JP2020108147A - アンテナ装置、レーダーシステム、および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】リッジ部分への電界の集中の程度が緩和されたリッジホーンアンテナを実現する。【解決手段】アンテナ装置は、導電性表面、および前記導電性表面に開口するスロットを有する導電部材と、前記スロットの両側において前記導電性表面から突出する導電性の一対の側壁であって、第１の方向に並び、各々が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びる一対の側壁と、前記導電性表面から突出し前記第２の方向に沿って延びる導電性の一対のリッジであって、前記導電性表面に垂直な第３の方向から見た場合に前記スロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する一対のリッジと、を備える。前記スロットの内部、および前記一対のリッジの前記端面の間の空間に、外部空間に繋がる導波路が規定される。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、アンテナ装置、レーダーシステム、および通信システムに関する。

ホーンアンテナは、比較的広い周波数帯域の電磁波を放射または受信できる等の、好ましい特性を備えている。このため、ホーンアンテナを備えるアンテナ装置が広く用いられている。例えば特許文献１は、ホーンの内部に段差を有する一対のリッジを備えたホーンアンテナの例を開示している。このような、一対のリッジを備えるホーンアンテナを、本明細書において「リッジホーンアンテナ」または単に「リッジホーン」と称する。

米国特許第５３５９３３９号明細書

リッジホーンは、比較的広い周波数帯域において動作させることができる。しかし、電磁波の放射時または受信時に、一対のリッジの間に電界が集中するため、リッジを有しない一般的なホーンアンテナと比較して、ホーン開口の中央部に電界が集中し易い。このような特性は通常は問題にはならないが、用途によっては問題になり得る。例えば、Ｅ面方向（即ち、集中する電界の振動方向）に配列された複数のリッジホーンを備えるアレイアンテナはその一例である。そのようなアレイアンテナでは、Ｅ面方向に配列された複数のリッジホーンの間隔が、放射または受信される電磁波の自由空間における波長λｏを超えると、グレーティングローブが現れる。グレーティングローブは、アレイアンテナの多くの用途において、性能の劣化を招く。リッジ部分への電界の集中を緩和できれば、グレーティグローブを抑制できると考えられる。また、単数のリッジホーンを備えるアンテナ装置においても、リッジ部分への電界の集中を抑制することが求められる場合がある。

本開示は、リッジ部分への電界の集中の程度が緩和されたリッジホーンを実現するための技術を提供する。

本開示の一態様に係るアンテナ装置は、導電性表面、および前記導電性表面に開口するスロットを有する導電部材と、前記スロットの両側において前記導電性表面から突出する導電性の一対の側壁であって、第１の方向に並び、各々が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びる一対の側壁と、前記導電性表面から突出し前記第２の方向に沿って延びる導電性の一対のリッジであって、前記導電性表面に垂直な第３の方向から見た場合に前記スロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する一対のリッジと、を備える。前記スロットの内部、および前記一対のリッジの前記端面の間の空間に、外部空間に繋がる導波路が規定される。

本開示の実施形態によれば、リッジ部分への電界の集中の程度が緩和されたリッジホーンを備えるアンテナ装置を実現できる。

本開示の例示的な実施形態によるアンテナ装置１０の一部を示す斜視図である。 第１導電部材１１０の正面側の構造を示す斜視図である。 第１導電部材１１０の正面側の構造を示す平面図である。 部分アレイ１１および１２の一部を示す拡大図である。 部分アレイ１３および１４の一部を示す拡大図である。 図２Ｂに示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本実施形態における各スロット１１２の形状を説明するための図である。 各スロット１１２の形状の他の例を示す図である。 各スロット１１２の形状の他の例を示す図である。 各スロット１１２の形状の他の例を示す図である。 第２導電部材１２０の正面側の構造の一例を示す図である。 第３導電部材１３０の正面側の構造の一例を示す図である。 導波装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 導波装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。 導波装置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。 導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波装置１００を模式的に示す斜視図である。 図９Ａ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。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波装置の他の例を示す図である。 導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ｂ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す図である。 中空導波管７３０の断面を模式的に示す図である。 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。 ２つの中空導波管７３０を並べて配置した導波装置の断面を模式的に示す図である。 アンテナ装置２００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２００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。 スロット１１２毎にホーン１１４を有するアンテナ装置２００の構造の一部を模式的に示す斜視図である。 図１６に示すアンテナ装置２００をＺ方向からみた上面図である。 図１７ＡのＣ−Ｃ線断面図である。 第１の導波装置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。 第２の導波装置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。

まず、本開示の実施形態の概要を説明する。

本開示の実施形態によるアンテナ装置は、導電性表面、および前記導電性表面に開口するスロットを有する導電部材と、前記スロットの両側において前記導電性表面から突出する導電性の一対の側壁であって、第１の方向に並び、各々が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びる一対の側壁と、前記導電性表面から突出し前記第２の方向に沿って延びる導電性の一対のリッジであって、前記導電性表面に垂直な第３の方向から見た場合に前記スロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する一対のリッジと、を備える。前記スロットの内部、および前記一対のリッジの前記端面の間の空間に、外部空間に繋がる導波路が規定される。

上記の構成において、スロット、一対のリッジ、および一対の側壁は、１つのアンテナ素子として機能する。本明細書において、電磁波が放射される側、または電磁波が到来する側を「正面側」と称し、その反対側を「背面側」と称する。上記の一対のリッジおよび一対の側壁は、導電部材の正面側に配置される。電磁波の放射時において、導電部材の背面側から、スロットに高周波の信号波が供給される。それに伴い、スロットの内部（主に中央部）および一対のリッジの端面間の間隙を電磁波が伝搬し、外部空間に放射される。受信時には逆に、外部空間から到来した電磁波が、一対のリッジの端面間の間隙、およびスロットの内部（主に中央部）の空間を伝搬し、導電部材の背面側に伝送される。導電部材の背面側には、スロット内の導波路に繋がる他の導波路が構成され得る。当該他の導波路は、例えばマイクロ波集積回路に接続され得る。マイクロ波集積回路は、送信機および受信機の少なくとも一方として機能する。

上記の構成によれば、スロットの両側に導電性の一対の側壁が存在するため、送信時または受信時に一対のリッジの間に生じる電界の集中の程度を緩和させることができる。一対の側壁は、各スロットが放射または取り込む電磁波の電界強度分布を、第２の方向に広げる作用をもたらす。あるいは、電界の強度が極大を示す位置を、第２の方向において複数個所に分裂させる効果を奏する。このため、リッジ間に電界が集中することによる種々の影響を抑制することができる。例えば、上記のアンテナ素子（即ち、スロット、一対のリッジ、および一対の側壁の組）を複数個備えるアンテナ装置（以下、「アレイアンテナ」とも称する。）において、アンテナ素子間の間隔が比較的広い場合に生じるグレーティングローブの影響を緩和することができる。

なお、本開示において用いられる「スロット」という用語は、いわゆる「スロットアンテナ」のみを意味するものではなく、スロット（slot）という単語が意味する全ての形態を指す。通常、「スロットアンテナ」という専門用語が用いられる場合、そのスロットの深さは、電磁波の波長に比して実質的に無視できるほど小さいことが前提とされる。これに対して、本開示における「スロット」は、そのような浅いスロットに限られない。スロットが深さ方向に大きく拡がり、その下端から給電された電磁波がスロット内を伝搬して上端から放射される場合であっても、本開示においてはその構造を「スロット」と呼ぶ。そして、そのような構造を有するアンテナを、スロットによって実現されるアンテナであると見なす。

