JP2020025260A - 導波路装置およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝搬損失の小さい導波路装置を実現する。【解決手段】導波路装置は、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２導電性表面から突出する導電性のリッジと、前記リッジの両側に配置された導電性の複数のロッドとを備える。前記複数のロッドは、前記リッジに隣接する１つ以上の第１ロッドを含む。各第１ロッドは、前記リッジの側面に対向する第１側面と、前記リッジの側面に対向しない第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記第１ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第１ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。【選択図】図９

Description

本開示は、導波路装置およびアンテナ装置に関する。

特許文献１から４、および非特許文献１は、導波路装置を開示する。これらの文献に開示された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、リッジの両側において、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドとを有する。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。リッジの導電性を有する上面は、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する。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は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間をリッジに沿って伝搬する。本明細書において、このような導波路をＷＲＧ（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅ）またはＷＲＧ導波路と称する。ＷＲＧ導波路は、例えば１つ以上のスロットを放射素子として備えるアンテナ装置において、スロットに給電するための導波路として使用され得る。

複数の導電性ロッドは、例えば特許文献４に開示されているように、角柱状、角柱の角が面取りされた形状、円筒状、上端から基部に向けて幅が拡大した形状（先細り形状）などの種々の形状を有し得る。特に、リッジの屈曲部または分岐部に隣接するロッドの形状を先細り形状にすることにより、屈曲部または分岐部での信号波の反射を抑制できることが特許文献４に記載されている。

米国特許第８７７９９９５号明細書 米国特許第８８０３６３８号明細書 欧州特許出願公開第１３３１６８８号明細書 米国特許第１００２７０３２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

本開示は、導波路を伝搬する電磁波の伝搬損失を低減することが可能な新規な導波路装置およびアンテナ装置を提供する。

本開示の一態様に係る導波路装置は、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２導電性表面から突出する導電性のリッジと、前記リッジの両側に配置された導電性の複数のロッドとを備える。前記リッジは、前記第１導電性表面に対向して延びる導波面を有する。各ロッドは、前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記導波面と前記第１導電性表面との間には導波路が規定される。前記複数のロッドは、前記リッジに隣接する１つ以上の第１ロッドを含む。各第１ロッドは、前記リッジの側面に対向する第１側面と、前記リッジの側面に対向しない第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記第１ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第１ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第２側面までの距離よりも小さい。

本開示の他の態様に係る導波路装置は、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、および導波路として機能する貫通孔を有する第２導電部材と、導電性の複数のロッドとを備える。各ロッドは、前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記複数のロッドは、前記貫通孔に隣接する１つ以上のロッドを含む。前記１つ以上のロッドの各々は、前記貫通孔の側に位置する第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。

本開示の実施形態によれば、導波路を伝搬する電磁波の伝搬損失を低減することができる。

導波路装置の例を模式的に示す斜視図である。 導波路装置のＸＺ面に平行な断面の構成の例を模式的に示す図である。 導波路装置の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。 第１導電部材と第２導電部材との間隔を極端に離した状態にある導波路装置を模式的に示す斜視図である。 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。 導波路装置の他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波路装置のさらに他の例を示す断面図である。 導波部材の導波面と導電部材の導電性表面との間を伝搬する電磁波を模式的に示す図である。 中空導波管の断面を模式的に示す図である。 導電部材上に２個の導波部材が設けられている形態を示す断面図である。 ２つの中空導波管を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示す図である。 アンテナ装置の構成の一部を模式的に示す斜視図である。 アンテナ装置の断面を模式的に示す図である。 第１の実施形態による導波路装置の一部を示す斜視図である。 第１の実施形態による導波路装置の一部を示す平面図である。 第１の実施形態による導波路装置の一部を示す断面図である。 第１の実施形態による導波路装置の一部を拡大して示す図である。 ロッドの断面形状の第１の例を示す図である。 ロッドの断面形状の第２の例を示す図である。 ロッドの断面形状の第３の例を示す図である。 第１の実施形態の変形例による導波路装置の一部を示す断面図である。 第１の実施形態の他の変形例による導波路装置の一部を示す図である。 第２の実施形態による導波路装置の一部を示す図である。 第２の実施形態の変形例による導波路装置の一部を示す図である。 第３の実施形態における導波路装置の一部を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態における第１導電部材を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態における第２導電部材を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の変形例における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の他の変形例における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の変形例における第１導電部材を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態の変形例における第２導電部材を模式的に示す斜視図である。 第３の実施形態の変形例における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態の他の変形例における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第３の実施形態のさらに他の変形例における導波路装置の一部を模式的に示す断面図である。 第４の実施形態によるアンテナ装置を模式的に示す平面図である。 図２２ＡにおけるＢ−Ｂ線断面図である。 第４の実施形態における第１導電部材上の構造を示す図である。 第４の実施形態における第２導電部材上の構造を示す図である。 第４の実施形態における第３導電部材上の構造を示す図である。 さらに他の変形例に係るスロットアンテナ装置における１つの放射素子を示す斜視図である。 図２４Ａに示す放射素子における導電部材１１０と他の導電部材１６０との間隔を離した状態を示す図である。 貫通孔のバリエーションを示す図である。

本開示の一実施形態における導波路装置は、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２導電性表面から突出する導電性のリッジと、前記リッジの両側に配置された導電性の複数のロッドとを備える。前記リッジは、前記第１導電性表面に対向して延びる導波面を有する。各ロッドは、前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記導波面と前記第１導電性表面との間には導波路が規定される。前記複数のロッドは、前記リッジに隣接する１つ以上の第１ロッドを含む。各第１ロッドは、前記リッジの側面に対向する第１側面と、前記リッジの側面に対向しない第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記第１ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第１ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第２側面までの距離よりも小さい。

上記の構成によれば、リッジに沿って伝搬する電磁波のエネルギーの損失を抑えることができる。さらに、後述するように、導波路装置の設計時に行われるシミュレーションの作業量を低減することもできる。その結果、所望の性能を有する導波路装置およびアンテナ装置の設計を迅速に行うことができる。

本明細書において「実質的に直交する」とは、必ずしも厳密に直交することを意味せず、９０度または９０度に近い角度で交差することを意味する。８０度以上１００度以下（即ち９０°±１０°）の範囲内の角度で交差していれば、「実質的に直交する」ことに該当する。交差角度が９０度に近いほど、導波路装置の設計時に行われる、ＣＡＤシステム（Computer-aided design system）上でのモデル生成等の作業量が低減され得る。ある実施形態では、ロッドの第１側面と第２導電性表面との交差角度は、８５度以上９５度以下に設定され得る。同様に、「実質的に垂直」という表現も、必ずしも厳密に垂直であることを意味しない。「実質的に垂直」とは、垂直、または垂直に近い方位関係であることを意味する。垂直に対して±１０°の範囲に入る方位関係であれば、「実質的に垂直」に該当する。なお、「実質的に」との形容を付さずに、単に「直交する」あるいは「垂直である」と表現する場合は、厳密に「直交する」あるいは「垂直である」ことを意味する。

ロッドの「軸心」とは、ロッドの重心を通り、第２導電性表面の法線方向に延びる軸を指す。各ロッドは、軸心に対して対称的な形状を有していてもよいし、軸心に対して非対称な形状を有していてもよい。

上記の構成によれば、前記第１ロッドの前記第２側面の少なくとも一部の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度は、前記第１ロッドの前記第１側面の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度よりも大きい。前記第１ロッドの前記第１側面以外の全ての側面が、前記第２側面と同様に、前記第１ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第１ロッドの軸心から外側に離れる形状を有していてもよい。そのような構造によれば、伝搬損失を低減すると共に、ダイキャスティング法など、型を用いた量産手法の適用が容易になる。ダイキャスティング法によって本開示に係るアンテナ装置を構成する部材を製造する場合、先に言及した第１側面などの、第２導電性表面に実質的に直交する面は、例えば０．５度、第２導電性表面に対して傾斜させることがより好ましい。この場合、第１側面も、ロッドの基部に近づくに従って軸心から離れる形状となる。しかし、その場合でも、基部における軸心から第１側面までの距離は、基部における軸心から第２側面までの距離よりも小さい。

