  32. 前記少なくとも２つの転向部は、曲線形状を有する転向部を含む、請求項３０または３１に記載のスロットアレーアンテナ。
  33. 前記導波部材は、前記少なくとも２つの転向部において、前記導波部材の外側の縁に面取りを有する、
    請求項３０から３２のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  34. 前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
    前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
    前記２つのスロットの各々は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する開口を有し、
    前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
    前記２つのスロットの少なくとも一方における前記開口は、少なくとも前記開口の長さ方向における中央部において、前記開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい小角度部を含み、
    前記小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差しない、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
    請求項３０から３３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  35. 前記導波面は、前記導波面の幅を規定する２つの縁を有し、
    前記２つのスロットは前記第１導電部材に配置され、
    前記２つのスロットの一方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第１開口を有し、
    前記２つのスロットの他方は、前記第１導電部材を貫通して前記第１導電性表面に開口する第２開口を有し、
    前記第１導電性表面の法線方向から見た場合に、
    前記第１開口は、少なくとも前記第１開口の長さ方向における中央部において、前記第１開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第１小角度部を含み、
    前記第１小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の一方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記第１小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記一方と交差し且つ前記２つの縁の他方と交差せず、または、前記２つの縁の前記一方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置し、
    前記第２開口は、少なくとも前記第２開口の長さ方向における中央部において、前記第２開口の幅方向と、前記導波面の幅方向とが成す角が４５度よりも小さい第２小角度部を含み、
    前記第２小角度部の少なくとも一部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方の外側において、前記第２導電性表面に重なり、
    前記第２小角度部は、前記導波面の前記２つの縁の前記他方と交差し且つ前記２つの縁の前記一方と交差しない、または、前記２つの縁の前記他方から、前記導波面の前記幅よりも短い距離を隔てて位置している、
    請求項３０から３３のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  36. 前記２つのスロットを第１スロットおよび第２スロットとすると、
    前記複数のスロットは、前記第２スロットに隣り合う第３スロットを含み、
    前記導波面は、前記第２スロットおよび前記第３スロットとそれぞれ結合する２つの位置の間、または前記第３スロットと結合する位置に、延びる方向が変化する第３の転向部を含み、
    前記第１スロットに結合する前記転向部の転向する方向と、前記第２スロットに結合する前記転向部の転向する方向とは逆であり、
    前記第２スロットに結合する前記転向部の転向する方向と、前記第３の転向部の転向する方向とは逆であり、
    前記導波面に沿って測った前記第２スロットおよび前記第３スロットの間の隔たりは、前記第２スロットおよび前記第３スロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
    前記第２スロットおよび前記第３スロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さい、
    請求項３０から３５のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  37. 前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
    前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
    前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
    前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
    前記第２導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの他の転向部を含み、
    前記少なくとも２つの他のスロットは、前記少なくとも２つの他の転向部にそれぞれ結合し、
    前記第２導波面に沿って測った前記少なくとも２つの他のスロットの間の隔たりは、前記少なくとも２つの他のスロットの内の短い方のスロットの長さの半分以上であり、
    前記少なくとも２つの他のスロットの中心間の直線距離は、前記短い方のスロットの長さの４倍よりも小さく、
    前記２つのスロットの中心を結ぶ第１線分と、前記少なくとも２つの他のスロットの中心を結ぶ第２線分は平行であり、
    前記第１線分が延びる方向に直交する方向に前記第１線分をシフトさせることで、前記第１線分の少なくとも一部を前記第２線分に重ねることが可能であり、
    前記２つのスロットの一方に結合する転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの一方に結合する転向部の転向する方向と等しく、
    前記２つのスロットの他方に結合する転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの他方に結合する転向部の転向する方向と等しい、
    請求項３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  38. 前記導波部材と、前記導波部材に隣り合う第２導波部材とを含む複数の導波部材を備え、
    前記第２導波部材は、前記第１導電性表面に対向するストライプ形状の導電性の第２導波面を有し、
    前記人工磁気導体は、少なくとも前記複数の導波部材が並ぶ領域の両側に配置され、
    前記複数のスロットは、前記第２導波面と結合する少なくとも２つの他のスロットを含み、
    前記第２導波面は、延びる方向が変化する少なくとも２つの他の転向部を含み、
    前記少なくとも２つの他のスロットは、前記少なくとも２つの他の転向部にそれぞれ結合し、
    前記２つのスロットのそれぞれの中心と前記少なくとも２つの他のスロットのそれぞれの中心とを結ぶ線は凸四角形を描き、
    前記２つのスロットの一方に結合する転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの一方に結合する転向部の転向する方向と等しく、
    前記２つのスロットの他方に結合する転向部の転向する方向は、前記少なくとも２つの他のスロットの他方に結合する転向部の転向する方向と等しい、
    請求項３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ。
  39. 複数のスロットアレーアンテナを備えるアンテナ装置であって、
    前記複数のスロットアレーアンテナの各々は、請求項３０から３６のいずれかに記載のスロットアレーアンテナであり、
    前記複数のスロットアレーアンテナにおける複数の導波部材は、隣り合って並んでいる、
    アンテナ装置。
  40. 前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第１導電部材は、１つの板形状の導電部材の一部であり、
    前記複数のスロットアレーアンテナの各々における前記第２導電部材は、１つの板形状の他の導電部材の一部である、
    請求項３９に記載のアンテナ装置。
  41. 請求項３０から３８のいずれかに記載のスロットアレーアンテナ、または請求項３９もしくは４０に記載のアンテナ装置と、
    前記スロットアレーアンテナまたは前記アンテナ装置に接続された少なくとも１つのマイクロ波集積回路と、
    を備えるレーダ装置。
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