WO2015162992A1 - 導波路型スロットアレイアンテナ及びスロットアレイアンテナモジュール - Google Patents

導波路型スロットアレイアンテナ及びスロットアレイアンテナモジュール Download PDF

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WO2015162992A1
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waveguide
array antenna
slot array
wall
dielectric layer
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雄介 上道
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株式会社フジクラ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/22—Longitudinal slot in boundary wall of waveguide or transmission line
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
    • H01Q21/0043—Slotted waveguides

Definitions

  • the present invention relates to a waveguide slot array antenna and a slot array antenna module including the waveguide slot array antenna.
  • WiGig (registered trademark) is drawing attention as the next generation wireless LAN standard.
  • WiGig ultra-high-speed wireless transmission at a maximum of 6.75 Gbit / sec is realized using a millimeter wave in the 60 GHz band. For this reason, it is anticipated that the antenna for 60 GHz band will be mounted on consumer equipment such as personal computers and smartphones with a large market scale, and the demand is expected to expand.
  • a waveguide slot array antenna in which a plurality of slots are formed on one surface of a metal waveguide is known.
  • a waveguide slot array antenna described in Patent Document 1 is known as a waveguide slot array antenna in which reflection generated in each slot is reduced.
  • the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1 has a configuration in which a wall plate is formed inside a metal waveguide in which a slot is formed, and a reflected wave from the slot is canceled by a reflected wave from the wall plate. It has been adopted.
  • the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1 leaves room for improvement with respect to the arrangement of the slots and wall plates. .
  • the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1 also has the following secondary problems. That is, the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1 includes a base body including a rectangular waveguide and a wall plate, and a slot plate provided with a plurality of slots. It is manufactured by bonding the base body produced in step 1 and the slot plate. For this reason, there existed a problem that manufacturing cost was high. In addition, it is difficult to bring the base body and the slot plate into close contact with each other, and as a result, there is a problem in that transmission quality is likely to deteriorate.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce a reflection coefficient in a desired frequency range as compared with a conventional waveguide slot array antenna, and to achieve a desired frequency.
  • An object of the present invention is to realize a waveguide slot array antenna capable of selectively increasing the gain in a range.
  • a waveguide slot array antenna is a waveguide slot array antenna in which a plurality of slots are formed on the upper wall of a rectangular parallelepiped waveguide, Inside, a plurality of control walls perpendicular to the upper wall and side walls of the waveguide are arranged, and each of the plurality of slots straddles the boundary of the section defined by the control wall, and It is arranged so as not to overlap the control wall when viewed from above.
  • a waveguide slot array antenna can be realized.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a slot array antenna module including a waveguide slot array antenna according to a first embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the waveguide type slot array antenna shown in FIG.
  • FIG. 2 is a plan view when a part of the waveguide slot array antenna shown in FIG. 1 is viewed from above.
  • FIG. 2 is a plan view when a part of the waveguide slot array antenna shown in FIG. 1 is viewed from above.
  • (A) in the waveguide-type slot array antenna according to Embodiment 1 is a graph showing reflection characteristics obtained when the distance dx / lambda g varied from 0.1 to 0.31 or less.
  • (B) in the waveguide-type slot array antenna is a graph showing reflection characteristics obtained when the distance dy / lambda g varied from 0.35 or more 0.48 or less.
  • (B) is a graph showing a magnetic field distribution when a 67.5 GHz electromagnetic wave is fed to the waveguide slot array antenna. It is a disassembled perspective view of the slot array antenna module containing the waveguide type slot array antenna which concerns on a 1st modification. It is a disassembled perspective view of the slot array antenna module containing the waveguide type slot array antenna which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.
  • (A) is sectional drawing of the slot array antenna module shown in FIG. 9, and shows the structure of a feed pin and a post.
  • (B) is sectional drawing of the slot array antenna module of another aspect obtained by changing the structure of the feed pin of the slot array antenna module. It is a disassembled perspective view of the slot array antenna module containing the waveguide type slot array antenna which concerns on a 2nd modification.
  • Embodiment 1 A waveguide slot array antenna according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a slot array antenna module 1 including a waveguide slot array antenna 1A according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view of the waveguide slot array antenna according to the present embodiment.
  • the slot array antenna module 1 includes a waveguide slot array antenna 1A and a waveguide 1B as shown in FIG.
  • the waveguide slot array antenna 1A has a structure in which a first conductor layer 11, a first dielectric layer 12, and a second conductor layer 13 are laminated in this order.
  • the waveguide slot array antenna 1 ⁇ / b> A is configured by the first conductor layer 11 and the second conductor layer 13 that face each other with the first dielectric layer 12 interposed therebetween.
  • the main surface of the first conductor layer 11, the main surface of the first dielectric layer 12, and the main surface of the second conductor layer 13 are all xy planes in the coordinate system shown in FIG. They are arranged in parallel.
  • the main surface means a surface having the largest area among the six surfaces constituting the rectangular parallelepiped member.
  • a metal such as copper can be used.
  • glass such as quartz glass, fluorine resin, such as PTFE, a liquid crystal polymer, or a cycloolefin polymer can be used.
  • a plurality of slots 11d1 to 11d6 are formed in the first conductor layer 11.
  • the slots 11d1 to 11d6 are rectangular openings formed in the first conductor layer 11, and are arranged in a staggered pattern when the waveguide slot array antenna 1A is viewed from above.
  • the top view means that the object is viewed from the positive z-axis direction in the coordinate system shown in FIG. Further, more specific arrangement of the slots 11d1 to 11d6 will be described later with reference to another drawing.
  • the post wall 12a is a set of a plurality of conductor posts 12a1, 12a2,..., 12aM arranged in a fence shape.
  • the region surrounded on all sides by the post wall 12a is arranged so that its longitudinal direction is parallel to the y-axis in the coordinate system shown in FIG.
  • a region surrounded on all sides by the post wall 12a and sandwiched between the first conductor layer 11 and the second conductor layer 13 functions as a waveguide of the waveguide slot array antenna 1A.
  • the post wall 12a functions as a side wall of the waveguide
  • the first conductor layer 11 functions as an upper wall of the waveguide
  • the second conductor layer 13 functions as a lower wall of the waveguide.
  • the x-axis positive side wall is the right side wall
  • the x-axis negative direction side wall is the left side wall
  • the y-axis positive direction side wall is the front side wall
  • the y-axis negative direction is the side wall
  • the side wall is referred to as a rear side wall.
  • the front and rear side walls are sometimes referred to as short walls.
  • Control walls 12c1 to 12c6 orthogonal to both the upper wall and the left and right side walls of the waveguide (that is, parallel to the zx plane in FIG. 1) are formed inside the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A.
  • Control walls 12c1, 12c3, 12c5, which are odd-numbered control walls counted from the side closer to the opening 13a extend from the vicinity of the right side wall to the left (in the negative x-axis direction in FIG. 1).
  • the control walls 12c2, 12c4, 12c6, which are even-numbered control walls counted from the side closer to the opening 13a extend from the vicinity of the left side wall in the right direction (the x-axis positive direction in FIG. 1). Therefore, it can be said that each of the control walls 12c1 to 12c6 is staggered.
  • the coordinate system shown in FIG. 1 is determined as follows. That is, (1) The longitudinal direction of the waveguide provided in the first dielectric layer 12 is the y-axis. The direction of the y-axis is determined so that the direction from the feeding portion of the waveguide toward the tip of the waveguide is a positive direction. (2) The axis parallel to the thickness direction of the first dielectric layer 12 is taken as the z-axis. The direction of the z-axis is determined so that the direction from the second conductor layer 13 toward the first conductor layer 11 is a positive direction. (3) The length in the width direction of the waveguide provided in the first dielectric layer 12 is taken as the x-axis. The direction of the x-axis is determined so that the x-axis forms a right-handed system together with the y-axis and the z-axis described above.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the waveguide slot array antenna 1A in the zx plane passing through the control wall 12c1.
  • the control wall 12c1 is a set of three conductor posts 12c1a, 12c1b, and 12c1c.
  • Each of the conductor posts 12c1a to 12c1c is a cylindrical conductor having an upper end connected to the first conductor layer 11 and a lower end connected to the second conductor layer 13, and more specifically, the first dielectric layer. It is conductor plating formed on the wall surface of the through hole formed in the body layer 12.
  • the conductor posts 12c1a, 12c1b, and 12c1c are arranged at intervals sufficiently shorter than the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A. Further, the distance between the conductor post 12c1a constituting the control wall and the conductor post 12ai constituting the side wall is also set sufficiently shorter than the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A. Accordingly, the control wall 12c1 that is a set of the conductor posts 12c1a, 12c1b, and 12c1c functions as a post wall that reflects electromagnetic waves.
  • control wall 12c1 is a post wall parallel to the zx plane extending in the negative x-axis direction from the right side wall of the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A.
  • Other odd-numbered control walls, control walls 12c3 and 12c5, are configured in the same manner as the control wall 12c1.
  • the control walls 12c2, 12c4 and 12c6, which are even-numbered control walls, are post walls parallel to the zx plane extending in the positive x-axis direction from the left side wall of the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A.
  • the width is the same as the width of the control wall 12c1.
  • the waveguide width W of the waveguide slot array antenna 1A is defined as the distance between the wall centers of the left and right side walls of the waveguide (see FIG. 3). Further, the width W cw of the control wall is determined by taking the control wall 12c1 as an example, and the distance between the wall center on the right side wall of the waveguide and the side wall farthest from the right side wall of the conductor post 12c1c farthest from the right side wall Define (see FIG. 3).
  • Each of the slots 11d1 to 11d6 is located at the boundary between the first dielectric layer having a different relative dielectric constant and the air, and therefore reflects a part of the electromagnetic wave propagating through the waveguide in the first dielectric layer 12.
  • the waveguide slot array antenna 1A includes the control wall group including the control walls 12c1 to 12c6, the magnetic field distribution in the vicinity of one of the slots 11d1 to 11d6 adjacent to the adjacent slot (for example, the slot 11d1), The magnetic field distribution in the vicinity of the other slot (for example, the slot 11d2) can be made to have a similar distribution shape (see FIG. 7A).