前記リッジは、屈曲部および分岐部の少なくとも一方を有していてもよい。前記１つ以上の第１ロッドの少なくとも１つの前記第１側面は、前記リッジの前記屈曲部または前記分岐部における側面に対向していてもよい。

屈曲部および分岐部では、リッジの延びる方向が変化する。このようにリッジの延びる方向が変化する部分では、そのままではインピーダンスの不整合が生じるため、伝搬する電磁波の不要な反射が生じる。屈曲部または分岐部に隣接する第１ロッドの側面を上記の形状にすることにより、屈曲部または分岐部での不要な反射を抑制することができる。さらに、特許文献４におけるロッドの構造と比較して、装置の設計をより迅速に行うことができる。

前記第２導電部材は、前記導波面と前記第１導電性表面との間の導波路に繋がる貫通孔を有していてもよい。前記複数のロッドは、前記貫通孔に隣接する１つ以上の第２ロッドを含んでいてもよい。この場合、各第２ロッドは、前記貫通孔の側に位置する第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記第２ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第２ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。各第２ロッドにおいて、前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第２側面までの距離よりも小さい。

貫通孔は、中空導波管として機能し得る。この中空導波管は、導波面と第１導電性表面との間のＷＲＧ導波路に接続される。上記の構造によれば、前述の効果に加え、貫通孔とＷＲＧ導波路との間を伝搬する電磁波のエネルギの損失を低減できる。

前記第２ロッドの前記第２側面の少なくとも一部の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度は、前記第２ロッドの前記第１側面の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度よりも大きい。前記第２ロッドの前記第１側面以外の全ての側面が、前記第２側面と同様に、前記第２ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第２ロッドの軸心から外側に離れる形状を有していてもよい。そのような構造によれば、伝搬損失を低減すると共に、ダイキャスティング法など、型を用いた量産手法の適用が容易になる。

前記複数のロッドは、前記リッジおよび前記貫通孔の両方に隣接する１つ以上の第３ロッドを含んでいてもよい。この場合、各第３ロッドは、前記リッジの側面に対向する第１側面と、前記貫通孔の側に位置する第２側面と、前記第１側面および前記第２側面とは異なる第３側面とを有する。前記第１側面および前記第２側面の各々は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第３側面は、前記第３ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第３ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。各第３ロッドにおいて、前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第３側面までの距離よりも小さい。

前記第３ロッドの前記第３側面の少なくとも一部の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度は、前記第３ロッドの前記第１側面および前記第２側面の各々の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度よりも大きい。前記第３ロッドの前記第１側面および前記第２側面以外の全ての側面が、前記第３側面と同様に、前記第３ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第３ロッドの軸心から外側に離れる形状を有していてもよい。

前記リッジを第１リッジとするとき、前記導波路装置は、前記第１リッジから間隙を空けて位置する導電性の第２リッジを有していてもよい。前記第２リッジは、前記第２導電性表面から突出し、前記第１導電性表面に対向して延びる導波面を有する。前記導波面と前記第１導電性表面との間には導波路が規定される。前記複数のロッドは、前記第１リッジと前記第２リッジとの間に位置する１列以上のロッド列を含み得る。この場合、前記ロッド列に含まれる少なくとも１つのロッドは、前記第１リッジまたは前記第２リッジの側面に対向する第１側面と、前記第１リッジおよび前記第２リッジのいずれの側面にも対向しない第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。

前記第１リッジと前記第２リッジとの間に位置する前記１列以上のロッド列は、１列のロッド列であってもよい。この場合、前記ロッド列に含まれる各ロッドの側面のうち、前記第１リッジの前記側面に対向する側面、および前記第２リッジの前記側面に対向する側面の各々は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。他の側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。

本開示の他の実施形態における導波路装置は、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、および導波路として機能する貫通孔を有する第２導電部材と、導電性の複数のロッドとを備える。各ロッドは、前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記複数のロッドは、前記貫通孔に隣接する１つ以上のロッドを含む。前記１つ以上のロッドの各々は、前記貫通孔の側に位置する第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有する。前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交する。前記第２側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する。

貫通孔は、中空導波管として機能し得る。上記の構造によれば、貫通孔内を伝搬する電磁波のエネルギの損失を低減できる。また、貫通孔に面する第１側面を第２導電性表面に実質的に直交するように構成することにより、設計を迅速化することができる。

前記１つ以上のロッドの各々の前記第２側面の少なくとも一部の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度は、前記ロッドの前記第１側面の、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度よりも大きい。前記ロッドの前記第１側面以外の全ての側面が、前記第２側面と同様に、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有していてもよい。

上記の各態様において、第２導電部材、リッジ、および複数のロッドの少なくとも一部分は、当該少なくとも一部分の形状を規定する誘電体製の部材と、当該部材の表面を覆う導電材料の層とを含んでいてもよい。前記複数のロッドは、前記複数のロッドの表面に導電性のメッキ層を有していてもよい。前記リッジも同様に、前記リッジの表面に導電性のメッキ層を有していてもよい。この場合、第２導電部材、リッジ、およびロッドの形状を規定する誘電体部材の表面にメッキ層が形成される。第２導電部材、リッジ、およびロッドの全体が、誘電体部材で形状を規定されている必要はない。第２導電部材、リッジ、およびロッドのうちの一部分が、例えば金属部材で直接的に形状が規定されていてもよい。さらに、メッキ層に代えて、蒸着等により導電体の層が形成されていてもよい。第２導電部材、リッジ、およびロッドは、鋳造または鍛造などの金属加工によって作製されてもよい。第２導電部材、リッジ、およびロッドの各々は、単一構造体の一部であってもよい。

上記の導波路装置は、例えばアンテナ装置に使用され得る。アンテナ装置は、本開示の実施形態による導波路装置と、前記導波路装置に接続された１つ以上のアンテナ素子と、を備える。

第１導電部材は、リッジの導波面または貫通孔に対向する少なくとも１つのスロットを有していてもよい。そのようなスロットは、前記アンテナ素子として機能し得る。本開示において、第１導電部材に設けられたスロットも、「導波路装置に接続されたアンテナ素子」であるものと解釈する。

アンテナ装置は、複数のアンテナ素子を備えるアンテナアレイであってもよい。複数のアンテナ素子は、１次元的または２次元的に配列され得る。

＜ＷＲＧ構造の概要＞
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、本開示の実施形態において用いられるＷＲＧ構造を説明する。

図１は、ＷＲＧ構造を有する導波路装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１には、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１に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（板形状）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に示すように、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。

図１から図３は、導波路装置１００の一部分のみを示している。導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、実際には、図示されている部分の外側にも拡がって存在する。導波部材１２２の端部には、後述するように、電磁波が外部空間に漏洩することを防止するチョーク構造が設けられる。チョーク構造は、例えば、導波部材１２２の端部に隣接して配置された導電性ロッドの列を含む。

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表面（上面および側面）が導電性を有していればよい。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の表面が導体で接続されていればよい。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性表面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の径、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、図２Ａに示す構造における各部材の寸法、形状、配置などの例を説明する。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、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。この例において、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４の各々は、傾斜した側面を基部に有する。導波部材１２２および各導電性ロッド１２４の側面の頂部における傾斜角度は、基部における傾斜角度よりも小さい。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、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、例えば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、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。

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、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、例えば、λｏ／４に設定され得る。

（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、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）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。

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、後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５Ａ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、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５Ｂ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、１２０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５Ｃ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５Ｄおよび図５Ｅ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５Ｄ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５Ｅ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、さら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よいし、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よい。

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影響を遮断することができる。

図５Ｆ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、前述の構成と同様に動作する。

図５Ｇは、図５Ｆの構造において、さらに、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、前述の例と同様に動作する。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６Ａ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６Ｂ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。曲面状の導電性表面を有する導電部材も、「板形状」の導電部材に該当する。

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、導電部材１１０と導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって電気的に接続する必要もない。