前記一対のリッジの各々の一端は、前記第３の方向から見た場合に前記スロットの内側に向かって突出した構造を備えていてもよい。

前記スロットの内表面は、前記第２の方向に沿った間隔が局部的に縮小している互いに対向する２つの面を有していてもよい。前記一対のリッジの前記端面は、前記２つの面にそれぞれ繋がり、前記２つの面の間隔、および前記端面の間隔は、前記外部空間に向かうに従って連続的または段階的に拡大していてもよい。

前記一対のリッジの各々は、前記端面に交差し前記第２の方向に沿って延びる頂面を有する。前記頂面は、前記導電性表面から測った高さが、前記端面に近付くにつれて連続的または段階的に低くなる部分を含んでいてもよい。この構成を実現するために、一対のリッジの各々は、端面から離れた位置に凸部を有していてもよい。各リッジは、凸部に代えて傾斜面を有していてもよい。

前記一対の側壁の各々は、前記スロットの内表面に繋がり連続した一つの面を成す側面を有していてもよい。前記一対の側壁の各々の側面は、前記スロットの内表面に段差を伴って繋がっていてもよい。

前記一対のリッジの端面間の間隙の少なくとも一部は、前記一対の側壁の間に位置していてもよい。前記一対のリッジの各々の一端は、前記一対の側壁の間にあってもよい。前記一対の側壁の前記導電性表面から測った高さは、前記一対のリッジの前記一端における前記導電性表面から測った高さよりも高くてもよい。

前記第３の方向から見た場合に、前記スロットは、前記第１の方向に延びる横部分と、前記横部分にそれぞれ繋がり、前記第２の方向に延びる一対の縦部分とを含む形状を有し、前記一対のリッジの前記端面の前記間隙は、前記スロットの前記横部分に重なり、前記一対の側壁は、前記一対の縦部分にそれぞれ隣接していてもよい。

アンテナ装置は、前記一対の側壁の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備えていてもよい。

前記導電部材は、前記スロットを含む複数のスロットを有していてもよい。その場合、前記アンテナ装置は、前記一対の側壁を含む導電性の複数対の側壁と、前記一対のリッジを含む導電性の複数対のリッジとを備え得る。前記複数対の側壁のうちの各対の側壁は、前記複数のスロットのうちの対応するスロットの両側において前記導電性表面から突出し、前記第２の方向に沿って延び、前記第１の方向に並び、各々が前記第２の方向に沿って延びた構造を備える。前記複数対のリッジのうちの各対のリッジは、前記導電性表面から突出し、前記第３の方向から見た場合に前記複数のスロットのうちの対応するスロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する。前記複数のスロットの内部、および前記複数対のリッジの前記端面の間隙に、複数の導波路が規定される。

上記の構成によれば、アンテナ装置は、複数のアンテナ素子を備える。各アンテナ素子は、スロットと、当該スロットに繋がる一対のリッジと、当該スロットの両側に位置する一対の側壁とを含む。上記構成により、複数のアンテナ素子が例えば一次元または二次元に配列されたアレイアンテナを構成することができる。

前記複数のスロットは、前記第１の方向に並ぶ２つ以上のスロットを含んでいてもよい。この場合、第１の方向に複数のアンテナ素子が配列されたアレイアンテナを構成できる。

前記複数のスロットは、前記第１の方向において隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含んでいてもよい。前記複数対の側壁は、前記第１のスロットの両側に位置する第１の側壁対、および前記第２のスロットの両側に位置する第２の側壁対を含んでいてもよい。前記第１の側壁対の一方の側壁は、前記第２の側壁対の一方の側壁であってもよい。言い換えれば、前記第１のスロットの両側に位置する前記一対の側壁の一方、および前記第２のスロットの両側に位置する前記一対の側壁の一方のそれぞれは、単一の壁状構造体の各一部分であってもよい。この構成によれば、第１の方向において隣り合う２つの側壁が繋がっており単一の壁状構造体を構成する。そのような構成であっても、第１の方向において隣り合う２つのスロットのそれぞれの両側に一対の側壁が存在するものと解釈する。

前記導電性表面のうち、前記第１のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方の基部と、前記第２のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方の基部との間の部分は、平坦面または凹面であってもよい。

前記複数のスロットは、前記第２の方向に並ぶ２つ以上のスロットを含んでいてもよい。この場合、第２の方向に複数のアンテナ素子が配列されたアレイアンテナを構成できる。

前記複数のスロットは、前記第２の方向において隣り合う第１のスロットおよび第３のスロットを含んでいてもよい。前記第１のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方、および前記第３のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方のそれぞれは、単一のリッジ状構造体の各一部分であってもよい。この構成によれば、第２の方向において隣り合う２つのリッジが繋がっており単一のリッジ状構造体を構成する。

前記複数のスロットは、第１のスロットと、前記第１のスロットから前記第１の方向に第１の間隔を空けて位置する第２のスロットと、前記第１のスロットから前記第２の方向に、前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔を空けて位置する第３のスロットと、を含んでいてもよい。

アンテナ装置は、前記複数対の側壁のうち、前記第２の方向に並ぶ前記２つ以上のスロットの両側にそれぞれ位置する２つ以上の側壁の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備えていてもよい。

アンテナ装置は、前記複数対の側壁の全体の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備えていてもよい。

前記導電部材を第１導電部材とし、前記導電性表面を第１導電性表面とするとき、前記第１導電部材は、前記第１導電性表面の反対側に第２導電性表面を有していてもよい。前記アンテナ装置は、前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面を有する第２導電部材と、前記第３導電性表面から突出して前記第２の方向に延びるリッジ状の導波部材であって、前記第２導電性表面および前記スロットに対向する導電性の導波面を有する導波部材と、前記導波部材の両側において前記第３導電性表面から突出し、前記第２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と、をさらに備えていてもよい。

上記構成においては、導波部材の導波面と第２導電性表面との間に導波路が規定される。複数の導電性ロッドは、人工磁気導体として機能し、導波面に沿って伝搬する電磁波の漏出を抑制する。このような導波路を、本明細書において、ワッフルアイアンリッジ導波路（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ Ｒｉｄｇｅ ｗａｖｅＧｕｉｄｅ：ＷＲＧ）またはＷＲＧ導波路と称する。ＷＲＧ導波路は、スロットの内部および各対のリッジの端面間に形成される導波路に接続される。ＷＲＧ導波路は、直接的に、または他の導波路を介してマイクロ波集積回路に接続され得る。マイクロ波集積回路は、送信機および受信機の少なくとも一方として機能する。

本開示の実施形態によるレーダシステムは、上記のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ装置に接続された送信機および受信機の少なくとも一方と、前記送信機に接続されたＤ／Ａコンバータおよび前記受信機に接続されたＡ／Ｄコンバータの少なくとも一方と、前記Ｄ／Ａコンバータおよび前記Ａ／Ｄコンバータの前記少なくとも一方に接続された信号処理回路と、を備える。前記送信機および前記受信機の前記少なくとも一方は、マイクロ波集積回路を含む。前記信号処理回路は、到来方向推定および距離推定の少なくとも一方を実行する。