  • the waveguide type slot array antenna 1A can make the amplitude of the reflected wave caused by the one slot equal to (or close to) the amplitude of the reflected wave caused by the other slot.
  • the magnetic field distribution in the waveguide slot array antenna 1A will be described later with reference to FIG.
  • the interval d p at which the control walls 12c1 to 12c6 are periodically arranged is adjusted, and the phase difference between the reflected wave caused by the one slot and the reflected wave caused by the other slot is set to 180 °.
  • the waveguide slot array antenna 1A can cancel reflected waves caused by adjacent slots.
  • the width W cw of each of the control walls 12c1 to 12c6 is preferably equal to or more than half of the waveguide width W of the waveguide slot array antenna 1A. According to the above configuration, even when the amplitude of the reflected wave caused by each of the slots 11d1 to 11d6 is large, the control walls 12c1 to 12c6 generate a reflected wave having an amplitude sufficient to cancel the reflected wave. Can be made. Therefore, the waveguide slot array antenna 1A can keep the reflection coefficient sufficiently small.
  • the second conductor layer 13 has an opening 13a.
  • the waveguide 1B is connected to the waveguide slot array antenna 1A so that the waveguide 1Ba in the waveguide 1B communicates with the waveguide of the waveguide slot array antenna 1A through the opening 13a.
  • the waveguide 1B is a power supply unit that supplies electromagnetic waves to the waveguide slot array antenna 1A.
  • the waveguide 1B is a tubular member whose both ends are open, and its tube wall is made of a conductor such as metal.
  • the cavity formed inside the waveguide 1B may be filled with air or may be filled with a dielectric other than air, but in the present embodiment, the former configuration is adopted.
  • the cavity functions as a waveguide 1Ba that guides electromagnetic waves.
  • FIG. 3 is a plan view of the waveguide slot array antenna 1A as viewed from above, and is an enlarged view of the vicinity of the control walls 12c1 and 12c2.
  • Each of the slots 11d1 to 11d6 is a rectangular opening having a long side parallel to the side wall of the first dielectric layer 12 and a short side perpendicular to the side wall of the waveguide.
  • the waveguide provided in the first dielectric layer 12 is divided into seven sections by the control walls 12c1 to 12c6.
  • the section from 12c4 corresponds to the section.
  • Each of the slots 11d1 to 11d6 provided in the first conductor layer 11 straddles the boundary of the section defined by each of the control walls 12c1 to 12c6 when the waveguide slot array antenna 1A is viewed from above.
  • the control walls 12c1 to 12c6 are arranged so as not to overlap with the control walls that divide the adjacent section through the boundary.
  • the slot 11d1 is arranged so as to straddle the boundary between the section (1) and the section (2) defined by the control wall 12c1, and the boundary It is arrange
  • the slot 11d2 is arranged so as to straddle the boundary between the section (2) and the section (3) defined by the control wall 12c2, and is adjacent to the section (2) and the section via the boundary. They are arranged so as not to overlap with the control wall 12c2, which is a control wall that divides (3). Since the arrangement of the slots 11d3 to 11d6 is the same as the arrangement of the slots 11d1 and 11d2, the description thereof is omitted.
  • Distance d p is the spacing of the control wall between the center frequency f 0 guide wavelength in [Hz] of the operating band as lambda g, is preferably the same level as ⁇ g / 2 [mm]. Note that the frequency at which the reflection coefficient is minimum in the waveguide type slot array antenna 1A strongly depends on the relative arrangement of the control walls and the slots constituting the unit structure as described later in the embodiment. Therefore, the interval d p that is periodically arranged can change depending on the relative arrangement of the control wall and the slot constituting the unit structure, and does not necessarily have to be close to ⁇ g / 2.
  • the plurality of control walls may be arranged side by side on one side of the waveguide (on the right or left side of the tube axis (center)) so as to be along the waveguide axis of the waveguide, instead of being staggered. .
  • Each slot is arranged on the opposite side (left side wall side or right side wall side) of the corresponding control wall so as to straddle the boundary of the section.
  • the distance d p that is the distance between the control walls is not essential, but is preferably about the same as ⁇ g [mm].
  • f is a frequency
  • fc is a cut-off frequency
  • the speed of light is c
  • the width of the waveguide is W
  • the relative permittivity of the medium of the waveguide is ⁇ r
  • the relative permeability is ⁇ r
  • ⁇ / cos ⁇ is the guide wavelength ⁇ g.
  • FIG. 4 is a plan view when the waveguide slot array antenna 1A is viewed from above, and is an enlarged view of the vicinity of the conversion unit that converts the waveguide mode of electromagnetic waves.
  • control posts 12b1 and 12b2 disposed in the vicinity of the opening 13a are preferably formed in the first dielectric layer 12. More specifically, the control posts 12b1 and 12b2 are configured so that the control posts 12b1 and 12b2 have two sides parallel to the left and right side walls of the waveguide in the first dielectric layer 12 among the four sides constituting the opening 13a. It is preferable that it is arranged inside the extended line extending in the positive direction.
  • the control posts 12b1 and 12b2 are cylindrical conductors whose upper ends are connected to the first conductor layer 11 and whose lower ends are connected to the second conductor layer 13, more specifically, the first dielectric body. It is a conductor plating formed on the wall surface of the through hole formed in the layer 12.
  • an area located on the y-axis negative direction side of the control posts 12b1 and 12b2 and surrounded on three sides by the post wall 12a and surrounded by the other one by the control posts 12b1 and 12b2 is a conversion unit. Is written.
  • This conversion unit can also be expressed as a power feeding unit to which electromagnetic waves are fed from the waveguide 1B.
  • the electromagnetic wave propagating in the z-axis positive direction through the waveguide 1 ⁇ / b> Ba of the waveguide 1 ⁇ / b> B is incident on the conversion portion of the first dielectric layer 12 through the opening 13 a of the second conductor layer 13.
  • the conversion unit of the first dielectric layer 12 converts the waveguide mode of the electromagnetic wave from the waveguide mode of the waveguide 1Ba to the waveguide mode of the waveguide formed in the first dielectric layer 12.
  • the control posts 12b1 and 12b2 are arranged, it is possible to suppress reflection of electromagnetic waves in the conversion unit formed in the first dielectric layer 12. Therefore, according to the said structure, the loss which arises when the conversion part formed in the 1st dielectric material layer 12 converts waveguide mode can be suppressed.
  • the control posts 12 b 1 and 12 b 2 function as a reflection suppression post that suppresses reflection of electromagnetic waves in the conversion unit formed in the first dielectric layer 12.
  • the process of manufacturing the control walls 12c1 to 12c6 included in the waveguide slot array antenna 1A is the same as the process of manufacturing the post wall 12a, and a printed circuit board technology can be used. Therefore, the manufacturing cost of the waveguide slot array antenna 1A is equal to that of the conventional post wall waveguide antenna. Therefore, the waveguide slot array antenna 1A has better radiation characteristics and gain than the conventional waveguide slot array antenna while suppressing an increase in manufacturing cost as compared with the conventional post wall waveguide antenna. Obtainable.
  • Example 1 A first example of the slot array antenna module 1 including the waveguide slot array antenna 1A according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Refer to FIG. 3 for definitions of dx and dy in the following description.
  • the waveguide slot array antenna 1A is configured by configuring each part of the converter 1 shown in FIG. 1 as follows in order to use the 60 GHz band (frequency band with 60 GHz as the center frequency) as an operating band. is there.
  • First conductor layer 11 A conductor (specifically copper) plate having a thickness of 20 ⁇ m was used.
  • First dielectric layer 12 A liquid crystal polymer substrate having a relative dielectric constant of 3 and a thickness of 0.6 mm was used.
  • Second conductor layer 13 A conductor (specifically copper) plate having a thickness of 20 ⁇ m was used.
  • Post wall 12a As a conductor post 12ai constituting the post wall 12a, a through via having a diameter of 200 ⁇ m penetrating the first conductor layer 11, the first dielectric layer 12, and the second conductor layer 13 is formed. A conductor (specifically, copper) plated one was used. The distance between the central axes of the two conductor posts 12ai and 12aj adjacent to each other was 400 ⁇ m. The width W of the waveguide formed by the post wall 12a was 2.4 mm.
  • Control walls 12c1 to 12c6 As via posts constituting the control walls 12c1 to 12c6, through vias having a diameter of 200 ⁇ m that penetrate the first conductor layer 11, the first dielectric layer 12, and the second conductor layer 13 are formed.
  • the through via was plated with a conductor (specifically, copper).
  • the center distance between the three conductor posts (for example, conductor posts 12c1a to 12c1c) constituting the control wall was set to 400 ⁇ m. Further, the distance d p between the control walls 12c1 to 12c6 was about 1.8 mm.
  • the interval between the control wall 12c2 and the slot 11d2 straddling the boundary between the two sections defined by the control wall 12c2 is defined as an interval dx.
  • one of the two base points that define the distance dx is the center C of the conductor post 12c2c farthest from the left side wall of the waveguide among the conductor posts constituting the control wall 12c2.
  • the other of the two base points that define the distance dx is an intersection D between the boundary between the two sections defined by the control wall 12c2 and the slot 11d2 that straddles the boundary.
  • the short side of the boundary between the two sections defined by the control wall 12c2 and the short side (y-axis negative direction side) closer to the power feeding unit to which the electromagnetic wave is fed, of the two short sides provided in the slot 11d2 straddling the boundary was defined as the interval dy.
  • Waveguide 1B A rectangular waveguide WR-15 (EIA standard) was used as the waveguide 1B.
  • the second conductor layer 13, the first dielectric layer 12, and the first conductor layer 11 are laminated in this order on the upper surface of the end portion of the waveguide 1B, and the opening of the second conductor layer 13 is obtained.
  • the waveguide of the first dielectric layer 12 and the waveguide 1Ba of the waveguide 1B communicate with each other through 13a.
  • FIG. 5B is a graph showing the reflection characteristics of the waveguide type slot array antenna 1A obtained when the distance is set to 31, and FIG.