図７Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材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７Ａ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、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、それぞれ、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と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙を伝搬する。図７Ａ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７Ａ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無く、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７Ａ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７Ｂは、参考のため、中空導波管３３０の断面を模式的に示している。図７Ｂには、中空導波管３３０の内部空間３３２に形成される電磁界モード（ＴＥ_１０）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３３０の内部空間３３２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３３０の内部空間３３２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７Ｃは、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７Ｄは、参考のため、２つの中空導波管３３０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３３０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３３０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３３２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３３０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、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イ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つまたは複数のスロット（「貫通孔」とも称する。）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、「スロットアレイアンテナ」または「スロットアンテナアレイ」と称する。

図８Ａは、上記のような導波路構造を利用したアンテナ装置３００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図８Ｂは、このアンテナ装置３００におけるＸ方向に並ぶ２つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。このアンテナ装置３００においては、第１導電部材１１０が、Ｘ方向およびＹ方向に配列された複数のスロット１１２を有している。この例では、複数のスロット１１２は２つのスロット列を含み、各スロット列は、Ｙ方向に等間隔に並ぶ６個のスロット１１２を含んでいる。第２導電部材１２０には、Ｙ方向に延びる２つの導波部材１２２が設けられている。各導波部材１２２は、１つのスロット列に対向する導電性の導波面１２２ａを有する。２つの導波部材１２２の間の領域、および２つの導波部材１２２の外側の領域には、複数の導電性ロッド１２４が配置されている。これらの導電性ロッド１２４は、人工磁気導体を形成している。

各導波部材１２２の導波面１２２ａと、導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の導波路には、不図示の電子回路から電磁波が供給される。Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２のうちの隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離は、例えば、導波路を伝搬する電磁波の波長と同じ値に設計される。これにより、Ｙ方向に並ぶ６個のスロット１１２から、位相の揃った電磁波が放射される。

図８Ａおよび図８Ｂに示すアンテナ装置３００は、複数のスロット１１２の各々をアンテナ素子（放射素子）とするアンテナアレイ装置である。このような構成によれば、放射素子間の中心間隔を、例えば導波路を伝搬する電磁波の自由空間における波長λｏよりも短くすることができる。複数のスロット１１２には、ホーンを設けてもよい。ホーンを設けることで、放射特性または受信特性を向上させることができる。

以上の各例では、第２導電部材１２０上の各ロッド１２４が、軸心に対して回転対称な形状を有する（例えば図２Ａまたは図２Ｂ参照）。これに対し、本開示の実施形態では、第２導電部材上の導波部材（以下、「リッジ」と称する。）または第２導電部材における貫通孔に隣接する導電性ロッド（以下、単に「ロッド」と称する。）が、軸心に対して回転対称ではない形状を有する。より具体的には、リッジまたは貫通孔に隣接するロッドの側面のうち、リッジの側面または貫通孔に面した側面は第２導電部材の表面に実質的に垂直であり、他の少なくとも１つの側面は先端部から基部に向かうほど外側に拡がる形状を有する。このような構造により、リッジまたは貫通孔によって規定される導波路を伝搬する電磁波の伝送損失の低下を抑制し、かつ、所望の特性を有する導波路装置の設計を迅速に行うことができる。

以下、本開示の実施形態の具体的な構成例を説明する。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のを避け、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。以下の説明においては、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。

＜第１の実施形態＞
図９は、本開示の例示的な第１の実施形態による導波路装置が備える第２導電部材１２０と、その上に配置されたリッジ１２２および複数のロッド１２４の構造を示す斜視図である。図１０は、図９に示す構造を＋Ｚ方向から見た場合の平面図である。本実施形態における導波路装置は、図示される第２導電部材１２０、リッジ１２２、および複数のロッド１２４に加え、第１導電部材も備える。第１導電部材は、図１または図８Ａに示す導電部材１１０と同様の導電性のプレートであり得る。第１導電部材は、第２導電部材１２０の導電性表面（第２導電性表面）１２０ａに対向する導電性表面（第１導電性表面）を有し、リッジ１２２およびロッド１２４を覆う。

導波路装置１００は、例えばアンテナ装置の構成要素として用いられ得る。例えば図８Ａに示すような、複数のスロット１１２を有する第１導電部材１１０と組み合せることにより、スロットアンテナアレイを構成できる。図８Ａの例では、２つのリッジ１２２が設けられているが、本実施形態では１つのリッジ１２２が設けられている。第１導電部材１１０における複数のスロット１１２は、リッジ１２２の導波面１２２ａに対向する位置、またはその近傍に配置され得る。

各導電部材は、例えば金属板を加工して成型され得る。ダイキャスト法等によって各導電部材を成形してもよい。また、各導電部材は、樹脂などの絶縁材料の表面にメッキ層を形成することによって作製されてもよい。各導電部材、リッジ１２２、および各ロッド１２４を構成する導電性材料として、例えばマグネシウムなどの金属を用いることができる。

本実施形態におけるリッジ１２２は、屈曲部１２２ｂを有する。リッジ１２２は、Ｙ方向に延びる第１の部分とＸ方向に延びる第２の部分とが屈曲部１２２ｂを介して繋がった構造を有する。なお、図示されているリッジ１２２の構造は一例に過ぎず、リッジ１２２は、導波路のレイアウトに応じて多様な構造を有し得る。リッジ１２２は、延びる方向が２つ以上に分かれる分岐部を有していてもよい。リッジ１２２は、屈曲部や分岐部を有することなく、直線的に延びていてもよい。

本実施形態におけるリッジ１２２は、屈曲部１２２ｂの位置に凹部１２２ｄを有する。凹部１２２ｄは、屈曲部１２２ｂでのインピーダンスの整合度を向上させるために設けられている。屈曲部１２２ｂから−Ｙ方向に沿って延びる第１の部分には、先端部に近付くほど高さが増加する段差が含まれる。一方、屈曲部１２２ｂから＋Ｘ方向に延びる第２の部分には、先端部に近付くほど高さが減少する段差が含まれる。これらの段差も、インピーダンスの整合度の向上に寄与する。

第２導電部材１２０は、貫通孔１２６を有する。貫通孔１２６は、リッジ１２２のうち、Ｘ方向に延びる第２の部分の先端部に隣接する位置にある。貫通孔１２６は、中空導波管として機能し、リッジ１２２と第１導電部材との間の導波路に接続される。貫通孔１２６は、図示されていない他の導波路を介して、マイクロ波集積回路などの電子回路に接続され得る。電子回路は、例えば第２導電部材１２０の背面側（図９に示す−Ｚ方向側）の表面に配置され得る。貫通孔１２６を「ポート」とも称する。第２導電性表面１２０ａに垂直な方向から見た貫通孔１２６の形状は、Ｙ方向に延びた矩形に近い形状である。本明細書では、このような形状を「Ｉ形状」と称することがある。貫通孔１２６の形状は、図示される形状とは異なっていてもよい。例えば、図１８Ａから図１８Ｃに示す実施形態のように、Ｈ形状の貫通孔を設けてもよい。

本実施形態における導波路装置は、第１導電部材と第２導電部材１２０との二層構造を備える。導波路装置１００は、三層構造または四層以上の構造を備えていてもよい。その場合、導波路装置１００は、第１導電部材と、第２導電部材１２０と、第３導電部材とをこの順に備える。それらの３つの導電部材は、互いに間隙を空けて積層される。第２導電部材１２０と第３導電部材との間にも、図９に示すリッジ導波路と同様の導波路構造が形成されていてもよい。