本開示の他の実施形態による通信システムは、上記のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ装置に接続された送信機および受信機の少なくとも一方と、前記送信機に接続されたＤ／Ａコンバータおよび前記受信機に接続されたＡ／Ｄコンバータの少なくとも一方と、前記Ｄ／Ａコンバータおよび前記Ａ／Ｄコンバータの前記少なくとも一方に接続された信号処理回路と、を備える。前記信号処理回路は、デジタル信号のエンコードおよびデジタル信号のデコードの少なくとも一方を実行する。

以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。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。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。

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。また、以下に説明する実施形態の構成を適宜組み合わせて、他の実施形態を構成してもよい。

（実施形態）
図１は、本開示の例示的な実施形態によるアンテナ装置１０の一部を示す斜視図である。アンテナ装置１０は、複数のアンテナ素子１８０を備えるアレイアンテナである。以下の説明において、アンテナ装置１０を「アレイアンテナ１０」とも称する。アンテナ装置１０は、第１導電部材１１０と、第２導電部材１２０と、第３導電部材１３０とを備える。第１導電部材１１０、第２導電部材１２０、および第３導電部材１３０は、この順に積層されている。第１導電部材１１０は、正面側に第１導電性表面１１０ａを有する。第１導電部材１１０の上に、複数のアンテナ素子１８０を含む放射部が設けられている。

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。以下、この座標系を用いて本開示の実施形態の構成を説明する。＋Ｚ方向側を「正面側」とし、−Ｚ方向側を「背面側」とする。本実施形態においては、Ｘ方向が「第１の方向」、Ｙ方向が「第２の方向」、Ｚ方向が「第３の方向」に該当する。

図２Ａは、第１導電部材１１０の正面側の構造を示す斜視図である。図２Ｂは、第１導電部材１１０の正面側の構造を示す平面図である。図示されるように、このアレイアンテナ１０は、２次元的に配列された複数のアンテナ素子１８０を備える。各アンテナ素子１８０は、リッジホーンアンテナであり、Ｘ方向およびＹ方向に沿って配列されている。

このアレイアンテナ１０は、Ｘ方向に並ぶ４つの部分アレイ１１〜１４を含む。各部分アレイは、Ｙ方向に並ぶ４つのアンテナ素子１８０を含む。部分アレイ１１〜１４は、第１導電部材１１０の背面側に設けられた４つの導波路からそれぞれ給電される。４つの導波路のうちの第１の導波路は部分アレイ１１に給電し、第２の導波路は部分アレイ１２に給電し、第３の導波路は部分アレイ１３に給電し、第４の導波路は部分アレイ１４に給電する。４つの導波路は、第１導電部材１１０と第２導電部材１２０との間に設けられている。これらの導波路の具体的な構造の例については後述する。なお、部分アレイの数、および各部分アレイに含まれるアンテナ素子１８０の数については、用途に応じて適宜調整可能である。また、用途によっては単数のアンテナ素子１８０を備えるアンテナ装置を構成してもよい。

図２Ｂに示すように、本実施形態における部分アレイ１１〜１４は、Ｘ方向（第１の方向）について、最小冗長アレイ（minimum redundancy array）を構成する。すなわち、部分アレイ１１〜１４は、これらの中から任意に選択された２つの部分アレイのＸ方向における間隔（すなわち中心間距離）の冗長性が最小になるように配置されている。より具体的には、部分アレイ１３と部分アレイ１４との間隔をｄとすると、部分アレイ１１と部分アレイ１２との間隔は２ｄ、部分アレイ１２と部分アレイ１３との間隔は３ｄ、部分アレイ１２と部分アレイ１４との間隔は４ｄ、部分アレイ１１と部分アレイ１３との間隔は５ｄ、部分アレイ１１と部分アレイ１４との間隔は６ｄである。このように、部分アレイ１１〜１４から任意に選択された２つの部分アレイの間隔は、いずれも間隔ｄの整数倍であり、かつ、間隔の重複が最小限に抑えられている。このような最小冗長アレイの構成によれば、複数のアンテナ素子１８０を受信アンテナとして用いた場合に、部分アレイの数が少ない場合でも、高い空間解像度を実現し易い。

各アンテナ素子１８０は、スロット１１２と、一対の側壁１６０と、一対のリッジ１１５とを有する。スロット１１２は、導電部材１１０に穿たれた、所定形状を有する孔である。本実施形態では、一例として、Ｈ形状の複数のスロット１１２が導電部材１１０に設けられているが、スロット１１２の形状は、電磁波の放射または取り込みが可能である限り、任意である。一対の側壁１６０および一対のリッジ１１５は、導電部材１１０から突出し、少なくとも表面に導電性を有する。

一対の側壁１６０は、Ｘ方向（第１の方向）に沿って並ぶ。一対のリッジ１１５は、Ｙ方向（第２の方向）に沿って並ぶ。Ｘ方向において、一対の側壁１６０は第１の間隙を介して対向する。Ｙ方向において、一対のリッジ１１５の端面は第２の間隙を介して対向する。各リッジ１１５の端面は、各リッジ１１５の端部にあるＸＺ面に実質的に平行な面であり、対応するスロット１１２の中央部の縁に繋がっている。一対のリッジ１１５の端部およびそれらの間の間隙（第２の間隙）は、一対の側壁１６０の間に位置する。つまり、第１の間隙と第２の間隙とは、部分的に重なっている。なお、この例において、各リッジ１１５の端面は平面状であるが、端面は凸面または凹面などの曲面状であってもよい。

本実施形態では、一対の側壁１６０および一対のリッジ１１５は、導電部材１１０と一体的に形成されている。言い換えれば、導電部材１１０と、その上の複数対の側壁１６０および複数対のリッジ１１５のそれぞれは、単一構造体の一部である。リッジ１１５および側壁１６０の少なくとも一方は、導電部材１１０とは異なる部材であってもよい。その場合、それらのリッジ１１５および側壁１６０は、導電部材１１０上に配置され、導電部材１１０によって支持される。この場合もまた、リッジ１１５および側壁１６０は導電性を有する部材を用いて形成される。

図２Ａに示すように、第１導電部材１１０は、正面側に第１導電性表面１１０ａを有し、背面側に第２導電性表面１１０ｂを有する。第１導電部材１１０は、導電性表面１１０ａおよび１１０ｂに開口する複数のスロット１１２を有する。上述のように、複数のスロット１１２の各々は、一対のリッジ１１５と一対の側壁１６０とを伴い、リッジホーンアンテナを構成する。