  • all of the waveguide slot array antennas 1A shown in FIG. 5A are waveguide slot array antennas having good reflection characteristics.
  • dx / ⁇ g is a control wall-slot distance dx normalized by the guide wavelength ⁇ g at 70 GHz. Since the wavelength ⁇ 0 in vacuum at 70 GHz is about 4.29 mm, the wavelength ⁇ in a dielectric with a relative dielectric constant of 3 is about 2.47 mm, and the in-tube wavelength ⁇ g used for standardization is about 2. 89 mm.
  • the distance dx / lambda g in the range of 0.1 to 0.31 or less in accordance with increasing the distance dx / lambda g, the frequency f 0 is the low frequency side I found out to shift.
  • This can be achieved by varying the distance dx / lambda g, while maintaining a good reflection characteristics, the frequency f 0, it is possible to variably control at 67.5GHz following range of 57.5GHz means.
  • each of the waveguide slot array antennas 1A shown in FIG. 5B is a waveguide slot array antenna exhibiting good reflection characteristics.
  • dy / ⁇ g is a control wall-slot short-side distance dy normalized by the guide wavelength ⁇ g at 70 GHz.
  • the wavelength ⁇ 0 in vacuum at 70 GHz is about 4.29 mm
  • the wavelength ⁇ in a dielectric with a relative dielectric constant of 3 is about 2.47 mm
  • the in-tube wavelength ⁇ g used for standardization is about 2. 89 mm.
  • the solid line in the figure shows the azimuth dependency of the gain at 67.5 GHz, and the broken line shows the azimuth dependency of the gain at 57.5 GHz.
  • the solid line in the figure shows the azimuth dependency of the gain at 67.5 GHz, and the broken line shows the azimuth dependency of the gain at 57.5 GHz.
  • the gain obtained at the frequency showing a small reflection coefficient was large when compared with the gain obtained at the frequency showing a large reflection coefficient.
  • the waveguide slot array antenna 1A by changing the relative arrangement of the slots (for example, the slots 11d1) with respect to the control wall (for example, the control wall 12c1), the frequency f at which the reflection coefficient is minimized. It was found that 0 could be variably controlled, and the gain obtained at the frequency f 0 was greater than the gain obtained at a frequency with a higher reflection coefficient. That is, when the frequency of the electromagnetic wave to be radiated using the waveguide type slot array antenna 1A is determined in advance, the frequency to be radiated is changed by changing the relative arrangement of the slots with respect to the control wall as described above. it is possible to design the waveguide slot array antenna 1A to be f 0. In other words, by changing the relative arrangement of the slots with respect to the control wall, the waveguide slot array antenna 1A in which the gain with respect to an electromagnetic wave having a predetermined frequency is selectively improved is realized.
  • FIG. 7B is a top view showing the magnetic field distribution when a 67.5 GHz electromagnetic wave having a reflection coefficient larger than the frequency f 0 is incident on the waveguide slot array antenna 1A.
  • the magnetic field distribution shown in FIGS. 7A and 7B is obtained for the H-plane of the TE mode electromagnetic wave propagating in the waveguide of the first dielectric layer 12.
  • the magnetic field distribution around the slots 11d1, 11d2, 11d3, and 11d4 is semicircular around the center of each slot, and there is a difference in magnetic field strength.
  • the magnetic field strength differs depending on the positions of the slots 11d1 to 11d4 because the electromagnetic waves fed from the left end of FIG. 7A propagate in the y-axis direction in the coordinate system shown in FIG. This is because the power intensity is weakened due to radiation from 11d4.
  • each of the reflected wave caused by the slot 11d4, the reflected wave caused by the slot 11d5, and the reflected wave caused by the slot 11d6 is canceled by the reflected wave caused by the adjacent slot.
  • the frequency f 0 of the waveguide slot array antenna 1A is considered to be the frequency that best matches the arrangement of the control walls 12c1 to 12c6 and the slots 11d1 to 11d6 in the waveguide slot array antenna 1A.
  • the magnetic field distribution around the slots 11d1, 11d2, 11d3, and 11d4 is not uniform.
  • the magnetic field around the slot 11d1 has many components parallel to the y-axis in the coordinate system shown in FIG.
  • the magnetic field around the slot 11d2 has many components parallel to the y-axis. Since the shapes of the magnetic field distributions are different as described above, it is considered that the amplitude of the reflected wave caused by the slot 11d1 and the amplitude of the reflected wave caused by the slot 11d2 are different and cannot be canceled out.
  • each magnetic field distribution is similar, such as the periphery of the slot 11d1 and the periphery of the slot 11d4. Since the distance between the slot 11d1 and the slot 11d4 is 3d p, it is considered that the reflected wave caused by the slot 11d1 and the reflected wave caused by the slot 11d4 act so as to cancel each other. However, since there are simultaneously reflected waves that do not cancel each other, reflection is considered to increase.
  • the reflection coefficient is large. It is considered to be.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the slot array antenna module 2 including the waveguide slot array antenna 2A according to the first modification.
  • the waveguide slot array antenna 2A included in the slot array antenna module 2 is different in the following configuration from the waveguide slot array antenna 1A according to the first embodiment.
  • the control walls 22c1 to 22c6 are prismatic posts formed on the first dielectric layer 22.
  • the first conductor layer 21 is provided with an opening 21a, and the first conductor layer 21 and the waveguide 2B are communicated with the waveguide 2Ba in the waveguide 2B. It is connected.
  • Each of the control walls 22c1 to 22c6 constituting the control wall group is constituted by a plate wall formed on the first dielectric layer 22, as shown in FIG. Specifically, each of the control walls 22c1 to 22c6 is a prismatic conductor having an upper end connected to the first conductor layer 21 and a lower end connected to the second conductor layer 23, more specifically.
  • the conductor plating is formed on the wall surface of the through hole having a prismatic shape formed in the first dielectric layer 22.
  • each control wall 22c1 to 22c6 in a plane parallel to the xy plane is a rectangle whose longitudinal direction is parallel to the x axis.
  • each of the control walls 22c1 to 22c6 according to this modification may include a region in which a corner portion formed between the long side and the short side is configured by a curve. This is because when the through hole having a rectangular cross-sectional shape is formed in the first dielectric layer 22, the four corners of the through hole may be rounded.
  • the waveguide slot array antenna 1A is arranged so that the opening 13a provided in the second conductor layer 13 communicates with the waveguide 1Ba of the waveguide 1B.
  • the waveguide 1B was connected (see FIG. 1).
  • the waveguide 1B is connected to the lower side (z-axis negative direction side) of the waveguide slot array antenna 1A.
  • the waveguide slot array antenna 2A and the waveguide are arranged so that the opening 21a provided in the first conductor layer 21 communicates with the waveguide 2Ba of the waveguide 2B.
  • the pipe 2B is connected.
  • the waveguide 2B is connected to the upper side (z-axis positive direction side) of the waveguide slot array antenna 2A.
  • the waveguide may be connected to the first conductor layer in which the slot of the waveguide type slot array antenna is formed (first).
  • Embodiment 1) and may be connected to a second conductor layer facing the first conductor layer via the first dielectric layer (this modification).
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of the slot array antenna module 3 including the waveguide slot array antenna 3A according to the present embodiment.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of the slot array antenna module 3.
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of another embodiment of the slot array antenna module 3 obtained by changing the structure of the feed pin of the slot array antenna module 3.
  • 10A and 10B show a cross section passing through the feed pins 32a and 34a and the conductor post 12ai among the cross sections parallel to the yz plane of the slot array antenna module 3.
  • the slot array antenna module 3 according to the present embodiment is different from the slot array antenna module 1 according to the first embodiment in the configuration of the portion that feeds electromagnetic waves to the waveguide slot array antenna.
  • a waveguide 1B for feeding electromagnetic waves is connected to the second conductor layer 13, whereas in the waveguide slot array antenna 3A, a microstrip for feeding electromagnetic waves.
  • a line 3B is formed.
  • the first dielectric layer 32 includes power supply pins 32 a that radiate the supplied electromagnetic wave into the first dielectric layer 32.
  • the microstrip line 3B for supplying electromagnetic waves and the feed pin 32a will be mainly described.
  • the slot array antenna module 3 includes a first conductor layer 31, a first dielectric layer 32, a second conductor layer 33, a second dielectric layer 34, a third conductor layer 35, and an RFIC 36 in this order. It has a laminated structure.
  • the material of the first conductor layer 31, the second conductor layer 33, and the third conductor layer 35 a metal such as copper can be used.
  • a metal such as copper
  • glass such as quartz glass
  • fluorine resin such as PTFE, liquid crystal polymer, or cycloolefin polymer
  • fluorine-type resin such as PTFE, a liquid crystal polymer, a cycloolefin polymer, or a polyimide-type resin is mentioned.
  • the first conductor layer 31 and the second conductor layer 33 facing each other through the first dielectric layer 32 constitute a waveguide slot array antenna 3A.
  • a feed pin 32a having a TE mode excitation structure is formed inside a region (waveguide) surrounded by the post wall 12a formed by the conductor post 12ai.
  • the power supply pin 32a is a hole formed from the upper surface to the lower surface of the first dielectric layer 32, and is a hole in which a conductor wall is plated.
  • the second conductor layer 33 is formed with an opening 33 a for avoiding the lower end portion of the power supply pin 32 a from coming into contact with the second conductor layer 33. For this reason, the power feed pin 32 a is insulated from the second conductor layer 33.
  • the power supply pin 32a is not a through hole although formed from the upper surface to the lower surface of the first dielectric layer 32.
  • the first dielectric layer 32 exists between the power supply pin 32 a and the first conductor layer 31. That is, the power supply pin 32 a is also insulated from the first conductor layer 31.
  • the power supply pin 32a having the TE mode excitation structure can also be called a power supply unit that supplies electromagnetic waves.
  • the region surrounded by the six sides by the post wall 12a composed of the first conductor layer 31, the second conductor layer 33, and the conductor post 12ai functions as a waveguide for guiding electromagnetic waves.