図９および図１０に示す例において、複数のロッド１２４は、リッジ１２２および貫通孔１２６を囲んでいる。複数のロッド１２４は、リッジ１２２にのみ隣接する第１ロッド１２４Ａと、貫通孔１２６にのみ隣接する第２ロッド１２４Ｂと、リッジ１２２および貫通孔１２６の両方に隣接する第３ロッド１２４Ｃと、リッジ１２２および貫通孔１２６のいずれにも隣接しない第４ロッド１２４Ｄとを含む。なお、図９および図１０において、第１ロッド１２４Ａ、第２ロッド１２４Ｂ、第３ロッド１２４Ｃ、第４ロッド１２４Ｄの一部にのみ、参照符号が付されている。第１ロッド１２４Ａを「リッジ側ロッド」、第２ロッド１２４Ｂを「貫通孔側ロッド」、第３ロッド１２４Ｃを「リッジ側兼貫通孔側ロッド」と呼ぶこともある。本明細書において、第１ロッド１２４Ａ、第２ロッド１２４Ｂ、第３ロッド１２４Ｃ、第４ロッド１２４Ｄを区別せずに言及するときは、単に「ロッド１２４」と称する。

第１ロッド１２４Ａは、リッジ１２２の両側において、リッジ１２２に沿って配置されており、その個数は第２ロッド１２４Ｂおよび第３ロッド１２４Ｃよりも多い。第２ロッド１２４Ｂは、貫通孔１２６の周囲に配置されており、本実施形態ではその個数は５個である。第３ロッド１２４Ｃは、リッジ１２２および貫通孔１２６の近傍に配置され、その個数は２個と最も少ない。第４ロッド１２４Ｄは、第１ロッド１２４Ａ、第２ロッド１２４Ｂ、および第３ロッド１２４Ｃの周囲に配置されている。第４ロッド１２４Ｄの個数は、他のロッド１２４Ａ、１２４Ｂ、１２４Ｃの個数よりも多い。

図１１は、図１０におけるＡ−Ａ線断面の構造の一部を示す断面図である。図１１には、リッジ１２２の両側に位置する２つの第１ロッド１２４Ａと、その外側にある２つの第４ロッド１２４Ｄとが例示されている。各第１ロッド１２４Ａは、四角柱に近い形状を有する。しかし、各第１ロッド１２４Ａは、リッジ１２２の側面に対向する側面１２４ｓ１（以下、「第１側面」と称する。）を除く側面１２４ｓ２（以下、「第２側面」と称する。）が、先端部１２４ａから基部１２４ｂに向かうにつれて軸心（図１１において２点鎖線で表示）から外側に離れる形状を有する。本実施形態において、側面１２４ｓ２は、先端部１２４ａから基部１２４ｂに向かうにつれて軸心に対する傾斜角が増加する傾斜面である。これに対し、第１側面１２４ｓ１は、平坦で、かつ第２導電性表面１２０ａに実質的に直交している。基部１２４ｂにおける軸心から第１側面１２４ｓ１までの距離は、基部１２４ｂにおける軸心から第２側面１２４ｓ２までの距離よりも小さい。各第１ロッド１２４Ａの幅（Ｘ方向およびＹ方向における寸法を意味する。）は、先端部１２４ａから基部１２４ｂに向かうにつれて単調に増加する。本実施形態における各第１ロッド１２４Ａの先端部１２４ａの角は、僅かに面取りされている。面取りは任意であり、なくてもよい。

一方、各第４ロッド１２４Ｄについては、いずれの側面も、先端部１２４ａから基部１２４ｂに向かうにつれて軸心から離れる傾斜面である。各第４ロッド１２４Ｄの幅も、先端部１２４ａから基部１２４ｂに向かうにつれて単調に増加する。各第４ロッド１２４Ｄの先端部の角は、第１ロッド１２４Ａよりも大きく面取りされている。

通常、ロッドには傾斜面がない方が、設計が容易である。一方、本発明者らの検討によれば、ロッドに傾斜面を設けた方が、インピーダンス整合を実現し易い（特許文献４参照）。本実施形態では、リッジ１２２の側面に対向する側面１２４ｓ１には傾斜が設けられておらず、それ以外の側面１２４ｓ２には傾斜が設けられている。このような構造により、インピーダンス整合と設計容易性とを両立することができる。本実施形態ではさらに、リッジ１２２に凹部１２２ｄが設けられていることにより、インピーダンスの整合度がさらに向上する。

図１２は、貫通孔１２６の周囲の構造を拡大して示す図である。図１２に示すように、貫通孔１２６の周囲に、５個の第２ロッド１２４Ｂおよび２個の第３ロッド１２４Ｃが配置されている。

各第２ロッド１２４Ｂは、第１ロッド１２４Ａと同様、四角柱に近い形状を有する。しかし、各第２ロッド１２４Ｂは、貫通孔１２６に面した側面以外の少なくとも１つの側面が、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。本実施形態において、当該側面は、先端部から基部に向かうにつれて軸心に対する傾斜角が増加する傾斜面である。これに対し、貫通孔１２６に面した側面は、平坦で、かつ第２導電性表面１２０ａに実質的に直交している。基部において、軸心から貫通孔１２６に面した側面までの距離は、軸心から貫通孔１２６に面していない側面までの距離よりも小さい。各第２ロッド１２４Ｂの幅は、先端部から基部に向かうにつれて単調に増加する。本実施形態における各第２ロッド１２４Ｂの先端部の角は、僅かに面取りされている。面取りは任意であり、なくてもよい。

各第３ロッド１２４Ｃも、第１ロッド１２４Ａおよび第２ロッド１２４Ｂと同様、四角柱に近い形状を有する。しかし、各第３ロッド１２４Ｃは、リッジ１２２および貫通孔１２６にそれぞれ面した２つの側面以外の側面が、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。本実施形態において、当該側面は、先端部から基部に向かうにつれて軸心に対する傾斜角が増加する傾斜面である。これに対し、リッジ１２２および貫通孔１２６にそれぞれ面した２つの側面は、平坦で、かつ第２導電性表面１２０ａに実質的に直交している。基部において、軸心からリッジ１２２または貫通孔１２６に面した側面までの距離は、軸心から他の側面までの距離よりも小さい。各第３ロッド１２４Ｃの幅は、先端部から基部に向かうにつれて単調に増加する。本実施形態における各第３ロッド１２４Ｃの先端部の角は、僅かに面取りされている。面取りは任意であり、なくてもよい。

このように、各ロッド１２４の側面のうち、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面は、第２導電部材１２０の導電性表面１２０ａに実質的に垂直であり、他の少なくとも１つの側面は、先端部から基部に向かうにつれて外側に拡がる構造を有する。このような構造により、リッジ１２２によって規定される導波路と、貫通孔１２６内の導波路との間を伝搬する電磁波のエネルギの損失を低減でき、かつ設計を迅速に行うことが可能である。

本実施形態における各ロッド１２４の形状は一例に過ぎない。以下、ロッド１２４の形状の変形例を説明する。

図１３Ａは、ロッド１２４の形状の第１の変形例を示す断面図である。この例におけるロッド１２４は、ロッド１２４の先端部から基部にかけて傾斜角度が２段階に変化する２つの側面を有する。これらの側面の傾斜角度は３段階以上に変化していてもよい。この形状は、第１から第４ロッドのいずれにも適用することができる。但し、第１から第３ロッドに適用される場合、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面は、第２導電部材１２０の導電性表面１２０ａに直交するように構成され得る。

この例のように、導波路装置における複数のロッドの少なくとも１つは、第２導電部材１２０の第２導電性表面１２０ａの法線に対する傾斜角度が２段階以上に変化する側面を有していてもよい。傾斜角度が２段階以上に変化する側面を有するロッドは、第２導電部材１２０上のリッジ１２２または貫通孔１２６に隣接していてもよい。その場合、傾斜角度が２段階以上に変化する側面は、リッジ１２２または貫通孔１２６には面しない。当該側面の、第２導電性表面１２０ａの法線に対する傾斜角度のうち、最大の角度は、そのロッドにおける、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面の、第２導電性表面の法線に対する傾斜角度よりも大きい。

図１３Ｂは、ロッド１２４の形状の第２の変形例を示す図である。この例におけるロッド１２４では、先端部から基部にかけて、第２導電性表面１２０ａの法線に対する傾斜角が一定である少なくとも２つの側面を有する。この形状も、第１から第４ロッドのいずれにも適用することができる。但し、第１から第３ロッドに適用される場合、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面は、第２導電部材１２０の導電性表面１２０ａに直交するように構成され得る。