一対の側壁１６０、および一対のリッジ１１５のそれぞれは、Ｙ方向（第２の方向）に延びた構造を備え、正面側の第１導電性表面１１０ａから突出する。一対の側壁１６０は、対応するスロット１１２の両側に位置する。一対の側壁１６０は、Ｘ方向（第１の方向）に並び、各々がＹ方向（第２の方向）に沿って延びた構造を備える。なお、本実施形態では第１の方向と第２の方向とが互いに直交しているが、９０度とは異なる角度で交差していてもよい。一対のリッジ１１５は、導電性表面１１０ａに垂直なＺ方向（第３の方向）から見た場合に、対応するスロット１１２の中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する。一対のリッジ１１５の各々は、Ｙ方向に沿って延びている。第３の方向から見た場合、一対のリッジ１１５の各々の一端は、スロット１１２の内側に向かって突出している。各スロット１１２の内表面は、Ｙ方向に沿った間隔が局部的に縮小している互いに対向する２つの面を中央部に有する。一対のリッジ１１５の端面は、当該２つの面にそれぞれ繋がる。当該２つの面の間隔、および一対のリッジ１１５の端面の間隔は、外部空間に向かうに従って拡大する。本実施形態では、各側壁１６０の第１導電性表面１１０ａから測った高さが各リッジ１１５の第１導電性表面１１０ａから測った高さよりも高い。スロット１１２の内部、および一対のリッジ１１５の端面の間の空間に、外部空間に繋がる導波路が規定される。この導波路は、Ｚ方向に延び、第１導電部材１１０の背面側の他の導波路に接続される。

本実施形態における各スロット１１２の開口は、Ｙ方向に延びる一対の縦部分と、一対の縦部分の中央部に繋がりＸ方向（第１の方向）に延びる横部分とを有するＨ形状を有する。一対の側壁１６０は、縦部分に沿って隣接する位置に配置されている。横部分は、一対のリッジ１１５の端面の間に位置する。すなわち、第２の間隙は、スロット１１２の横部分の内側の空間に接続されている。一対の側壁１６０の間の第１の間隙も、スロット１１２の内側の空間に接続されている。このように、本実施形態においては、Ｚ方向から見た場合に、一対のリッジ１１５の端面の間の第２の間隙は、スロット１１２の横部分に重なり、一対の側壁１６０は、一対の縦部分にそれぞれ隣接する。

部分アレイ１３におけるリッジ１１５と、部分アレイ１４におけるリッジ１１５とは、Ｘ方向において隣り合っている。Ｘ方向において隣り合うリッジ１１５の基部は、第１導電部材１１０の底面１１０ｄに接続されている。Ｙ方向において隣り合う側壁１６０の基部もまた、第１導電部材１１０の底面１１０ｄに接続されている。底面１１０ｄは、第１導電性表面１１０ａの一部である。この例において、底面１１０ｄは平坦であるが、凹面であってもよい。この例のように、複数のスロット１１２が、Ｘ方向（第１の方向）において隣り合う第１のスロットと第２のスロットとを含む場合、第１のスロットに繋がる一対のリッジの一方の基部と、第２のスロットに繋がる一対のリッジの一方の基部との間の部分は、平坦面または凹面であってもよい。底面１１０ｄは凸面であってもよいが、その場合、凸面の高さは、側壁１６０および周壁１７０のいずれの高さの半分よりも低くなるように設計される。言い換えれば、側壁１６０とリッジ１１５との間には、一定の広がりの空間が確保される。そのような空間を確保することにより、各アンテナ素子１８０、およびそれらのアンテナ素子１８０を含むアンテナアレイの帯域幅を広く確保することが可能である。

本実施形態において、各アンテナ素子１８０における一対の側壁１６０は、各アンテナ素子１８０が放射あるいは受信する電磁波の電界強度分布を、Ｙ方向に広げる作用を有する。或いは、電界の強度が極大を示す位置を、Ｙ方向において複数個所に分裂させる効果を奏する。そのような特性を有するアンテナ素子１８０は、様々な用途に利用され得る。その中でも、本実施形態のようなアレイアンテナ１０に用いた場合、特に有用である。例えば、グレーティングローブの影響を低減させるなどの好ましい効果を得ることができる。

図２Ｂに示す例において、部分アレイ１３と部分アレイ１４との間隔ｄは、例えばλｏ／２に設定され得る。λｏは、アレイアンテナ１０の動作周波数帯域における中心周波数の電磁波の自由空間波長である。この場合、部分アレイ１３と部分アレイ１４のＸ方向におけるピッチはλｏ／２である。他方、部分アレイ１３および部分アレイ１４の各々において、Ｙ方向に隣り合う任意の２つのアンテナ素子１８０のピッチはλｏである。つまり、Ｘ方向において隣接する２つの部分アレイ１３、１４における２つのアンテナ素子１８０の間隔は、部分アレイ１３内または部分アレイ１４内でＹ方向において隣接する２つのアンテナ素子１８０の間隔よりも短い。このように、本実施形態における複数のスロット１１２は、第１のスロットと、第１のスロットからＸ方向に第１の間隔を空けて位置する第２のスロットと、第１のスロットからＹ方向に、第１の間隔よりも大きい第２の間隔を空けて位置する第３のスロットとを含む。

上記の例のように、個々のアンテナ素子１８０が自由空間波長λｏ以上の間隔で配置される場合、Ｙ方向において強いグレーティングローブが生じやすい。しかしながら、本実施形態によるアレイアンテナ１０は、個々のアンテナ素子１８０がＹ方向に延びる一対の側壁１６０を伴うため、電界の強度が極大を示す位置がＹ方向に拡がる、あるいは電界の集中度が緩和される。その結果、グレーティングローブの強度も低下する。

１つの導波路に沿って配置された複数のアンテナ素子１８０に電磁波を給電する場合、一般にアンテナ素子１８０の配置間隔には制約が加わり、λｏ未満の間隔で配置することは必ずしも容易ではない。その場合、グレーティングローブの発生を回避することはできない。しかし、各アンテナ素子１８０として、本実施形態のような一対の側壁１６０を伴うリッジホーンを用いれば、グレーティングローブの強度を低下させることができる。

本実施形態におけるアレイアンテナ１０は、複数のアンテナ素子１８０を囲む導電性の周壁１７０を有する。周壁１７０は、正面側の第１導電性表面１１０ａから突出する。図２Ａに示すように、周壁１７０は、Ｙ方向に延びる４つの導電壁１７０ｙと、Ｘ方向に延びる２つの導電壁１７０ｘとを含む。

部分アレイ１１および１２のそれぞれに含まれるＹ方向に並ぶ４つのアンテナ素子１８０は、周壁１７０が備える導電壁１７０ｘおよび１７０ｙによって囲まれている。部分アレイ１１および１２における各アンテナ素子１８０の一対の側壁１６０の両側に、間隙を隔てて一対の導電壁１７０ｙが位置している。部分アレイ１１と部分アレイ１２との間の導電壁１７０ｙは、部分アレイ１１と部分アレイ１２のそれぞれを囲む周壁の一部として共用されている。

部分アレイ１３および１４に含まれる複数のアンテナ素子１８０は、まとめて周壁１７０で囲まれている。本実施形態のアレイアンテナ１０においては、電磁波のＹ方向の指向性はリッジ１１５と側壁１６０とで調整され得る。これに対して、電磁波のＸ方向の指向性は、リッジ１１５および側壁１６０に加え、周壁１７０も含めて調整され得る。周壁１７０を配置することで、Ｘ方向における指向性の調節が容易になり得る。