  • the high-frequency signal output from the RFIC 36 is transmitted through a microstrip line 3B, which will be described later, as a TEM mode electromagnetic wave, and then converted into a TE mode electromagnetic wave at the feed pin 32a.
  • This electromagnetic wave is guided through the waveguide of the first dielectric layer 32, and then radiated from the waveguide to the outside of the waveguide slot array antenna 3A through the slot formed in the first conductor layer 11.
  • the second conductor layer 33 and the third conductor layer 35 facing each other through the second dielectric layer 34 constitute the microstrip line 3B (second conductor).
  • the layer 33 is shared by the waveguide slot array antenna 3A and the microstrip line 3B).
  • the third conductor layer 35 is a conductor pattern printed on the surface of the second dielectric layer 34, and includes a signal line 35a, a signal pad 35b, and a ground pad 35c.
  • the signal line 35 a is a linear conductor having one end point connected to the lower end portion of the power supply pin 34 a formed on the second dielectric layer 34.
  • the power supply pin 34 a is a through hole in which the conductor wall is plated on the hole wall from the upper surface to the lower surface of the second dielectric layer 34. Since the upper end portion of the power supply pin 34a is in contact with the upper end portion of the power supply pin 32a formed in the first dielectric layer 32, the signal line 35a and the power supply pin 32a are electrically connected via the power supply pin 34a. .
  • the signal pad 35b is a square planar conductor whose end is connected to the other end of the signal line 35a.
  • the ground pad 35c is a square planar conductor disposed in the vicinity of the signal pad 35b and spaced from the signal pad 35b.
  • a ground via 34b which is a through hole in which a conductor wall is plated on the hole wall, is formed from the upper surface to the lower surface of the second dielectric layer 34.
  • the lower end portion of the ground via 34 b is in contact with the ground pad 35 c, and the upper end portion of the ground via 34 b is in contact with the second conductor layer 33.
  • the potential of the second conductor layer 33 and the first conductor layer 31 short-circuited with the second conductor layer 33 by the ground via 34b becomes the same as the potential (ground potential) of the ground pad 35c.
  • a signal terminal 36a formed on the RFIC 36 is bump-connected to the signal pad 35b using a solder bump 37a, and a ground terminal 36b formed on the RFIC 36 is bump-connected to the ground pad 35c using a solder bump 37b. .
  • the high frequency signal generated by the RFIC 36 can be supplied to the waveguide slot array antenna 3A without causing signal reflection due to parasitic inductance.
  • the RFIC 36 is arranged so as to overlap with the waveguide formed in the first dielectric layer 32 when viewed from the stacking direction (viewed from the non-z-axis direction in FIG. 9). It is a point that has been. For this reason, the area of the slot array antenna module 3 viewed from the stacking direction, that is, the area required for mounting the slot array antenna module 3 is equal to the area of the RFIC 36 viewed from the same direction and the first dielectric viewed from the same direction. It becomes smaller than the sum of the areas of the waveguides formed in the layer 32. That is, the area required for mounting the slot array antenna module 3 according to the present embodiment is necessary for mounting only the waveguide type slot array antenna 3A even though the RFIC 36 that outputs a high frequency signal is provided. It may be about the same as the area.
  • the second conductor layer 33 is interposed between the first conductor layer 31 in which the slots 11 d 1 to 11 d 6 are formed and the RFIC 36.
  • electromagnetic waves propagating in the z-axis positive direction are radiated from the slots 11d1 to 11d6.
  • these electromagnetic waves are disturbed by the RFIC 36, and the function of the RFIC 36 is inhibited by these electromagnetic waves.
  • the waveguide slot array antenna 3A can be designed without considering the presence or absence of the RFIC 36, and the antenna characteristics of the waveguide slot array antenna 3A are not affected by the RFIC 36.
  • the signal line 35a is placed from the lower end of the power feed pin 34a to the center of the waveguide formed in the first dielectric layer 32. It is pulled out in the approaching direction (y-axis positive direction in FIG. 9).
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the slot array antenna module 3.
  • FIG. 10 shows a cross section passing through the feed pins 32a and 34a and the conductor post 12ai among the cross sections parallel to the yz plane (see FIG. 1) of the slot array antenna module 3.
  • the slot array antenna module 3 includes a feed pin 34 a that is a through-hole penetrating the second dielectric layer 34 from the lower surface to the upper surface, and a lower surface of the first dielectric layer 32.
  • a power supply pin 32a extending to the inside is provided.
  • the feed pins 32a and 34a are formed by conducting conductor plating on the non-through holes formed in the first dielectric layer 32 and the hole walls of the through holes formed in the second dielectric layer 34. It is formed by stacking non-through holes and through holes.
  • the power supply pins 32a and 34a shown in FIG. 10 are (1) the lower end portion of the power supply pin 34a is in contact with the signal line 35a, and (2) the lower end portion of the power supply pin 32a is second by the opening 33a. And (3) the upper end portion of the power feed pin 32 a stays inside the first dielectric layer 32 and is separated from the first conductor layer 31. As a result, the power supply pin 32 a is electrically connected to the signal line 35 a and is insulated from both the first conductor layer 31 and the second conductor layer 33.
  • FIG. 10A a configuration using a non-through hole extending from the lower surface of the first dielectric layer 32 to the inside (not reaching the upper surface) as the power supply pin 32a is adopted.
  • the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 10B, a configuration in which a through hole extending from the lower surface to the upper surface of the first dielectric layer 32 may be employed as the power supply pin 32a.
  • the power supply pins 32a and 34a shown in FIG. 10B that (1) the lower end portion of the power supply pin 34a is in contact with the signal line 35a, and (2) the lower end portion of the power supply pin 32a is an opening 33a. And (3) the upper end of the power feed pin 32a is separated from the first conductor layer 31 by the opening 31a. As a result, the power supply pin 32 a is electrically connected to the signal line 35 a and is insulated from both the first conductor layer 31 and the second conductor layer 33.
  • FIG. 11 is an exploded perspective view of the slot array antenna module 4 including the waveguide slot array antenna 4A according to the second modification.
  • the slot array antenna module 4 differs from the slot array antenna module 3 shown in FIG. 9 in that the RFIC 46 and the microstrip line 4B are provided on the upper side of the first conductor layer 41.
  • the slot array antenna module 4 includes the RFIC 46, the third conductor layer 45, the second dielectric layer 44, the first conductor layer 41, the first dielectric layer 42, and the second conductor layer 43 in this order. It has a laminated structure.
  • the first conductor layer 41 and the second conductor layer 43 facing each other via the first dielectric layer 42 constitute a waveguide slot array antenna 4A. Further, the first conductor layer 41 and the third conductor layer 45 facing each other through the second dielectric layer 44 constitute a microstrip line 4B (the first conductor layer 41 is a waveguide slot). Shared by the array antenna 4A and the microstrip line 4B).
  • the third conductor layer 45 is a conductor pattern printed on the surface of the second dielectric layer 44, and includes a signal line 45a, a signal pad 45b, and a ground pad 45c.
  • the signal line 45 a is a linear conductor having one end point connected to the upper end portion of the power feed pin 44 a formed in the second dielectric layer 44.
  • the power supply pin 44 a is a through hole in which the conductor wall is plated on the hole wall from the lower surface to the upper surface of the second dielectric layer 44. Since the lower end portion of the power supply pin 44a is in contact with the upper end portion of the power supply pin 42a formed in the first dielectric layer 32, the signal line 45a and the power supply pin 42a are electrically connected via the power supply pin 44a.
  • the first conductor layer 41 is provided with an opening 41a for separating from the upper end portion of the power supply pin 42a.
  • the power supply pins 42a and 44a are (1) the upper end portion of the power supply pin 44a is in contact with the signal line 45a, and (2) the first conductor layer 41 is connected to the upper end portion of the power supply pin 42a by the opening 41a. And (3) the lower end portion of the power supply pin 42 a stays inside the first dielectric layer 42 and is separated from the second conductor layer 43. As a result, the power supply pin 42 a is electrically connected to the signal line 45 a and is insulated from both the first conductor layer 41 and the second conductor layer 43.
  • a signal terminal (not shown) formed on the RFIC 46 is bump-connected to the signal pad 45b using a solder bump 47a, and a ground terminal (not shown) formed on the RFIC 46 is solder-bumped to the ground pad 45c. 47b is used for bump connection.
  • the high frequency signal generated by the RFIC 46 can be supplied to the waveguide slot array antenna 4A without causing signal reflection due to parasitic inductance.
  • the slot array antenna module 4 there is no concern that the antenna characteristics change due to capacitive coupling with the RFIC 36, as in the case of the slot array antenna module 3 shown in FIG. Further, in the slot array antenna module 4, (1) the electromagnetic wave radiated from the slot array antenna module 4 is not disturbed by the RFIC 46, and (2) the function of the RFIC 46 is not disturbed by these electromagnetic waves. This is the same as in the case of the array antenna module 3.
  • the signal line 45a is connected to the center of the waveguide formed in the first dielectric layer 32 from the upper end of the feed pin 44a. It is pulled out in a direction away from it (y-axis negative direction in FIG. 11).
  • a waveguide slot array antenna is a waveguide slot array antenna in which a plurality of slots are formed on an upper wall of a rectangular parallelepiped waveguide.
  • a plurality of control walls orthogonal to the upper wall and the side wall of the waveguide are arranged, and each of the plurality of slots crosses the boundary of the section defined by the control wall and when viewed from above. It is arranged so as not to overlap the control wall.
  • the waveguide slot array antenna employs a configuration in which slots are arranged so as to straddle the boundaries of the sections defined by the control walls and not to overlap the control walls when viewed from the top. Therefore, it is possible to realize a waveguide slot array antenna having a smaller reflection coefficient and a larger gain than conventional ones.
  • the waveguide slot array antenna may have a configuration in which the plurality of control walls are arranged in a staggered manner in the waveguide.
  • the width of the control wall is one half or more of the width of the waveguide with respect to a direction orthogonal to the side wall of the waveguide.