図１３Ｃは、ロッド１２４の形状の第３の変形例を示す図である。この例におけるロッド１２４では、先端部から基部にかけて、第２導電性表面１２０ａの法線に対する傾斜角が連続的に変化する。このように、先端部から基部にかけてゆるやかに拡がる側面形状を採用してもよい。この形状も、第１から第４ロッドのいずれにも適用することができる。但し、第１から第３ロッドに適用される場合、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面は、第２導電部材１２０の導電性表面１２０ａに直交するように構成され得る。

図１４は、ロッド形状の他の変形例を示す断面図である。この例では、リッジ１２２に隣接する第１ロッド１２４Ａが四角柱状であり、傾斜面が設けられていない。このように、少なくとも１つの第１ロッド１２４Ａが傾斜面を有していなくてもよい。

図１５は、第１ロッド１２４Ａの他の変形例を示す平面図である。この例における第１ロッド１２４Ａは、半円弧状の先端面を有する。リッジ１２２の側面に対向する側面１２４ｓ１は、第２導電性表面１２０ａに対して実質的に垂直である。リッジ１２２の側面に対向しない側面１２４ｓ２は、基部に近付くにつれて外側に拡がる傾斜を有する。複数の第１ロッド１２４Ａの全ての先端面を図１５に示すような半円弧状にしてもよいし、一部の第１ロッド１２４Ａのみ、先端面を半円弧状にしてもよい。例えば、四角柱状の第１ロッド１２４Ａと半円弧状の先端面を持つ第１ロッド１２４Ａとをリッジ１２２に沿って交互に配置してもよい。図１５に示すようなロッドの構造は、第２ロッド１２４Ｂおよび第３ロッド１２４Ｃにも適用可能である。その場合、リッジ１２２または貫通孔１２６に面する側面は、第２導電性表面１２０ａに対して実質的に垂直となるように構成され得る。

＜第２の実施形態＞
図１６は、第２の実施形態における導波路装置の一部の構成を示す平面図である。第２の実施形態では、第２導電部材１２０の上に２つ以上のリッジ１２２が互いに間隔をあけて平行に配置されている。本実施形態における各リッジ１２２の形状は直線状である。２つのリッジ１２２の間には、複数の第１ロッド１２４Ａの列が２列配列されている。リッジ１２２に隣接する第１ロッド１２４Ａの各々は、四角柱に近い形状を有し、先端部の角が小さく面取りされている。この例における各第１ロッド１２４Ａの４つの側面のうち、リッジ１２２の側面に面した側面１２４ｓ１は、第２導電性表面１２０ａに対して実質的に垂直である。残りの側面１２４ｓ２は、基部に向かうにつれて外側に拡がる傾斜面である。

図１７は、第２の実施形態の変形例における導波路装置の一部の構成を示す平面図である。この例においても、２つ以上のリッジ１２２が互いに間隔をあけて平行に配置されている。２つのリッジ１２２の間には、第１ロッド１２４Ａの列が１列配置されている。この例では、各第１ロッド１２４Ａの４つの側面のうち、リッジ１２２の側面に面した２つの側面１２４ｓ１は、第２導電性表面１２０ａに対して実質的に垂直である。残りの側面１２４ｓ２は、基部に向かうにつれて外側に拡がる傾斜面である。

＜第３の実施形態＞
図１８Ａは、第３の実施形態における導波路装置２００の一部を模式的に示す斜視図である。この導波路装置２００は、第１導電部材２１０と、第２導電部材２２０とを備える。第１導電部材２１０および第２導電部材２２０は、図示されていない周辺部において互いに固定され、間隙を隔てて互いに対向している。第１導電部材２１０および第２導電部材２２０はＸＹ面に沿って拡がっている。

図１８Ｂは、図１８Ａに示す第１導電部材２１０の、第２導電部材２２０に対向する側の構造を示す斜視図である。第１導電部材２１０は第１貫通孔２１１を有する。第１導電部材２１０および貫通孔２１１の内壁は、いずれも導電性の表面を有する。

図１８Ｃは、図１８Ａに示す第２導電部材２２０の、第１導電部材２１０に対向する側の構造を示す斜視図である。第２導電部材２２０は、第２貫通孔２２１と、第２貫通孔２２１の中央部を間に挟んで位置する一対の導波壁２０３（凸部）と、一対の導波壁２０３を囲む複数の導電性のロッド１２４とを有する。一対の導波壁２０３は、Ｙ方向に並んでいる。ロッド１２４は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って行列状に配列されている。なお、ロッド１２４は、行または列に沿って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良い。貫通孔２２１の内壁、一対の導波壁２０３、および複数のロッド１２４は、いずれも導電性の表面を有している。

導波路装置２００は、積層された複数の導電部材を備えるアンテナ装置の一部として使用され得る。貫通孔２１１および２２１を通して、図示されていない他の層にある２つの導波路を接続することができる。例えば、貫通孔２１１および２２１を通して垂直方向に伝搬した電磁波を、他の層におけるＷＲＧ構造（例えば図９に示す構造）によってさらに伝搬させることもできる。

本実施形態における第１貫通孔２１１および第２貫通孔２２１のそれぞれの開口は、Ｘ方向に延びる横部分と、横部分の両端からＹ方向に延びる一対の縦部分とを有する。横部分の両端は、一対の縦部分の中央部に接続されている。このような形状は、アルファベットの「Ｈ」に類似するため、「Ｈ形状」と称することがある。

各貫通孔２１１、２２１の内壁面は、内側に向かって突出する２つの突出部を有する。２つの突出部の間の部分が、横部分に該当する。この例では縦部分は横部分に対して垂直に延びているが、必ずしも垂直に延びている必要はない。

Ｈ型形状を有する貫通孔２２１は、横部分の中心点から縦部分のいずれかの端部までの、横部分および縦部分に沿った長さの２倍が、使用される周波数帯域の中心周波数に対応する自由空間波長λｏの半分以上になるように設計され得る。これにより、一対の突出部および一対の導波壁２０３の側面に沿って電磁波を伝搬させることができる。

貫通孔２１１、２２１は、Ｈ形状とは異なる形状を有していてもよい。例えば、Ｘ方向に延びる横部分のみを含むＩ形状を有していてもよい。第１貫通孔２１１および第２貫通孔２２１の形状、大きさ、および配置は、電磁波を相互に伝搬できる範囲において、自由に選択することができる。

本実施形態における第２導電部材２２０は、例えば、貫通孔および複数のロッドを有する樹脂製の中間部材の表面にメッキ層を形成することによって作製され得る。

複数のロッド１２４は、Ｙ方向において一対の導波壁２０３の外側に位置する２つの導波壁側ロッド１２４Ｅ（以下、「第５ロッド１２４Ｅ」と称する。）を含む。第５ロッド１２４Ｅは、前述の第１ロッド１２４Ａまたは第２ロッド１２４Ｂに類似する形状を有する。

図１９Ａは、図１８Ａに示す導波路装置２００の、一対の導波壁２０３を通るＹＺ面断面を示す図である。第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、導波壁２０３の側面に対向する側面は、平坦で、かつ第２導電部材２２０の導電性表面２２０ａに実質的に直交する。第５ロッド１２４Ｅの残りの側面は、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。第５ロッド１２４Ｅ以外のロッド１２４Ｄについては、いずれの側面も、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。図１９Ａの例では、傾斜面は各ロッドの基部付近にのみ設けられており、各側面の先端部付近は第２導電性表面２２０ａに対して実質的に垂直である。

図１９Ｂは、本実施形態の変形例を示す断面図である。この例では、第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、導波壁２０３の側面に対向する側面以外の側面が、ロッドの軸心に対して一定の傾斜角で傾斜している。他のロッド１２４Ｄの各側面も同様の傾斜面である。

図１９Ｃは、本実施形態の他の変形例を示す断面図である。この例では、第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、導波壁２０３の側面に対向する側面以外の側面が、先端部から基部に向かうにつれて緩やかに軸心から離れる。他のロッド１２４Ｄの各側面も同様の傾斜面である。