一対のリッジ１１５の各々は、端面に交差しＹ方向に沿って延びる頂面を有する。本実施形態における各リッジ１１５の頂面、すなわち＋Ｚ側の上端面には、段差が設けられている。リッジ１１５の頂面の導電性表面１１０ａからの高さは、段差を介して、スロット１１２の中央に近づくにつれて、低くなる。すなわち、頂面の導電性表面１１０ａからの高さは、端面から離れた位置において、端面に近接する位置よりも高い。段差に代えて、傾斜面を採用してもよい。このように、各リッジ１１５の頂面は、導電性表面１１０ａから測った高さが、端面に近づくにつれて連続的または段階的に低くなる部位を含み得る。

図３Ａは、部分アレイ１１および１２の一部を示す拡大図である。図３Ａには、部分アレイ１１を構成するアンテナ素子と、部分アレイ１２を構成するアンテナ素子が示されている。見やすくするために、底面１１０ｄの色と、底面１１０ｄから突出している部分の色とを相違させている。すなわち、＋Ｚ側から−Ｚ方向に沿って見たとき、相対的に薄い色が付された底面１１０ｄは、相対的に濃い色が付された、底面１１０ｄから突出している部分の面よりも、奥側に位置する。

図３Ａにおいて、右側のスロット１１２の左側（−Ｘ側）に位置する側壁および導電壁（周壁１７０の一部）を、それぞれ「側壁１６０ａ」および「導電壁１７０ａ」とし、スロット１１２の右側（＋Ｘ側）に位置する側壁および導電壁を「側壁１６０ｂ」および「導電壁１７０ｂ」とする。この例において、側壁１６０ａの長さと側壁１６０ｂの長さとは同じである。

スロット１１２の各縦部分は、縁が曲線である両端部と、両端部の間の直線部分とから構成される。この例において、Ｙ方向に関し、スロット１１２の縦部分の直線部分の長さは、側壁１６０ａおよび１６０ｂの長さと概ね同じまたはより長い。また、側壁１６０ａと導電壁１７０ａとの間、および、側壁１６０ｂと導電壁１７０ｂとの間には間隙が存在し、底面１１０ｄの一部が広がっている。この例のように、各アンテナ素子１８０の一対の側壁１６０ａおよび１６０ｂの両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁１７０ａおよび１７０ｂが設けられていてもよい。

図３Ｂは、部分アレイ１３および１４の一部を示す拡大図である。図３Ｂには、部分アレイ１３を構成するアンテナ素子と、部分アレイ１４を構成するアンテナ素子とが示されている。図３Ａと同じく、見やすくするために、底面１１０ｄの色と、底面１１０ｄから突出している部分の色とを相違させている。底面１１０ｄには相対的に薄い色が付され、底面１１０ｄから突出している部分の面は相対的に濃い色が付されている。

この例において、Ｘ方向に並ぶ２つのアンテナ素子の間には、周壁はない。また、図中のＸ方向に沿って配置されている３つの側壁１６０ａ、１６０ｂおよび１６０ｃのうち、中央の側壁１６０ｂは、２つのアンテナ素子で共有されている。すなわち、側壁１６０ｂは、スロット１１２ａを有するアンテナ素子の一対の側壁のうち、スロット１１２ｂ側の側壁として機能し、かつ、スロット１１２ｂを有するアンテナ素子の一対の側壁のうち、スロット１１２ａ側の側壁として機能する。図３Ａの例とは異なり、周壁が備える導電壁を介さずに２つのアンテナ素子が隣接している。この違いによる指向性の差を調節するために、側壁１６０ａ〜１６０ｃの長さは、各スロット１１２の縦部分の直線部分よりも短い。

図４は、図２Ｂに示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。図示されるように、スロット１１２は、導電部材１１０を貫通する孔である。側壁１６０は、スロット１１２の＋Ｚ側における開口から、スロット１１２の内表面を延長して延びる壁であるといえる。周壁１７０は、側壁１６０の間、もしくは側壁１６０の外側に位置する壁である。本実施形態における各アンテナ素子１８０における一対の側壁１６０の各々は、スロット１１２の内表面に平坦に繋がる側面を有する。言い換えれば、一対の側壁１６０の各々は、スロット１１２の内表面に繋がり連続した一つの面を成す側面を有する。各側壁１６０は、段差を介してスロット１１２の内表面に繋がっていてもよい。

本実施形態では、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、周壁１７０が複数のアンテナ素子１８０を囲んでいる。しかし、周壁１７０が複数のアンテナ素子１８０を完全に囲むことは必須ではない。また、周壁１７０は、不要であれば除去してもよい。

図５Ａは、本実施形態における各スロット１１２の形状を説明するための図である。本実施形態における各スロット１１２は、一対の縦部分１１２Ｌおよび一対の縦部分１１２Ｌを繋ぐ横部分１１２ＴからなるＨ形状を有するＨ型スロットである。横部分１１２Ｔは、一対の縦部分１１２Ｌにほぼ垂直であり、一対の縦部分１１２Ｌのほぼ中央部同士を繋いでいる。スロットの形状およびサイズは、高次の共振が起こらず、かつ、スロット１１２の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。上記条件を満たすために、Ｈ形状の中心点（横部分１１２Ｔの中心点）から端部（縦部分１１２Ｌのいずれかの端部）までの、横部分１１２Ｔおよび縦部分１１２Ｌに沿った長さの２倍の寸法をＬとして、λｏ／２＜Ｌ＜λｏ、例えば約λｏ／２に設定される。これに基づいて、横部分１１２Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を例えばλｏ／２未満にできる。

各スロット１１２は、図５Ａに示すようなＨ型スロットに限らず、Ｈ型以外の複合スロットであってもよい。複合スロットとは、一対の縦部分および一対の縦部分を繋ぐ横部分からなる形状を有するスロットを意味する。複合スロットには、横部分が一対の縦部分の中心間を繋ぐＨ型スロットの他に、横部分が一対の縦部分の端部同士を繋ぐＺ型スロットなどがある。

図５Ｂから図５Ｄは、Ｈ型スロット以外の複合スロットの例を示している。いずれのスロットも、一対の縦部分１１２Ｌと、横部分１１２Ｔとを有する。中央に位置する横部分１１２Ｔが延びる方向が第１の方向に該当する。このような形状のスロットを用いることにより、横部分１１２Ｔの長さ方向のスロット間隔を短縮することができる。

図５Ｂは、横部分１１２Ｔおよび横部分１１２Ｔの両端から延びる一対の縦部分１１２Ｌを有するＺ型スロットの例を示している。一対の縦部分１１２Ｌの横部分１１２Ｔから延びる方向は横部分１１２Ｔにほぼ垂直であり、互いに逆である。横部分１１２Ｔの一端と、一方の縦部分１１２Ｌの一端とが繋がり、横部分１１２Ｔの他端と、他方の縦部分１１２Ｌの一端とが繋がっている。このような形状は、アルファベットの「Ｚ」または反転した「Ｚ」の形状に類似するため、「Ｚ形状」と称することがある。この例でも横部分１１２Ｔの長さ（図中において矢印で示す長さ）を、例えばλｏ／２未満にできる。

図５Ｃおよび図５Ｄは、それぞれスロットに凸部１１２Ｄが付与されたスロットの例を示している。このような形状のスロットを用いた場合であっても、同様に機能し得る。特に、図５Ｃの例では、スロット１１２に隣接する一対の側壁１６０に凹部が設けられ、その凹部がスロット１１２の凸部１１２Ｄと連続していてもよい。