  • the control wall generates a reflected wave having an amplitude sufficient to cancel the reflected wave caused by each of the slots. Therefore, when the amplitude of the reflected wave caused by each of the slots is large, for example, even when the inside of the waveguide is filled with a dielectric having a relative dielectric constant greater than 1, each of the control walls Can cancel the reflected wave caused by each of the slots.
  • the waveguide wavelength of the waveguide type slot array antenna at the upper limit of 70 GHz is ⁇ g
  • the control wall and the control wall The distance dx [m] with the slot straddling the boundary between the two divided sections preferably satisfies 0.10 ⁇ dx / ⁇ g ⁇ 0.31.
  • a waveguide slot array antenna having a reflection coefficient of less than ⁇ 10 dB in the operating band can be realized.
  • each of the plurality of slots is a rectangular opening having a long side parallel to the side wall of the waveguide and a short side perpendicular to the side wall of the waveguide.
  • the waveguide wavelength of the waveguide slot array antenna at the upper limit of 70 GHz is ⁇ g
  • the boundary between the two sections partitioned by the control wall and the slot across the boundary The distance dy [m] between the two short sides closer to the power feeding unit preferably satisfies 0.35 ⁇ dy / ⁇ g ⁇ 0.48.
  • a waveguide slot array antenna having a reflection coefficient of less than ⁇ 10 dB in the operating band can be realized.
  • the waveguide slot array antenna includes a first dielectric layer and two conductor layers facing each other through the first dielectric layer, the first slot functioning as an upper wall of the waveguide A conductor layer and a second conductor layer functioning as a lower wall of the waveguide, and the side wall and the control wall fence a cylindrical post formed on the first dielectric layer. It is preferable that the post walls are arranged in a shape.
  • the waveguide slot array antenna having the above configuration can be formed using printed circuit board technology. That is, unlike the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1, it is not necessary to bond the base body and the slot plate separately manufactured by metal processing or the like, so that the manufacturing cost can be reduced. . In addition, there is no concern that a problem of deterioration in transmission quality due to insufficient adhesion between the base body and the slot plate occurs.
  • the waveguide slot array antenna includes a first dielectric layer and two conductor layers facing each other through the first dielectric layer, the first slot functioning as an upper wall of the waveguide A conductor layer and a second conductor layer functioning as a lower wall of the waveguide, and the side wall has a columnar post formed on the first dielectric layer arranged in a fence shape.
  • the control wall may be constituted by a prismatic plate wall formed in the first dielectric layer.
  • the waveguide slot array antenna having the above configuration can be formed using printed circuit board technology. That is, unlike the waveguide slot array antenna described in Patent Document 1, it is not necessary to bond the base body and the slot plate separately manufactured by metal processing or the like, so that the manufacturing cost can be reduced. . In addition, there is no concern that a problem of deterioration in transmission quality due to insufficient adhesion between the base body and the slot plate occurs.
  • a slot array antenna module includes a waveguide-type slot array antenna and a second dielectric layer stacked on an upper wall of the waveguide or below a lower wall of the waveguide. And a microstrip line constituted by a third conductor layer facing the upper wall of the waveguide or the lower wall of the waveguide via the second dielectric layer.
  • electromagnetic waves can be supplied to the waveguide slot array antenna using the microstrip line laminated on one laminated substrate.
  • the waveguide slot array antenna is a through-hole that penetrates the first dielectric layer and the second dielectric layer and has a hole plated with a conductor plating.
  • An opening formed in the upper wall of the waveguide and the lower wall of the waveguide is insulated from the upper wall of the waveguide and the lower wall of the waveguide, and has a through hole that is electrically connected to the third conductor layer.
  • the TE mode excitation structure may be included.
  • the waveguide slot array antenna extends from a surface passing through the second dielectric layer and facing the second dielectric layer of the first dielectric layer.
  • a non-through hole in which conductor plating is applied to the hole wall, and the top of the waveguide is formed by an opening formed in the conductor layer interposed between the first dielectric layer and the second dielectric layer.
  • the TE mode excitation structure may include a non-through hole that is insulated from the wall or the lower wall of the waveguide and is electrically connected to the third conductor layer.
  • the slot array antenna module further includes an RFIC (Radio Frequency Integrated Circuit) connected to the third conductor layer, and the second dielectric layer is laminated under a lower wall of the waveguide, The third conductor layer is opposed to the lower wall of the waveguide through the second dielectric layer, and the RFIC is disposed so as to overlap the waveguide when viewed from above. It is preferable.
  • RFIC Radio Frequency Integrated Circuit
  • the area required for mounting the slot array antenna module is smaller than the sum of the area required for mounting the RFIC and the area when the waveguide is projected onto the lower wall of the waveguide that is the mounting surface of the RFIC. That is, according to the above configuration, the area required for mounting the slot array antenna module according to the present invention is mounted only on the waveguide type slot array antenna even though the RFIC that outputs a high frequency signal is provided. It can be suppressed to the same extent as the area required for.
  • a slot array antenna module is a slot array antenna module including the waveguide slot array antenna and a waveguide, and an opening is formed at one end of the waveguide.
  • the waveguide is connected to the waveguide slot array antenna so that the waveguide of the waveguide communicates with the waveguide of the waveguide slot array antenna through the opening. It is preferable.
  • an electromagnetic wave can be supplied to the waveguide slot array antenna using the waveguide.
  • a control post disposed in the vicinity of the opening is formed in the waveguide, and an interval between the left side wall and the right side wall in a section including the opening of the waveguide is The distance between the left side wall and the right side wall outside the section of the waveguide is preferably wider.
  • the reflection coefficient can be made smaller and a larger gain can be obtained.