次に、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して、導波壁２０３の変形例を説明する。

図２０Ａは、本変形例における第１導電部材２１０を示す斜視図である。図２０Ｂは、本変形例における第２導電部材２２０を示す斜視図である。本変形例では、第１導電部材２１０が第１導波壁２１３を備え、第２導電部材２２０が第２導波壁２２３を備えている。第１導波壁２１３は第１貫通孔２１１を囲む。第２導波壁２２３は第２貫通孔２２１を囲む。それ以外の点は前述の構成と同様である。この例においても、貫通孔２２１および導波壁２２３の外側に複数のロッド１２４が配置されている。複数のロッド１２４は、導波壁２２３に隣接する複数の第５ロッド１２４Ｅを含む。

図２１Ａは、図２０Ｂに示す導波壁２２３の中央にある一対の突出部を通るＹＺ面断面を示す図である。第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、第２導波壁２２３の側面に対向する側面は、平坦で、かつ第２導電部材２２０の導電性表面２２０ａに実質的に直交する。第５ロッド１２４Ｅの残りの側面は、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。第５ロッド１２４Ｅ以外のロッド１２４Ｄについては、いずれの側面も、先端部から基部に向かうにつれて軸心から外側に離れる形状を有する。図２１Ａの例では、傾斜面は各ロッドの基部付近にのみ設けられており、各側面の先端部付近は第２導電性表面２２０ａに対して実質的に垂直である。

図２１Ｂは、本実施形態の変形例を示す断面図である。この例では、第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、第２導波壁２２３の側面に対向する側面以外の側面が、ロッドの軸心に対して一定の傾斜角で傾斜している。他のロッド１２４Ｄの各側面も同様の傾斜面である。

図２１Ｃは、本実施形態の他の変形例を示す断面図である。この例では、第５ロッド１２４Ｅの側面のうち、第２導波壁２２３の側面に対向する側面以外の側面が、先端部から基部に向かうにつれて緩やかに軸心から離れる。他のロッド１２４Ｄの各側面も同様の傾斜面である。

＜第４の実施形態＞
続いて、導波路装置と、当該導波路装置における導波路に接続された少なくとも１つのアンテナ素子（放射素子）とを備えたアンテナ装置の実施形態を説明する。「導波路に接続される」とは、当該導波路に直接的に、または他の導波路を介して間接的に接続されることを意味する。本実施形態におけるアンテナ装置は、信号の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。

図２２Ａは、複数のスロット（開口部）が配列されたアンテナ装置（アンテナアレイ）の例を示す図である。図２２Ａはアンテナ装置を＋Ｚ方向から見た上面図である。図２２Ｂは、図２２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図示されるアンテナ装置においては、放射素子として機能する複数のスロット１１２に直接的に結合する複数のリッジ１２２Ｕを含む第１の導波層１０ａと、複数のロッド１２４Ｍおよび不図示の導波壁を含む第２の導波層１０ｂと、第１の導波層１０ａのリッジ１２２Ｕに導波壁を介して結合する他のリッジ１２２Ｌを含む第３の導波層１０ｃとが積層されている。第１の導波層１０ａにおける複数のリッジ１２２Ｕ、および複数のロッド１２４Ｕは、第１導電部材２１０上に配置されている。第２の導波層１０ｂにおける複数のロッド１２４Ｍおよび不図示の導波壁は、第２導電部材２２０上に配置されている。第３の導波層１０ｃにおけるリッジ１２２Ｌおよび複数のロッド１２４Ｌは、第３導電部材２３０上に配置されている。

このアンテナ装置は、第１の導波層１０ａにおけるリッジ１２２Ｕおよびロッド１２４Ｕを覆う導電部材１１０をさらに備えている。導電部材１１０は、４行４列に配列された１６個のスロット（開口部）１１２を有する。導電部材１１０には、各スロット１１２を囲む側壁１１４が設けられている。側壁１１４は、スロット１１２の指向性を調整するホーンを形成している。この例におけるスロット１１２の個数および配列は、例示的なものに過ぎない。スロット１１２の向きおよび形状も、図示される例に限定されない。例えば、Ｈ型形状のスロットを用いてもよい。ホーンの側壁１１４の傾斜の有無および角度、ならびにホーンの形状も、図示されている例に限定されない。

図２３Ａは、第１導電部材２１０におけるリッジ１２２Ｕおよびロッド１２４Ｕの平面レイアウトを示す図である。図２３Ｂは、第２導電部材２２０におけるロッド１２４Ｍ、導波壁２０３および貫通孔２２１の平面レイアウトを示す図である。図２３Ｃは、第３導電部材２３０におけるリッジ１２２Ｌおよびロッド１２４Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図に示すように、第１導電部材２１０におけるリッジ１２２Ｕは直線状（ストライプ状）に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第３導電部材２３０におけるリッジ１２２Ｌは延びる方向が２つに分かれる分岐部および延びる方向が変化する屈曲部の両方を有している。第１導電部材２１０における貫通孔２１１と第２導電部材２２０における貫通孔２２１との間には、図２３Ｂに示すように、一対の導波壁２０３が配置されている。なお、本実施形態では、図１８Ｃに示すタイプの導波壁２０３が設けられているが、代わりに図２０Ａおよび図２０Ｂに示すタイプの導波壁２１３、２２３を設けてもよい。

図２３Ａには示されていないが、複数のロッド１２４Ｕのうち、リッジ１２２Ｕまたは貫通孔２１１に隣接するロッドの側面は、実施形態１におけるリッジ１２２または貫通孔１２６に隣接するロッドの側面と同様の構造を有する。すなわち、リッジ１２２Ｕに隣接するロッドの、リッジ１２２Ｕの側面に対向する側面は、導電部材２１０の表面に実質的に垂直であり、残りの側面は、先端部から基部に向かうにつれて、徐々に外側に拡がる形状を有する。また、貫通孔２１１に隣接するロッドの、貫通孔２１１に面する側面は、導電部材２１０の表面に実質的に垂直であり、残りの側面は、先端部から基部に向かうにつれて、徐々に外側に拡がる形状を有する。

図２３Ｂに示す例では、第２導電部材２２０上に４個の貫通孔２２１がある。それらの貫通孔２２１の各々の中央部を間に挟んで位置する一対の導波壁２０３が４組存在する。第１導電部材２１０におけるリッジ１２２Ｕは、貫通孔２１１、一対の導波壁２０３、および貫通孔２２１を通じて第３導電部材２３０におけるリッジ１２２Ｌに結合する。言い換えると、第３導電部材２３０上のリッジ１２２Ｌに沿って伝搬してきた電磁波は、貫通孔２２１、一対の導波壁２０３、および貫通孔２１１を通って第１導電部材２１０上のリッジ１２２Ｕに達し、リッジ１２２Ｕに沿って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の直下に位置するリッジ１２２Ｕに結合し、リッジ１２２Ｕに沿って伝搬する。リッジ１２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、貫通孔２１１、一対の導波壁２０３、および貫通孔２２１を通って第３導電部材２３０上のリッジ１２２Ｌに達し、リッジ１２２Ｌに沿って伝搬することも可能である。

リッジ１２２Ｌは、第３導電部材２３０が有するポート（貫通孔）１４５Ｌを介して、外部にある導波路装置または高周波回路などの電子回路に結合され得る。図２３Ｃには、一例として、ポート１４５Ｌに接続された電子回路２９０が示されている。電子回路２９０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２９０は、例えば、第３導電部材２３０の背面側（図２２Ｂにおける下側）の回路基板に配置され得る。このような電子回路は、例えば、ミリ波を生成または受信するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのマイクロ波集積回路を含み得る。電子回路２９０は、マイクロ波集積回路に加えて、他の回路、例えば、信号処理回路をさらに含んでいてもよい。そのような信号処理回路は、例えばアンテナ装置を備えたレーダシステムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。電子回路２９０は、通信回路を含んでいてもよい。通信回路は、アンテナ装置を備えた通信システムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。