図６は、第２導電部材１２０の正面側の構造の一例を示す図である。第２導電部材１２０は、正面側に第３導電性表面１２０ａを有する。第３導電性表面１２０ａは、第１導電部材１１０の第２導電性表面１１０ｂに対向する。第３導電性表面１２０ａ上には、複数の導波部材１２２と、複数の導電性ロッド１２４とが配置されている。各導波部材１２２は、第３導電性表面１２０ａから突出してＹ方向（第２の方向）に延びるリッジ状の構造を有する。各導波部材１２２は、第２導電性表面１１０ｂおよび複数のスロット１１２に対向する導電性の導波面（頂面）を有する。複数の導電性ロッド１２４は、導波部材１２２の各々の両側において第３導電性表面１２０ａから突出し、第２導電性表面１１０ｂに対向する先端部を有する。複数の導電性ロッド１２４は、人工磁気導体として機能し、導波部材１２２に沿って伝搬する電磁波の外部への漏出を抑制する。このような構造により、前述のＷＲＧ導波路が、各導波部材１２２に沿って形成される。ＷＲＧ導波路のより詳細な構成については後述する。

この例における第２導電部材１２０は、複数の導波部材１２２の中央の位置に開口する複数の貫通孔１２６（ポート）を有する。貫通孔１２６は、第２導電部材１２０の背面側にある他の導波路に接続される。

なお、本実施形態では、第２導電部材１２０上に４つの貫通孔１２６および４つの導波部材１２２が設けられているが、これらの数は、第１導電部材１１０上の部分アレイの数に依存する。部分アレイの数が１つである場合は、貫通孔１２６および導波部材１２２の数は１つであり得る。

図７は、第３導電部材１３０の正面側の構造の一例を示す図である。第３導電部材１３０は、正面側に第３導電性表面１３０ａを有する。第３導電性表面１３０ａは、第２導電部材１２０の背面側の導電性表面に対向する。第３導電性表面１３０ａの上にも、複数の導波部材１３２および複数の導電性ロッド１３４が設けられている。複数の導電性ロッド１３４は人工磁気導体として機能する。複数の導波部材１３２に沿って、ＷＲＧ導波路が形成される。各導波部材１３２の一端１３２ｅ１は、第２導電部材１２０における１つの貫通孔１２６に対向する。各導波部材１３２の他端１３２ｅ２は、不図示のマイクロ波集積回路に接続される。マイクロ波集積回路が発生した高周波の信号波は、導波部材１３２に沿って伝搬し、第２導電部材１２０における貫通孔１２６を通過する。貫通孔１２６を通過した信号波は、第２導電部材１２０における導波部材１２２に沿って伝搬し、第１導電部材１１０における複数のスロット１１２を励振する。これにより、各スロット１１２から電磁波が放射される。受信時においては、逆の過程により、各スロット１１２から取り込まれた電磁波は、導波部材１２２および導波部材１３２に沿って伝搬し、マイクロ波集積回路によって受信される。

第１導電部材１１０、第２導電部材１２０、第３導電部材１３０、およびこれらの上に配置された構造物の各々は、例えば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得る。その場合、各導電部材は、当該導電部材の形状を規定する誘電体部材と、当該誘電体部材の表面を覆う導電材料のメッキ層とを含む。メッキ層を構成する導電性材料として、例えばニッケルまたは銅などの金属を用いることができる。各導電部材の全体が誘電体部材で形状が規定されている必要はない。各導電部材の一部分が、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、蒸着等によって導電体の層が形成されていてもよい。各導電部材は、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。各導電部材は、金属板を加工して成形されてもよい。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。

なお、図６および図７に示す導波路構造は一例に過ぎず、第１導電部材１１０における各スロット１１２に接続される導波路には様々な構造が考えられる。例えば、前述のＷＲＧ導波路とは異なる他の種類の導波路が各スロット１１２に接続されていてもよい。他の種類の導波路には、例えば中空導波管およびマイクロストリップラインが挙げられる。これらの種類の異なる複数の導波路を組み合わせて各スロット１１２とマイクロ波集積回路とを接続してもよい。

以上の実施形態およびその変形例における構造は例示的なものに過ぎず、適宜変形可能である。例えば、各導電部材におけるスロット、側壁、リッジ、周壁、貫通孔、導電性ロッド、導波部材等のそれぞれの形状、個数、位置および寸法は、用途および要求される特性に応じて変更してもよい。

［ＷＲＧの構成例］
次に、本開示の実施形態によるアンテナ装置が備え得るワッフルアイアンリッジ導波路（ＷＲＧ）の構成例をより詳細に説明する。ＷＲＧ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得るリッジ導波路である。このようなリッジ導波路は、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。

例えば、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得る。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。これらの導波装置のそれぞれは、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８は、このような導波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。図示されている導波装置１００は、対向して平行に配置された板形状（プレート状）の導電部材１１０および１２０を備えている。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。

図９Ａは、導波装置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９Ａに示されるように、導電部材１１０は、導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ｂを有している。導電性表面１１０ｂ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１１０ｂは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ｂは平面である必要は無い。

図１０は、わかり易さのため、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波装置１００を模式的に示す斜視図である。現実の導波装置１００では、図８および図９Ａに示したように、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は狭く、導電部材１１０は、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８から図１０は、導波装置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、前述のように、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９Ａを参照する。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１１０ｂ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は同一または実質的に同一の平面上にある。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、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。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の表面が導電体によって電気的に接続されていればよい。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、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、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する凹凸状の導電層を有していればよい。

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の両側にそれぞれ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１０からわかるように、この例における導波部材１２２は、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、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なる値を有していてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ｂ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無く、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。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、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と導電部材１１０の導電性表面１１０ｂ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。導波装置１００内を伝搬する電磁波（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１１０ｂとの間隙の大きさによって調整され得る。

次に、図１１を参照しながら、各部材の寸法、形状、配置等の例を説明する。

図１１は、図９Ａ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、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂ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、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１１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、配置等の例は、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導電部材１１０の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ｂ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１１０ｂ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から導電部材１１０の導電性表面１１０ｂまでの距離は、導電部材１１０と導電部材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、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設計される。導電部材１１０と導電部材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、導電部材１１０と導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、導電部材１１０および／または導電部材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、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９Ａ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９Ｂ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もつ場合に、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１１０ｂ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９Ｂに示す装置は、本開示の実施形態における導波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１１０ｂ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１１０ｂ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１１０ｂ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１１０ｂ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無く、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無く、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、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無く、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。

各導電性ロッド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、各導電性ロッド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１１０ｂ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１１０ｂとの距離がλｍ／２以上となるからである。

（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１１０ｂ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１１０ｂ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１１０ｂと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ｂ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。