  • the present invention can be suitably used as a waveguide slot array antenna and a slot array antenna module including the waveguide slot array antenna.

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Abstract

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

Description

導波路型スロットアレイアンテナ及びスロットアレイアンテナモジュール
　本発明は、導波路型スロットアレイアンテナ、及び、該導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールに関する。
　次世代の無線ＬＡＮ規格として、ＷｉＧｉｇ（登録商標）が注目を集めている。ＷｉＧｉｇにおいては、６０ＧＨｚ帯のミリ波を用いて、最大６．７５Ｇビット／秒の超高速無線伝送が実現される。このため、６０ＧＨｚ帯用のアンテナは、市場規模の大きいパーソナルコンピュータやスマートフォンなどの民生機器への搭載が見込まれ、その需要拡大が期待されている。
　ミリ波帯を動作帯域とするアンテナの一例として、金属製の導波管の一面に複数のスロットを形成した導波管スロットアレイアンテナが知られている。このような導波管スロットアレイアンテナにおいては、各スロットにおいて生じる反射を低減することが重要になる。各スロットで生じる反射は、反射特性を劣化させ、また、利得を低下させる要因になるためである。
　各スロットで生じる反射を低減させた導波管スロットアレイアンテナとしては、例えば、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナが知られている。特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナにおいては、スロットが形成された金属導波管の内部に壁板を形成し、スロットでの反射波を壁板での反射波によって相殺する構成が採用されている。
日本国公開特許公報「特開２００５－１６７７５５号公報（２００５年　６月２３日公開）」
　しかしながら、動作帯域における反射係数を小さくし、かつ、利得を大きくするうえで、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナには、スロット及び壁板の配置に関して改善の余地が残されていた。
　また、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナには、以下のような副次的な問題も存在していた。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナは、矩形導波管及び壁板を備えるベース体と、複数のスロットが設けられたスロット板とにより構成されており、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合わせることによって製造される。このため、製造コストが高いという問題があった。また、ベース体とスロット板とを密着させることが困難であり、その結果、伝送品質の低下が生じ易いという問題があった。
　本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の導波管スロットアレイアンテナに比べ、所望の周波数範囲において反射係数を小さくすることができ、かつ、所望の周波数範囲において選択的に利得を大きくすることが可能な導波路型スロットアレイアンテナを実現することにある。
　上記の課題を解決するために、本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナは、直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する複数の制御壁が配置されており、上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている、ことを特徴とする。
　本発明によれば、従来の導波管スロットアレイアンテナに比べ、所望の周波数範囲において反射係数を小さくすることができ、かつ、所望の周波数範囲において選択的に利得を大きくすることが可能な導波路型スロットアレイアンテナを実現できる。
本発明の第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの一部を上面視した場合の平面図である。 図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの一部を上面視した場合の平面図である。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、間隔ｄｘ／λｇを０．１以上０．３１以下の範囲で変化させた場合に得られる反射特性を示すグラフである。（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナにおいて、間隔ｄｙ／λｇを０．３５以上０．４８以下の範囲で変化させた場合に得られる反射特性を示すグラフである。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。（ｂ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λｇ＝０．１である導波路型スロットアレイアンテナのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。 （ａ）は、実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナのうち間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナに、５７．５ＧＨｚの電磁波を給電した場合の磁界分布を示すグラフであり、（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナに、６７．５ＧＨｚの電磁波を給電した場合の磁界分布を示すグラフである。 第１の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。 （ａ）は、図９に示すスロットアレイアンテナモジュールの断面図であり、給電ピン及びポストの構造を示す。（ｂ）は、同スロットアレイアンテナモジュールの給電ピンの構造を変更することにより得られる別態様のスロットアレイアンテナモジュールの断面図である。 第２の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールの分解斜視図である。
　〔実施形態１〕
　〔スロットアレイアンテナモジュールの構成〕
　本発明の第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図１～図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール１の分解斜視図である。図２は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。
　スロットアレイアンテナモジュール１は、図１に示すように導波路型スロットアレイアンテナ１Ａ及び導波管１Ｂを備えている。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２、及び第２の導体層１３を、この順に積層した構造を有している。言い換えれば、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の誘電体層１２を介して互いに対向する第１の導体層１１及び第２の導体層１３によって構成される。
　本実施形態において、第１の導体層１１の主面、第１の誘電体層１２の主面、及び第２の導体層１３の主面は、いずれも図１に示す座標系においてｘｙ平面と平行になるように配置されている。ここで、主面とは、直方体状の部材を構成する６つの面のうち、最大の面積を有する面のことを意味する。
　第１の導体層１１及び第２の導体層１３の材料としては、銅などの金属を用いることができる。また、第１の誘電体層１２の材料としては、石英ガラス等のガラス、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、又はシクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。
　第１の導体層１１には、複数のスロット１１ｄ１～１１ｄ６が形成されている。スロット１１ｄ１～１１ｄ６は、第１の導体層１１に形成された長方形の開口であり、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときに千鳥状に配置されている。ここで、上面視とは、図１に示す座標系におけるｚ軸正方向から対象物を見ることを意味する。また、スロット１１ｄ１～１１ｄ６のより具体的な配置に関しては、参照する図面を代えて後述する。
　第１の誘電体層１２の内部には、導波路として機能する直方体状の領域の四方を取り囲むポスト壁１２ａが形成されている。ポスト壁１２ａは、柵状に配列された複数の導体ポスト１２ａ１，１２ａ２，…，１２ａＭの集合である。各導体ポスト１２ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。なお、ポスト壁１２ａにより四方を囲まれた領域は、その長手方向が図１に示す座標系におけるｙ軸と平行になるように配置される。
　ポスト壁１２ａにより四方を囲まれ、第１の導体層１１及び第２の導体層１３により上下を挟まれた領域は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路として機能する。ポスト壁１２ａは、この導波路の側壁として機能し、第１の導体層１１は、この導波路の上壁として機能し、第２の導体層１３、この導波路の下壁として機能する。なお、以下の説明においては、この導波路の側壁のうち、ｘ軸正方向の側壁を右側壁、ｘ軸負方向の側壁を左側壁、ｙ軸正方向の側壁を前側壁、ｙ軸負方向の側壁を後側壁と記載する。前側壁及び後側壁は、ショート壁と呼ばれることもある。
　導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の内部には、この導波路の上壁及び左右側壁の双方と直交する（すなわち、図１におけるｚｘ面と平行な）制御壁１２ｃ１～１２ｃ６が形成されている。開口１３ａに近い方から数えて奇数番目の制御壁である制御壁１２ｃ１，１２ｃ３，１２ｃ５は、右側壁近傍から左方向（図１におけるｘ軸負方向）へ向かって延設されている。一方、開口１３ａに近い方から数えて偶数番目の制御壁である制御壁１２ｃ２，１２ｃ４，１２ｃ６は、左側壁近傍から右方向（図１におけるｘ軸正方向）へ向かって延設されている。したがって、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６の各々は、千鳥配置されていると言える。
　なお、図１に示す座標系は、以下のように定められたものである。すなわち、（１）第１の誘電体層１２が備える導波路の長手方向をｙ軸とする。ｙ軸の向きは、該導波路の給電部から該導波路の先端に向かう向きが正の向きとなるように定める。（２）第１の誘電体層１２の厚み方向に平行な軸をｚ軸とする。ｚ軸の向きは、第２の導体層１３から第１の導体層１１に向かう方向が正の向きとなるように定める。（３）第１の誘電体層１２が備える導波路の幅方向の長さをｘ軸とする。ｘ軸の向きは、ｘ軸の向きは、このｘ軸が上述したｙ軸及びｚ軸と共に右手系を構成するように定める。
　次に、制御壁１２ｃ１を例にして、制御壁の構成について説明する。図２は、制御壁１２ｃ１を通るｚｘ平面における導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの断面図である。図２に示すように、制御壁１２ｃ１は、３つの導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ，１２ｃ１ｃの集合である。各導体ポスト１２ｃ１ａ～１２ｃ１ｃは、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。
　導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ，１２ｃ１ｃは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路を伝播する電磁波の波長よりも十分に短い間隔で配置されている。また、制御壁を構成する導体ポスト１２ｃ１ａと側壁を構成する導体ポスト１２ａｉとの間隔も、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路を伝播する電磁波の波長よりも十分に短く設定されている。これにより、導体ポスト１２ｃ１ａ，１２ｃ１ｂ及び１２ｃ１ｃの集合である制御壁１２ｃ１は、電磁波を反射するポスト壁として機能する。
　以上のように、制御壁１２ｃ１は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の右側壁から、ｘ軸負方向に伸びるｚｘ平面と平行なポスト壁である。他の奇数番目の制御壁である制御壁１２ｃ３，１２ｃ５は、制御壁１２ｃ１と同様に構成されている。また、偶数番目の制御壁である制御壁１２ｃ２，１２ｃ４及び１２ｃ６は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の左側壁から、ｘ軸正方向に伸びるｚｘ平面と平行なポスト壁であり、その幅は、制御壁１２ｃ１の幅と同じである。
　なお、本実施形態においては、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の幅Ｗを、該導波路の左右側壁の壁心間の距離と定義する（図３参照）。また、制御壁の幅Ｗｃｗを、制御壁１２ｃ１を例にして、上記導波路の右側壁における壁心と、該右側壁から最も遠い導体ポスト１２ｃ１ｃの該右側壁から最も遠い側壁との距離と定義する（図３参照）。
　各スロット１１ｄ１～１１ｄ６は、比誘電率がそれぞれ異なる第１の誘電体層と空気中との境界に位置するため、第１の誘電体層１２内の導波路を伝播する電磁波の一部を反射する原因となる。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６からなる制御壁群を備えているため、スロット１１ｄ１～１１ｄ６の各々のうち、隣接する一方のスロット（例えばスロット１１ｄ１）近傍における磁界分布と、他方のスロット（例えばスロット１１ｄ２）近傍における磁界分布とを似た分布形状にすることができる（図７（ａ）参照）。その結果、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、上記一方のスロットに起因する反射波の振幅と、上記他方のスロットに起因する反射波の振幅とを、等しくする（又は近くする）ことができる。導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける磁界分布は、実施例において図６を参照しながら後述する。
　その上で、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６を周期的に配置する間隔ｄｐを調整し、上記一方のスロットに起因する反射波と、上記他方のスロットに起因する反射波との位相差を、１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）とすることによって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、隣接する各スロットに起因する反射波を相殺することができる。