なお、電子回路と導波路とを接続する構造は、例えば、米国特許出願公開第２０１８／０３５１２６１、米国特許出願公開第２０１９／０００６７４３、米国特許出願公開第２０１９／０１３９９１４、米国特許出願公開第２０１９／００６７７８０、米国特許出願公開第２０１９／０１４０３４４、および国際特許出願公開第２０１８／１０５５１３に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

図２３Ｂには示されていないが、複数のロッド１２４Ｍのうち、貫通孔２２１または導波壁２０３に隣接するロッドの側面は、実施形態３における貫通孔２２１または導波壁２０３に隣接するロッドの側面と同様の構造を有する。

図２３Ａに示される導電部材１１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図２３Ａに示される第１導電部材２１０上のリッジ１２２Ｕおよびロッド１２４Ｕの全体を含む層を「励振層」と呼び、図２３Ｂに示される第２導電部材２２０上のロッド１２４Ｍおよび導波壁２０３の全体を含む層を「中間層」と呼び、図２３Ｃに示される第３導電部材２３０上のリッジ１２２Ｌおよびロッド１２４Ｌの全体を含む層を「分配層」と呼んでも良い。また、「励振層」、「中間層」、および「分配層」をまとめて「給電層」と呼んでも良い。「放射層」、「励振層」、「中間層」、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。

この例におけるアンテナアレイでは、図２２Ｂからわかるように、プレート状の複数の導電部材が積層されているため、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している。例えば、図２２Ｂに示す断面構成を持つ積層構造体の高さ（厚さ）を２０ｍｍ以下にすることができる。

図２３Ｃに示されるリッジ１２２Ｌによれば、第３導電部材２３０のポート１４５Ｌから第１導電部材２１０の各貫通孔２１１（図２３Ａ参照）までの、リッジ１２２Ｌに沿って測った距離がすべて等しい。このため、第３導電部材２３０のポート１４５Ｌからリッジ１２２Ｌに入力された信号波は、第１導電部材２１０の４つの貫通孔２１１のそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第１導電部材２１０上に配置された４個のリッジ１２２Ｕは、同位相で励振され得る。

なお、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。励振層および分配層におけるリッジ１２２のネットワークパターンは任意であり、各リッジ１２２が互いに異なる信号を独立して伝搬するように構成されていても良い。

本実施形態における第１導電部材２１０上のリッジ１２２Ｕは分岐部も屈曲部も有していないが、励振層として機能する部分が分岐部および屈曲部の少なくとも一方を有するリッジを備えていても良い。前述したように、導波路装置内の全てのロッドが同様の形状を有している必要はない。

本実施形態によれば、第１導電部材２１０における貫通孔２１１と第２導電部材２２０における貫通孔２２１との間で、導電性の一対の導波壁２０３を介して直接的に電磁波を伝搬させることができる。第２導電部材２２０上で不要な伝搬が生じないため、第２導電部材２２０上に他の導波路、回路基板、またはカメラ等の構造物を配置することができる。このため、装置の設計の自由度を向上させることができる。なお、本実施形態では第１導電部材２１０と第２導電部材２２０との間に導波壁を配置しているが、導波壁は他の位置に配置してもよい。

励振層、分配層を構成するに当たっては、導波路における様々の回路要素を利用する事ができる。それらの例は、例えば米国特許第１００４２０４５、米国特許第１００９０６００、米国特許第１０１５８１５８、国際特許出願公開第２０１８／２０７７９６、国際特許出願公開第２０１８／２０７８３８、米国特許出願公開第２０１９／００７４５６９に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。

図２４Ａは、更に別の変形例に係るスロットアンテナ装置における１つの放射素子を示す斜視図である。図２４Ａに示す放射素子において、導電部材１１０と他の導電部材１６０との間隔を離して示した図である。この例におけるスロットアンテナ装置は、導電部材１１０の正面側の導電性表面１１０ｂに対向する導電性表面を有する他の導電部材１６０をさらに備える。他の導電部材１６０は、この例では、４つの他のスロット１１１を有している。図２４Ｂは、わかり易さのため、導電部材１１０、１６０の間隔を広げた状態を示す図である。

図２２Ａにおける各スロット１１２は、ホーンに連通しているが、図２４Ａおよび図２４Ｂの例ではスロット１１２はキャビティ１８０に連通している。キャビティ１８０は、導電性表面１１０ｂ、導電部材１１０の正面側に配置された複数のロッド１７０、および他の導電部材１６０の背面側の導電性表面によって囲まれた平坦な空洞である。図２４Ａおよび図２４Ｂの例において、複数のロッド１７０の先端と他の導電部材１６０の背面側の導電性表面との間には間隙がある。複数のロッド１７０の基部は導電部材１１０における導電性表面１１０ｂに接続されている。複数のロッド１７０が、他の導電部材１６０に接続される構成を採用してもよい。ただし、その場合、複数のロッド１７０の先端と導電性表面１１０ｂとの間には、間隙が確保される。

導電部材１６０は、４つのスロット１１１を有しており、いずれのスロット１１１もキャビティ１８０に連通する。スロット１１２からキャビティ１８０内に放射された信号波は、４つのスロット１１１を介して導電部材１６０の正面側に放射される。なお、導電部材１６０の正面側にホーンを設置し、スロット１１１がそのホーンの底部に開口する構造を採用してもよい。この場合、スロット１１２から放射された信号波は、キャビティ１８０、スロット１１１、およびホーンを介して放射される。

次に、本開示の実施形態における各貫通孔（スロットまたはポート）の形状の変形例を説明する。貫通孔の軸に垂直な断面は、例えば以下に説明する形状を有していてもよい。以下の変形例は、本開示のいずれの実施形態においても同様に適用できる。

図２５における（ａ）は、楕円形状の導波管の例を示している。図中において矢印で示す導波管の長半径Ｌａは、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように設定される。より具体的には、Ｌａは、動作周波数帯域の中心周波数に対応する自由空間中での波長をλｏとして、λｏ／４＜Ｌａ＜λｏ／２に設定され得る。

図２５における（ｂ）は、一対の縦部分２１７Ｌおよび一対の縦部分２１７Ｌを繋ぐ横部分２１７Ｔを有するＨ型形状を有する導波管の例を示している。横部分２１７Ｔは、一対の縦部分２１７Ｌに実質的に垂直であり、一対の縦部分２１７Ｌのほぼ中央部同士を繋いでいる。このようなＨ型形状の導波管でも、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように、その形状およびサイズが決定される。横部分２１７Ｔの中心線ｇ２と横部分２１７Ｔに垂直なＨ型形状全体の中心線ｈ２との交点と、中心線ｇ２と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ２との交点との間の距離をＬｂとする。中心線ｇ２と中心線ｋ２との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｂとする。ＬｂとＷｂとの和は、λｏ／４＜Ｌｂ＋Ｗｂ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｂを相対的に長くすることにより、距離Ｌｂを相対的に短くすることができる。これによりＨ型形状のＸ方向の幅を例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

図２５における（ｃ）は、横部分２１７Ｔおよび横部分２１７Ｔの両端から延びる一対の縦部分２１７Ｌを有する導波管の例を示している。一対の縦部分２１７Ｌの横部分２１７Ｔから延びる方向は横部分２１７Ｔに実質的に垂直であり、互いに逆である。横部分２１７Ｔの中心線ｇ３と横部分２１７Ｔに垂直な全体形状の中心線ｈ３との交点と、中心線ｇ３と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ３との交点との間の距離をＬｃとする。中心線ｇ３と中心線ｋ３との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｃとする。ＬｃとＷｃとの和は、λｏ／４＜Ｌｃ＋Ｗｃ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｃを相対的に長くすることにより、距離Ｌｃを相対的に短くすることができる。これにより、図２５における（ｃ）の全体形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