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、本開示の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１２Ａ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１１０ｂ、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１２Ｂ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１２Ｃ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１２Ｄおよび図１２Ｅ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、１２０ｂを有する構造の例を示す図である。図１２Ｄ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１２Ｅ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１１０ｂ、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１２Ｆ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１１０ｂ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１１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１２Ｇは、図１２Ｆの構造において、さらに、導電性表面１１０ｂ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１１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１１０ｂ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１３Ａは、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂが曲面形状を有する例を示す図である。図１３Ｂ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１１０ｂ、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１１０ｂ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１１０ｂ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１４Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ｂ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１４Ａ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１１０ｂ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１１０ｂとの間隙を伝搬する。図１４Ａ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１４Ａ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１４Ａ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１４Ｂは、参考のため、中空導波管７３０の断面を模式的に示している。図１４Ｂには、中空導波管７３０の内部空間７２３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７３０の内部空間７２３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７３０の内部空間７２３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１４Ｃ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１４Ｄは、参考のため、２つの中空導波管７３０を並べて配置した導波装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管７３０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７３０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７２３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７３０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ンテナアレイへの給電に好適に用いられ得る。

図１５Ａは、上記のような導波路構造を利用したアンテナ装置２００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図１５Ｂは、このアンテナ装置２００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２００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１１０ｂとの間の導波路には、不図示の送信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１５Ａおよび図１５Ｂに示すアンテナ装置２００は、複数のスロット１１２の各々をアンテナ素子（放射素子とも称する。）とするアンテナアレイである。このようなアンテナ装置２００の構成によれば、アンテナ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、ホーンが設けられ得る。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。

図１６は、スロット１１２毎にホーン１１４を有するアンテナ装置２００の構造の一部を模式的に示す斜視図である。このアンテナ装置２００は、二次元的に配列された複数のスロット１１２および複数のホーン１１４を有する導電部材１１０と、複数の導波部材１２２Ｕおよび複数の導電性ロッド１２４Ｕが配列された導電部材１２０とを備える。図１６は、導電部材１１０、１２０の相互の間隔を極端に離した状態を示している。導電部材１１０における複数のスロット１１２は、Ｘ方向およびＹ方向に配列されている。図１６には、導波部材１２２Ｕの各々の中央に配置されたポート（貫通孔）１４５Ｕも示されている。導波部材１２２Ｕの両端部に配置され得るチョーク構造の図示は省略されている。本実施形態では、導波部材１２２Ｕの数は４個であるが、導波部材１２２Ｕの数は任意である。本実施形態では、各導波部材１２２Ｕは、中央のポート１４５Ｕの位置で２つの部分に分断されている。

図１７Ａは、図１６に示す１６個のスロットが４行４列に配列されたアンテナ装置２００をＺ方向からみた上面図である。図１７Ｂは、図１７ＡのＣ−Ｃ線断面図である。このアンテナ装置２００における導電部材１１０は、複数のスロット１１２にそれぞれ対応して配置された複数のホーン１１４を備えている。複数のホーン１１４の各々は、スロット１１２を囲む４つの導電壁を有している。このようなホーン１１４により、指向性を向上させることができる。なお、各ホーン１１４は、図１６に示す構造に代えて、例えば図１に示すように、一対のリッジと、一対の側壁を有する構造を有していてもよい。そのような構造によれば、前述の実施形態と同様、グレーティングローブの影響を抑制することができる。

図示されるアンテナ装置２００においては、スロット１１２に直接的に結合する第１の導波部材１２２Ｕを備える第１の導波装置１００ａと、第１の導波装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合する第２の導波部材１２２Ｌを備える第２の導波装置１００ｂとが積層されている。第２の導波装置１００ｂの導波部材１２２Ｌおよび導電性ロッド１２４Ｌは、導電部材１３０上に配置されている。第２の導波装置１００ｂは、基本的には、第１の導波装置１００ａの構成と同様の構成を備えている。

図１７Ａ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、Ｙ方向に延びており、複数のスロット１１２のうち、Ｙ方向に並んだ４つのスロットに対向している。この例では導電部材１１０は、４行４列に配列された１６個のスロット１１２を有しているが、スロット１１２の数および配列はこの例に限定されない。各導波部材１２２Ｕは、複数のスロット１１２のうち、Ｙ方向に並んだ全てのスロットに対向している例に限らず、Ｙ方向に隣接する少なくとも２つのスロットに対向していればよい。Ｘ方向に隣接する２つの導波面１２２ａの中心間隔は、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１７Ｃは、第１の導波装置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１７Ｄは、第２の導波装置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。これらの図に示すように、第１の導波装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕは直線状に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第２の導波装置１００ｂにおける導波部材１２２Ｌは、分岐部および屈曲部の両方を有している。

第１の導波装置１００ａにおける導波部材１２２Ｕは、導電部材１２０が有するポート１４５Ｕを通じて第２の導波装置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の導波装置１００ａの導波部材１２２Ｕに達し、第１の導波装置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の導波装置１００ａの導波部材１２２Ｕに結合し、第１の導波装置１００ａの導波部材１２２Ｕを伝搬する。第１の導波装置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の導波装置１００ｂの導波部材１２２Ｌに達し、第２の導波装置１００ｂの導波部材１２２Ｌに沿って伝搬することも可能である。

図１７Ｄに示すように、第２の導波装置１００ｂの導波部材１２２Ｌは、１本の幹状部分と、幹状部分から分岐した４つの枝状部分を有する。導波部材１２２Ｌの幹状部分は、Ｙ方向に延びており、ポート１４５Ｌに接続されている。ポート１４５Ｌは、任意の導波路を介して、高周波信号を生成または受信する電子回路２９０に接続される。

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、導電部材１３０の背面側（図１７Ｂ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、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。

マイクロ波集積回路は、高周波信号を生成または処理するように構成される。マイクロ波集積回路は、送信機および受信機の少なくとも一方として機能する。電子回路２９０は、送信機に接続されたＡ／Ｄコンバータ、および受信機に接続されたＤ／Ａコンバータの一方または両方を備えていてもよい。電子回路２９０は、さらに、Ａ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータの一方または両方に接続された信号処理回路を備えていてもよい。信号処理回路は、デジタル信号のエンコードおよびデジタル信号のデコードの少なくとも一方を実行する。そのような信号処理回路は、アンテナ装置が送信する信号の生成、またはアンテナ装置によって受信された信号の処理を行う。

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１７Ａ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１７Ｃに示される導電部材１２０、導波部材１２２Ｕ、および導電性ロッド１２４Ｕの全体を含む層を「励振層」と呼び、図１７Ｄに示される導電部材１３０、導波部材１２２Ｌ、および導電性ロッド１２４Ｌの全体を含む層を「分配層」と呼んでもよい。また「励振層」と「分配層」とをまとめて「給電層」と呼んでもよい。「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。

この例におけるアンテナアレイでは、図１７Ｂ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１７Ｂ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１７Ｄに示される導波部材１２２Ｌは、ポート１４５Ｌに接続される１本の幹状部分と、幹状部分から分岐した４つの枝状部分を有する。４つの枝状部分の先端部の上面に対向して、４つのポート１４５Ｕがそれぞれ位置している。貫通孔２１２から導電部材１２０の４つのポート１４５Ｕまでの、導波部材１２２Ｌに沿って測った距離は、全て等しい。このため、導電部材１３０の貫通孔２１２から、導波部材１２２Ｌに入力された信号波は、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、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。励振層および分配層における導波部材１２２Ｕおよび１２２Ｌ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。

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。

本開示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導波装置を備えたアンテナ装置と、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。本開示の実施形態におけるアンテナ装置と、小型化が可能なＷＲＧ構造とを組み合わせた場合、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、狭小な場所にも容易に搭載することができる。レーダシステムは、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。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。