　さらに、各制御壁１２ｃ１～１２ｃ６の幅Ｗｃｗは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路の幅Ｗの２分の１以上であることが好ましい。上記の構成によれば、各スロット１１ｄ１～１１ｄ６に起因する反射波の振幅が大きい場合であっても、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６は、この反射波を打ち消すために十分な振幅を有する反射波を生じさせることができる。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、反射係数を十分に小さく抑えることができる。
　第２の導体層１３には、開口１３ａが形成されている。導波管１Ｂは、導波管１Ｂ内の導波路１Ｂａが開口１３ａを介して導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路と連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに接続される。
　導波管１Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに電磁波を給電する給電手段である。導波管１Ｂは、両端が開放した管状部材であり、その管壁は、金属などの導体からなる。導波管１Ｂの内部に形成された空洞は、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよいが、本実施形態においては、前者の構成を採用する。上記空洞は、電磁波を導波する導波路１Ｂａとして機能する。
　〔スロットの配置〕
　次に、第１の導体層１１に設けられているスロット１１ｄ１～１１ｄ６の配置について、図３を参照しながら説明する。図３は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときの平面図であり、制御壁１２ｃ１及び１２ｃ２の近傍を拡大したものである。スロット１１ｄ１～１１ｄ６の各々は、第１の誘電体層１２の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口である。
　第１の誘電体層１２が備える導波路は、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６により７つの区間に区画されている。（１）後ろ側壁から制御壁１２ｃ１までの区間、（２）制御壁１２ｃ１から制御壁１２ｃ２までの区間、（３）制御壁１２ｃ２から制御壁１２ｃ３までの区間、（４）制御壁１２ｃ３から制御壁１２ｃ４までの区間、（５）制御壁１２ｃ４から制御壁１２ｃ５までの区間、（６）制御壁１２ｃ５から制御壁１２ｃ６までの区間、（７）制御壁１２ｃ７から前側壁までの区間が、これら７つの区間に該当する。
　第１の導体層１１に設けられたスロット１１ｄ１～１１ｄ６の各々は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視したときに、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６の各々により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６のうち、該境界を介して隣接する区間を区画する制御壁と重ならないように配置されている。
　図３を参照しながら具体的に説明すると、スロット１１ｄ１は、制御壁１２ｃ１により区画された上述の区間（１）及び区間（２）の境界を跨ぐように配置されており、且つ、該境界を介して隣接する区間（１）及び区間（２）を区画する制御壁である制御壁１２ｃ１と重ならないように配置されている。また、スロット１１ｄ２は、制御壁１２ｃ２により区画された上述の区間（２）及び区間（３）の境界を跨ぐように配置されており、且つ、該境界を介して隣接する区間（２）及び区間（３）を区画する制御壁である制御壁１２ｃ２と重ならないように配置されている。スロット１１ｄ３～１１ｄ６の配置に関しては、スロット１１ｄ１及び１１ｄ２の配置と同様であるため、その説明を省略する。
　制御壁同士の間隔である間隔ｄｐは動作帯域の中心周波数ｆ０［Ｈｚ］における管内波長をλｇとして、λｇ／２［ｍｍ］と同程度であることが好ましい。なお、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて反射係数が最小となる周波数は、実施例に後述するように、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置にも強く依存する。したがって、周期的に配置する間隔ｄｐは、単位構造を構成する制御壁とスロットとの相対配置に依存して変化し得るものであり、必ずしもλｇ／２に近くなくてもよい。
　なお、複数の制御壁は、千鳥状ではなく、導波路の管軸に沿うように、導波路の片側（管軸（中心）より右側壁側または左側壁側）に並んで配置されてもよい。各スロットは、対応する制御壁の反対側（左側壁側または右側壁側）に、区間の境界を跨ぐように配置される。この場合、制御壁同士の間隔である間隔ｄｐは、必須ではないが、λｇ［ｍｍ］と同程度であることが好ましい。
　本明細書における「管内波長」とは、以下のように与えられる波長λｇのことを指す。すなわち、導波路１Ａ１のような直方体状の導波路を導波するＴＥ１０モードは、２つの平面波を合成したものになる。これら２つの平面波が管軸となす角θは、cosθ=（１－（ｆｃ／ｆ）2）1/2により与えられる。ここで、ｆは周波数、ｆｃはカットオフ周波数であり、光速をｃ、導波路の幅をＷ、導波路の媒質の比誘電率をεr、比透磁率をμrとしたとき、ｆｃ＝（ｃ／２Ｗ）×（εrμr）-1/2で表すことができる。導波路中の波長λは自由空間での波長をλ0とすればλ=λ0／（εrμr）1/2となる。ここでλ／cosθとしたものが管内波長λgである。
　〔変換部〕
　次に、図４を参照しながら、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが備える変換部の構成について説明する。図４は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを上面視した場合の平面図であり、電磁波の導波モードを変換する変換部付近を拡大したものである。
　図４に示すように、第１の誘電体層１２内には、開口１３ａの近傍に配置された制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２が形成されていることが好ましい。より具体的には、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、開口１３ａを構成する四辺のうち第１の誘電体層１２内の導波路の左右側壁と平行な二辺をｙ軸正方向に延長した延長線の内側に配置されていることが好ましい。制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。
　本実施形態において、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２よりｙ軸負方向側に位置する領域であって、ポスト壁１２ａによって三方を囲まれ、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２によって残りの一方を囲まれた領域を変換部と表記する。この変換部は、導波管１Ｂから電磁波を給電される給電部とも表現できる。
　導波管１Ｂの導波路１Ｂａをｚ軸正方向に伝播してきた電磁波は、第２の導体層１３の開口１３ａを介して、第１の誘電体層１２の変換部に入射される。第１の誘電体層１２の変換部は、該電磁波の導波モードを、導波路１Ｂａの導波モードから、第１の誘電体層１２に形成された導波路の導波モードへ変換する。この場合に、制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２が配置されていることによって、第１の誘電体層１２に形成された変換部における電磁波の反射を抑制することができる。したがって、当該構成によれば、第１の誘電体層１２に形成された変換部が導波モードを変換するときに生じる損失を抑制することができる。制御ポスト１２ｂ１及び１２ｂ２は、第１の誘電体層１２に形成された変換部における電磁波の反射を抑制する反射抑制ポストとして機能する。
　導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが備える制御壁１２ｃ１～１２ｃ６を製造する工程は、ポスト壁１２ａを製造する工程と同じであり、プリント基板技術を利用することができる。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの製造コストは、従来のポスト壁導波路アンテナと同等である。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、従来のポスト壁導波路アンテナと比較して製造コストの増加を抑制しつつ、従来の導波管スロットアレイアンテナと比較して良好な放射特性及び利得を得ることができる。
　〔実施例１〕
　本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール１の第１の実施例について、図５～７を参照して説明する。なお、以下の説明におけるｄｘ及びｄｙの定義については、図３を参照されたい。
　本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、６０ＧＨｚ帯（６０ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯域）を動作帯域とするべく、図１に示す変換器１の各部を以下のごとく構成したものである。
　第１の導体層１１：厚みが２０μｍである導体（具体的には銅）板を用いた。
　第１の誘電体層１２：比誘電率が３、厚みが０．６ｍｍである液晶ポリマー基板を用いた。
　第２の導体層１３：厚みが２０μｍである導体（具体的には銅）板を用いた。
　ポスト壁１２ａ：ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａｉとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、互いに隣接する２つの導体ポスト１２ａｉ，１２ａｊの中心軸間の距離は、４００μｍとした。ポスト壁１２ａによって形成される導波路の幅Ｗは、２．４ｍｍとした。
　制御壁１２ｃ１～１２ｃ６：各制御壁１２ｃ１～１２ｃ６を構成する導体ポストとして、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２及び第２の導体層１３を貫通する直径２００μｍのスルービアを形成し、該スルービアを導体（具体的には銅）メッキしたものを用いた。なお、制御壁を構成する３つの導体ポスト（例えば導体ポスト１２ｃ１ａ～１２ｃ１ｃ）の中心間隔は、４００μｍとした。また、各制御壁１２ｃ１～１２ｃ６の間隔ｄｐは、約１．８ｍｍとした。
　スロット１１ｄ１～１１ｄ６：スロット長（図３に示す座標系において、ｙ軸と平行な長さ）は１．９ｍｍ、スロット幅（上記座標系においてｘ軸と平行な長さ）は２５０μｍとした。図３に示すように、制御壁１２ｃ２と、該制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロット１１ｄ２との間隔を、間隔ｄｘと定義した。本実施形態において、間隔ｄｘを定める２つの基点のうち一方は、制御壁１２ｃ２を構成する導体ポストのうち、導波路の左側壁から最も遠い導体ポスト１２ｃ２ｃの中心Ｃである。また、間隔ｄｘを定める２つの基点のうち他方は、制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロット１１ｄ２との交点Ｄである。
　また、制御壁１２ｃ２により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロット１１ｄ２が備える２つの短辺のうち電磁波を給電される給電部に近い方（ｙ軸負方向側）の短辺との間隔を、間隔ｄｙと定義した。
　導波管１Ｂ：導波管１Ｂとして、方形導波管ＷＲ－１５（ＥＩＡ規格）を用いた。導波管１Ｂの端部の上面に、第２の導体層１３、第１の誘電体層１２及び第１の導体層１１が、この順で積層されており、第２の導体層１３の開口１３ａを介して、第１の誘電体層１２の導波路と、導波管１Ｂの導波路１Ｂａとは連通している。
　図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性（反射係数の周波数特性）を示すグラフである。より具体的には、図５（ａ）は、間隔ｄｙ／λｇ＝０．４２で固定し、間隔ｄｘ／λｇを０．１，０．１７，０．２１，０．２４及び０．３１としたときに得られた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性を示すグラフであり、図５（ｂ）は、間隔ｄｘ／λｇ＝０．２２で固定し、間隔ｄｙ／λｇを０．３５，０．３８，０．４２，０．４５及び０．４８としたときに得られた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの反射特性を示すグラフである。
　〔反射特性のスロット位置依存性〕
　図５（ａ）を参照すると、間隔ｄｙ／λｇ＝０．４２で固定し、間隔ｄｘ／λｇを０．１以上０．３１以下の範囲で変化させた場合、全ての導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが示す反射係数の最小値は、一般的な要求水準である－１０ｄＢを下回った。以下では、反射特性が良好であるか否かを判定する場合の基準を、反射係数の最小値が－１０ｄＢを下回る、とする。すなわち、当該基準を満たす反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを、良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナと判定する。したがって、図５（ａ）に示した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、いずれも良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナであると言える。ここで、ｄｘ／λｇは、７０ＧＨｚにおける管内波長λｇで規格化された制御壁－スロット間隔ｄｘである。７０ＧＨｚにおける真空中の波長λ０は約４．２９ｍｍであるので、比誘電率が３の誘電体中の波長λは約２．４７ｍｍであり、規格化に用いた管内波長λｇは約２．８９ｍｍである。
　また、図５（ａ）を参照すると、間隔ｄｙ／λｇ＝０．４２で固定した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、反射係数が最小となる周波数ｆ０は、間隔ｄｘ／λｇ＝０．１において６７．５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λｇ＝０．１７において６４．０ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λｇ＝０．２１において６２．２５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λｇ＝０．２４において５８．５ＧＨｚ、間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１において５７．５ＧＨｚであることが分かった。
　このことから、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、間隔ｄｘ／λｇが０．１以上０．３１以下の範囲において、間隔ｄｘ／λｇを大きくするにしたがって、周波数ｆ０が低周波側へシフトすることがわかった。このことは、間隔ｄｘ／λｇを変化させることによって、良好な反射特性を保ったまま、周波数ｆ０を、５７．５ＧＨｚ以上６７．５ＧＨｚ以下の範囲において可変制御することが可能であることを意味する。言い換えれば、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける間隔ｄｘ／λｇを変化させることによって、５７．５ＧＨｚ以上６７．５ＧＨｚ以下の範囲において、所望の周波数において反射係数が最小値を示す導波路型スロットアレイアンテナを実現することができることを意味する。