図２５における（ｄ）は、横部分２１７Ｔおよび横部分２１７Ｔの両端から横部分２１７Ｔに垂直な同じ方向に延びる一対の縦部分２１７Ｌを有する導波管の例を示している。このような形状を、本明細書では「Ｕ字形状」と称することがある。なお、図２５における（ｄ）に示す形状は、Ｈ字形状の上半分の形状と考えることもできる。横部分２１７Ｔの中心線ｇ４と横部分２１７Ｔに垂直なＵ字形状全体の中心線ｈ４との交点と、中心線ｇ４と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ４との交点との間の距離をＬｄとする。中心線ｇ４と中心線ｋ４との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｄとする。ＬｄとＷｄとの和は、λｏ／４＜Ｌｄ＋Ｗｄ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｄを相対的に長くすることにより、距離Ｌｄを相対的に短くすることができる。これにより、Ｕ形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。

本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、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またはレーダシステムに好適に用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続されたＭＭＩＣなどの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。

信号処理回路は、例えば、マイクロ波集積回路によって受信された信号に基づき、到来波の方位を推定する処理等を行う。信号処理回路は、例えば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などのアルゴリズムを実行して、到来波の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成され得る。信号処理回路は、さらに、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ように構成されていてもよい。

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として機能し得る。

本開示の実施形態のアンテナ装置は、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アンテナ装置は、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アンテナ装置と、通信回路（送信回路または受信回路）とを備える。送信回路は、例えば、送信すべき信号を表す信号波をスロットアレイアンテナ内の導波路に供給するように構成され得る。受信回路は、スロットアレイアンテナを介して受信された信号波を復調してアナログまたはデジタルの信号として出力するように構成され得る。

本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、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。アンテナ装置はまた、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。

ＷＲＧ構造を有するスロットアレイアンテナを備えたレーダシステム、通信システム、および各種監視システムの応用例が、例えば米国特許第９７８６９９５号明細書および米国特許第１００２７０３２号に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。本開示のスロットアレイアンテナは、これらの文献に開示された各応用例に適用することができる。

本開示の導波路装置およびアンテナ装置は、電磁波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用いられ得る。

１００ 導波路装置
１１０ 第１導電部材
１１０ａ 第１導電部材の導電性表面
１１２ スロット
１１４ ホーンの側壁
１２０ 第２導電部材
１２０ａ 第２導電部材の導電性表面
１２２ リッジ
１２２ａ 導波面
１２２ｂ 屈曲部
１２２ｄ 凹部
１２４ ロッド
１２４Ａ 第１ロッド
１２４Ｂ 第２ロッド
１２４Ｃ 第３ロッド
１２４Ｄ 第４ロッド
１２４Ｅ 第５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
１２６ 貫通孔
１３０ 中空導波管
１３２ 中空導波管の内部空間
２００ 導波路装置
２０３ 導波壁
２１０ 第１導電部材
２１１ 貫通孔
２２０ 第２導電部材
２２１ 貫通孔
２９０ 電子回路
３００ アンテナ装置

Claims (12)

1. 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２導電性表面から突出する導電性のリッジであって、前記第１導電性表面に対向して延びる導波面を有するリッジと、
   前記リッジの両側に配置された導電性の複数のロッドであって、各々が前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する複数のロッドと、
   を備え、
   前記導波面と前記第１導電性表面との間には導波路が規定され、
   前記複数のロッドは、前記リッジに隣接する１つ以上の第１ロッドを含み、
   各第１ロッドは、前記リッジの側面に対向する第１側面と、前記リッジの側面に対向しない第２側面とを有し、
   前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、
   前記第２側面は、前記第１ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第１ロッドの軸心から外側に離れる形状を有し、
   前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第２側面までの距離よりも小さい、
   導波路装置。
2. 前記リッジは、屈曲部および分岐部の少なくとも一方を有し、
   前記１つ以上の第１ロッドの少なくとも１つの前記第１側面は、前記リッジの前記屈曲部または前記分岐部における側面に対向する、
   請求項１に記載の導波路装置。
3. 前記第２導電部材は、前記導波面と前記第１導電性表面との間の前記導波路に繋がる貫通孔を有し、
   前記複数のロッドは、前記貫通孔に隣接する１つ以上の第２ロッドを含み、
   各第２ロッドは、前記貫通孔の側に位置する第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有し、
   前記第２ロッドの各々において、
   前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、
   前記第２側面は、前記第２ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第２ロッドの軸心から外側に離れる形状を有し、
   前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第２側面までの距離よりも小さい、
   請求項１または２に記載の導波路装置。
4. 前記複数のロッドは、前記リッジおよび前記貫通孔の両方に隣接する１つ以上の第３ロッドを含み、
   各第３ロッドは、
   前記リッジの側面に対向する第１側面と、
   前記貫通孔の側に位置する第２側面と、
   前記第１側面および前記第２側面とは異なる第３側面とを有し、
   前記第３ロッドの各々において、
   前記第１側面および前記第２側面の各々は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、
   前記第３側面は、前記第３ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記第３ロッドの軸心から外側に離れる形状を有し、
   前記基部における前記軸心から前記第１側面までの距離は、前記基部における前記軸心から前記第３側面までの距離よりも小さい、
   請求項３に記載の導波路装置。
5. 前記リッジを第１リッジとするとき、
   前記導波路装置は、前記第１リッジから間隙を空けて位置する導電性の第２リッジをさらに備え、
   前記第２リッジは、前記第２導電性表面から突出し、前記第１導電性表面に対向して延びる導波面を有し、前記導波面と前記第１導電性表面との間には導波路が規定され、
   前記複数のロッドは、前記第１リッジと前記第２リッジとの間に位置する１列以上のロッド列を含み、
   前記ロッド列に含まれる少なくとも１つのロッドは、
   前記第１リッジまたは前記第２リッジの側面に対向する第１側面と、
   前記第１リッジおよび前記第２リッジのいずれの側面にも対向しない第２側面と、
   を有し、
   前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、
   前記第２側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載の導波路装置。
6. 前記第１リッジと前記第２リッジとの間に位置する前記１列以上のロッド列は、１列のロッド列であり、
   前記ロッド列に含まれる各ロッドの側面のうち、前記第１リッジの前記側面に対向する側面、および前記第２リッジの前記側面に対向する側面の各々は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、他の側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する、
   請求項５に記載の導波路装置。
7. 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、および導波路として機能する貫通孔を有する第２導電部材と、
   導電性の複数のロッドであって、各々が前記第２導電性表面に接続された基部と、前記第１導電性表面に対向する先端部を有する複数のロッドと、
   を備え、
   前記複数のロッドは、前記貫通孔に隣接する１つ以上のロッドを含み、
   前記１つ以上のロッドの各々は、前記貫通孔の側に位置する第１側面と、前記第１側面とは異なる第２側面とを有し、
   前記第１側面は、平坦で、かつ前記第２導電性表面に実質的に直交し、
   前記第２側面は、前記ロッドの前記先端部から前記基部に向かうにつれて前記ロッドの軸心から外側に離れる形状を有する、
   導波路装置。
8. 前記第２導電部材、前記リッジ、および前記複数のロッドの少なくとも一部分は、前記少なくとも一部分の形状を規定する誘電体製の部材と、前記部材の表面を覆う導電材料の層とを含む、請求項１から７のいずれかに記載の導波路装置。
9. 前記複数のロッドの少なくとも１つは、前記第２導電性表面の法線に対する傾斜角度が２段階以上に変化する側面を有する、請求項１から８のいずれかに記載の導波路装置。
10. 前記傾斜角度が２段階以上に変化する前記側面を有する前記ロッドは、前記第２導電部材上のリッジまたは貫通孔に隣接し、
    前記側面は、前記リッジまたは前記貫通孔に面しておらず、
    前記側面の、前記第２導電性表面の前記法線に対する傾斜角度のうち、最大の角度は、前記ロッドにおける、前記リッジまたは前記貫通孔に面する側面の、前記第２導電性表面の前記法線に対する傾斜角度よりも大きい、
    請求項９に記載の導波路装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の導波路装置と、
    前記導波路装置に接続された１つ以上のアンテナ素子と、
    を備えたアンテナ装置。
12. 請求項１１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マイクロ波集積回路と、
    を備えるレーダ装置。

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