本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、無線通信システムにも利用され得る。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導波装置を含むアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続された通信回路（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アンテナ装置内の導波路に供給するように構成され得る。受信回路は、アンテナ装置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。

本開示における導波装置は、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Ｍａｓｓｉｖｅ ＭＩＭＯなどの無線通信システムに用いられ得る。

１０ アンテナ装置（アレイアンテナ）
１１、１２、１３、１４ 部分アレイ
１１０ 第１導電部材
１１０ａ、１１０ｂ 第１導電部材の導電性表面
１１０ｃ 底面
１１１ 放射部
１１２ スロット
１１４ リッジ
１２０ 第２導電部材
１２０ａ 第２導電部材の導電性表面
１３０ 第３導電部材
１６０ 側壁
１７０ 周壁
１８０ アンテナ素子

Claims (18)

1. 導電性表面、および前記導電性表面に開口するスロットを有する導電部材と、
   前記スロットの両側において前記導電性表面から突出する導電性の一対の側壁であって、第１の方向に並び、各々が前記第１の方向に交差する第２の方向に沿って延びる一対の側壁と、
   前記導電性表面から突出し前記第２の方向に沿って延びる導電性の一対のリッジであって、前記導電性表面に垂直な第３の方向から見た場合に前記スロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有する一対のリッジと、
   を備え、
   前記スロットの内部、および前記一対のリッジの前記端面の間の空間に、外部空間に繋がる導波路が規定される、
   アンテナ装置。
2. 前記一対のリッジの各々の一端は、前記第３の方向から見た場合に前記スロットの内側に向かって突出している、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記スロットの内表面は、前記第２の方向に沿った間隔が局部的に縮小している互いに対向する２つの面を有し、
   前記一対のリッジの前記端面は、前記２つの面にそれぞれ繋がり、
   前記２つの面の間隔、および前記端面の間隔は、前記外部空間に向かうに従って拡大する、
   請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記一対のリッジの各々は、前記端面に交差し前記第２の方向に沿って延びる頂面を有し、
   前記頂面は、前記導電性表面から測った高さが、前記端面に近づくにつれて連続的または段階的に低くなる部位を含む、
   請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記一対の側壁の各々は、前記スロットの内表面に繋がり連続した一つの面を成す側面を有する、請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記一対のリッジの各々の一端は、前記一対の側壁の間にあり、
   前記一対の側壁の前記導電性表面から測った高さは、前記一対のリッジの前記一端における前記導電性表面から測った高さよりも高い、
   請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記第３の方向から見た場合に、前記スロットは、
   前記第１の方向に延びる横部分と、
   前記横部分にそれぞれ繋がり、前記第２の方向に延びる一対の縦部分と、
   を含む形状を有し、
   前記一対のリッジの前記端面の前記間隙は、前記スロットの前記横部分に重なり、
   前記一対の側壁は、前記一対の縦部分にそれぞれ隣接する、
   請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記一対の側壁の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記導電部材は、前記スロットを含む複数のスロットを有し、
   前記アンテナ装置は、
   前記一対の側壁を含む導電性の複数対の側壁と、
   前記一対のリッジを含む導電性の複数対のリッジと、
   を備え、
   前記複数対の側壁のうちの各対の側壁は、前記複数のスロットのうちの対応するスロットの両側において前記導電性表面から突出し、前記第１の方向に並び、各々が前記第２の方向に沿って延び、
   前記複数対のリッジのうちの各対のリッジは、前記導電性表面から突出し、前記第２の方向に沿って延び、前記第３の方向から見た場合に前記複数のスロットのうちの対応するスロットの中央部に重なる間隙を介して互いに対向する端面をそれぞれ有し、
   前記複数のスロットの内部、および前記複数対のリッジの前記端面の間隙に、複数の導波路が規定される、
   請求項１から８のいずれかに記載のアンテナ装置。
10. 前記複数のスロットは、前記第１の方向において隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
    前記複数対の側壁は、前記第１のスロットの両側に位置する第１の側壁対、および前記第２のスロットの両側に位置する第２の側壁対を含み、
    前記第１の側壁対の一方の側壁は、前記第２の側壁対の一方の側壁である、
    請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記複数のスロットは、前記第１の方向において隣り合う第１のスロットおよび第２のスロットを含み、
    前記導電性表面のうち、前記第１のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方の基部と、前記第２のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方の基部との間の部分は、平坦面または凹面である、請求項９に記載のアンテナ装置。
12. 前記複数のスロットは、前記第２の方向において隣り合う第１のスロットおよび第３のスロットを含み、
    前記第１のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方、および前記第３のスロットに繋がる前記一対のリッジの一方のそれぞれは、単一のリッジ状構造体の各一部分である、
    請求項９から１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
13. 前記複数のスロットは、
    第１のスロットと、
    前記第１のスロットから前記第１の方向に第１の間隔を空けて位置する第２のスロットと、
    前記第１のスロットから前記第２の方向に、前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔を空けて位置する第３のスロットと、
    を含む、
    請求項９に記載のアンテナ装置。
14. 前記複数のスロットは、前記第２の方向に並ぶ２つ以上のスロットを含み、
    前記複数対の側壁のうち、前記２つ以上のスロットの両側にそれぞれ位置する２つ以上の側壁の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備える、請求項９から１３のいずれかに記載のアンテナ装置。
15. 前記複数対の側壁の全体の両側に、間隙を隔ててそれぞれ位置する一対の導電壁をさらに備える、請求項９から１３のいずれかに記載のアンテナ装置。
16. 前記導電部材は第１導電部材であり、
    前記導電性表面は第１導電性表面であり、
    前記第１導電部材は、前記第１導電性表面の反対側に第２導電性表面を有し、
    前記アンテナ装置は、
    前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面を有する第２導電部材と、
    前記第３導電性表面から突出して前記第２の方向に延びるリッジ状の導波部材であって、前記第２導電性表面および前記スロットに対向する導電性の導波面を有する導波部材と、
    前記導波部材の両側において前記第３導電性表面から突出し、前記第２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と、
    をさらに備える、請求項１から１５のいずれかに記載のアンテナ装置。
17. 請求項１から１６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送信機および受信機の少なくとも一方と、
    前記送信機に接続されたＤ／Ａコンバータおよび前記受信機に接続されたＡ／Ｄコンバータの少なくとも一方と、
    前記Ｄ／Ａコンバータおよび前記Ａ／Ｄコンバータの前記少なくとも一方に接続された信号処理回路と、
    を備え、
    前記送信機および前記受信機の前記少なくとも一方は、マイクロ波集積回路を含み、
    前記信号処理回路は、到来方向推定および距離推定の少なくとも一方を実行する、
    レーダシステム。
18. 請求項１から１６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送信機および受信機の少なくとも一方と、
    前記送信機に接続されたＤ／Ａコンバータおよび前記受信機に接続されたＡ／Ｄコンバータの少なくとも一方と、
    前記Ｄ／Ａコンバータおよび前記Ａ／Ｄコンバータの前記少なくとも一方に接続された信号処理回路と、
    を備え、
    前記信号処理回路は、デジタル信号のエンコードおよびデジタル信号のデコードの少なくとも一方を実行する、
    通信システム。
    

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