　図５（ｂ）を参照すると、間隔ｄｘ／λｇ＝０．２２で固定し、間隔ｄｙ／λｇを０．３５以上０．４８以下の範囲で変化させた場合、全ての導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが示す反射係数の最小値は、一般的な要求水準である－１０ｄＢを下回った。したがって、図５（ｂ）に示した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、いずれも良好な反射特性を示す導波路型スロットアレイアンテナであると言える。ここで、ｄｙ／λｇは、７０ＧＨｚにおける管内波長λｇで規格化された制御壁－スロット短辺間隔ｄｙである。７０ＧＨｚにおける真空中の波長λ０は約４．２９ｍｍであるので、比誘電率が３の誘電体中の波長λは約２．４７ｍｍであり、規格化に用いた管内波長λｇは約２．８９ｍｍである。
　また、図５（ｂ）を参照すると、間隔ｄｘ／λｇ＝０．２２で固定した導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、周波数帯域における反射係数の最小値は、間隔ｄｙ／λｇ＝０．３５において－１１．３ｄＢ，間隔ｄｙ／λｇ＝０．３８において－１５．９ｄＢ，間隔ｄｙ／λｇ＝０．４２において－２３．４ｄＢ，間隔ｄｙ／λｇ＝０．４５において－１４．１ｄＢ，間隔ｄｙ／λｇ＝０．４８において－１２．１ｄＢであることが分かった。
　〔周波数ｆ０と利得の関係〕
　図６（ａ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのｚｘ平面における利得［ｄＢｉ］の方位角依存性を示すグラフである。グラフ中の０°は、図１に示す座標系におけるｚ軸正方向に対応し、－１８０°は、該座標系におけるｚ軸負方向に対応する。また、グラフ中の９０°は、上記座標軸におけるｘ軸正方向に対応し、－９０°は、上記座標軸におけるｘ軸負方向に対応する。図中の実線は、６７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示し、破線は、５７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示す。なお、間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける周波数ｆ０は、５７．５ＧＨｚである。
　周波数ｆ０に相当する５７．５ＧＨｚの場合と、５７．５ＧＨｚの場合より反射係数が大きい６７．５ＧＨｚの場合とを比較すると、５７．５ＧＨｚにおける利得の方が大きいことが分かった。
　図６（ｂ）は、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λｇ＝０．１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのｚｘ平面における利得の方位角依存性を示すグラフである。グラフ中の角度と、図１に示す座標系との対応関係は、図６（ａ）の場合と同様である。図中の実線は、６７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示し、破線は、５７．５ＧＨｚにおける利得の方位角依存性を示す。なお、間隔ｄｘ／λｇ＝０．１とした導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける周波数ｆ０は、６７．５ＧＨｚである。
　周波数ｆ０に相当する６７．５ＧＨｚの場合と、６７．５ＧＨｚの場合より反射係数が大きい５７．５ＧＨｚの場合とを比較すると、６７．５ＧＨｚにおける利得の方が大きいことが分かった。
　以上のことから、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、大きい反射係数を示す周波数において得られる利得と比較した場合、小さい反射係数を示す周波数において得られる利得は大きいことが分かった。
　したがって、本実施例に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおいて、制御壁（例えば制御壁１２ｃ１）に対するスロット（例えばスロット１１ｄ１）の相対的な配置を変化させることによって、反射係数が最小となる周波数ｆ０を可変制御することが可能であり、該周波数ｆ０において得られる利得は、反射係数がより大きい周波数において得られる利得より大きいことが分かった。すなわち、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを用いて放射させたい電磁波の周波数が予め決まっている場合には、上述の通り制御壁に対するスロットの相対配置を変化させることによって、該放射させたい周波数が周波数ｆ０となる導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを設計することができる。言い換えれば、制御壁に対するスロットの相対配置を変化させることによって、所定の周波数の電磁波に対する利得を選択的に向上させた導波路型スロットアレイアンテナ１Ａが実現される。
　〔磁界分布〕
　図７（ａ）は、本実施例１に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａのうち、間隔ｄｘ／λｇ＝０．３１である導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに、周波数ｆ０に対応する５７．５ＧＨｚの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。図７（ｂ）は、同導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに、周波数ｆ０より大きい反射係数を示す６７．５ＧＨｚの電磁波を入射した場合の磁界分布を示す上面図である。なお、図７（ａ）及び（ｂ）に示す磁界分布は、第１の誘電体層１２の導波路内を伝播するＴＥモードの電磁波のＨ面について求めたものである。
　図７（ａ）を参照すると、スロット１１ｄ１，１１ｄ２，１１ｄ３及び１１ｄ４の周辺におけるそれぞれの磁界分布は、各スロットの中心部を中心とする半円状であり、磁界強度の違いはあるものの、いずれもよく似た分布形状であることが分かった。磁界強度が各スロット１１ｄ１～１１ｄ４の位置に応じて異なるのは、図７（ａ）の左端から給電された電磁波が同図に示す座標系においてｙ軸方向に伝播するにしたがって、各スロット１１ｄ１～１１ｄ４から放射されるなどの理由により、その電力強度を弱めるためである。
　ここで、スロット１１ｄ１と、スロット１１ｄ２とに注目すると、スロット１１ｄ１周辺の磁界分布と、スロット１１ｄ２周辺の磁界分布との形状が似ていることから、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ２に起因する反射波との振幅は等しい、又は、近い値であることが推測できる。また、スロット１１ｄ１と、スロット１１ｄ２との間の各々の反射波の経路差は、互いに１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）異なると考えられる。したがって、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ２に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うと考えられる。
　また、スロット１１ｄ２に起因する反射波と、スロット１１ｄ３に起因する反射波とについても、上記の場合と同様に考えられる。スロット１１ｄ２周辺における磁界分布と、スロット１１ｄ３周辺における磁界分布とはよく似た分布形状であることから、スロット１１ｄ２に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ３に起因する反射波の振幅とは、等しい、又は、近い値であると推測できる。スロット１１ｄ２と、スロット１１ｄ３との間の各々の反射波の経路差は、互いに１８０°＋３６０°×ｎ（ｎ＝０，１，２，・・・）異なると考えられる。したがって、スロット１１ｄ２に起因する反射波と、スロット１１ｄ３に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うと考えられる。
　以上の説明と同様に、スロット１１ｄ４に起因する反射波、スロット１１ｄ５に起因する反射波、及び、スロット１１ｄ６に起因する反射波のそれぞれは、隣接するスロットに起因する反射波によって打ち消される。
　したがって、図７（ａ）に示すように、制御壁１２ｃ１～１２ｃ６及びスロット１１ｄ１～１１ｄ６の配置とマッチングのよい周波数を有する電磁波に関して、各スロットに起因する反射波は、該スロットに隣接するスロットに起因する反射波によって打ち消されるため、その反射係数は小さく抑えられる。その結果、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける制御壁１２ｃ１～１２ｃ６及びスロット１１ｄ１～１１ｄ６の配置と最もマッチングのよい周波数が、該導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの周波数ｆ０となると考えられる。
　図７（ｂ）を参照すると、スロット１１ｄ１，１１ｄ２，１１ｄ３及び１１ｄ４の周辺におけるそれぞれの磁界分布は、一様ではないことが分かった。例えば、スロット１１ｄ１の周辺における磁界は、同図に示す座標系におけるｙ軸と平行な成分が多いと言える。一方、スロット１１ｄ２の周辺における磁界は、ｙ軸と平行な成分が多いと言える。このように磁界分布の形状が異なるため、スロット１１ｄ１に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ２に起因する反射波の振幅とは異なり、互いに打ち消し合うことができないと考えられる。
　同様に、スロット１１ｄ３の周辺と、スロット１１ｄ４の周辺とを比較すると、それぞれの磁界分布の形状が異なるため、スロット１１ｄ３に起因する反射波の振幅と、スロット１１ｄ４に起因する反射波の振幅とは異なり、互いに打ち消し合うことができないと考えられる。
　なお、スロット１１ｄ１の周辺及びスロット１１ｄ４の周辺のように、それぞれの磁界分布の形状が似ている区間もある。スロット１１ｄ１とスロット１１ｄ４との間隔は３ｄｐであるため、スロット１１ｄ１に起因する反射波と、スロット１１ｄ４に起因する反射波とは、互いに打ち消し合うように作用すると考えられる。しかしながら、互いに打ち消し合わない反射波が同時に存在するため、反射が大きくなると考えられる。
　このように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおける制御壁１２ｃ１～１２ｃ６及びスロット１１ｄ１～１１ｄ６の配置とマッチングの悪い周波数を有する電磁波に関して、打ち消し合わない反射波が多く存在するため、その反射係数は大きくなると考えられる。
　〔変形例１〕
　第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの変形例について、図８を参照しながら説明する。図８は、第１の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ２Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール２の分解斜視図である。
　〔導波路型スロットアレイアンテナの構成〕
　スロットアレイアンテナモジュール２が備える導波路型スロットアレイアンテナ２Ａは、第１の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと比較して、次の構成が異なる。
・制御壁２２ｃ１～２２ｃ６は、第１の誘電体層２２に形成された角柱状のポストである。
・第１の導体層２１には開口２１ａが設けられており、第１の導体層２１と、導波管２Ｂとは、該開口２１ａが導波管２Ｂ内の導波路２Ｂａと連通するように接続されている。
　本変形例では、上記２つの構成上の違いについて説明する。導波路型スロットアレイアンテナ２Ａに関して、本変形例において説明しない構成は、実施形態１に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと同様の構成である。
　〔制御壁２２ｃ１～２２ｃ６〕
　制御壁群を構成する制御壁２２ｃ１～２２ｃ６のそれぞれは、図８に示すように、第１の誘電体層２２に形成された板壁によって構成されている。具体的には、各制御壁２２ｃ１～２２ｃ６は、その上端が第１の導体層２１に接続され、その下端が第２の導体層２３に接続された角柱状導体であり、より具体的には、第１の誘電体層２２に形成された角柱状である貫通孔の壁面に形成された導体メッキである。
　各制御壁２２ｃ１～２２ｃ６における、ｘｙ面と平行な平面における断面の形状は、長手方向がｘ軸と平行である長方形である。なお、本変形例に係る各制御壁２２ｃ１～２２ｃ６は、長辺と短辺との間に形成される角部分が曲線により構成される領域を含んでも良い。第１の誘電体層２２に断面形状が長方形である貫通孔を形成する場合、該貫通孔の４つの角が丸みを帯びる場合があるためである。
　〔導波管との接続〕
　第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール１において、第２の導体層１３に設けられた開口１３ａが導波管１Ｂの導波路１Ｂａと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａと、導波管１Ｂとは接続されていた（図１参照）。言い換えれば、導波管１Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの下側（ｚ軸負方向側）に接続されていた。本変形例に係るスロットアレイアンテナモジュール２では、第１の導体層２１に設けられた開口２１ａが導波管２Ｂの導波路２Ｂａと連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ２Ａと、導波管２Ｂとは接続されている。言い換えれば、導波管２Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ２Ａの上側（ｚ軸正方向側）に接続されている。
　このように、本発明に係るスロットアレイアンテナモジュールの一実施形態において、導波管は、導波路型スロットアレイアンテナのスロットが形成されている第１の導体層に接続されていてもよい（第１の実施形態）し、第１の誘電体層を介して第１の導体層に対向する第２の導体層に接続されていてもよい（本変形例）。
　〔実施形態２〕
　本発明の第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナについて、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール３の分解斜視図である。図１０（ａ）は、スロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。図１０（ｂ）は、スロットアレイアンテナモジュール３の給電ピンの構造を変更することにより得られる別態様のスロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）においては、スロットアレイアンテナモジュール３のｙｚ平面に平行な断面のうち、給電ピン３２ａ，３４ａ及び導体ポスト１２ａｉを通る断面を示している。
　〔スロットアレイアンテナモジュールの構成〕
　本実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール３は、第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール１と比較して、電磁波を導波路型スロットアレイアンテナに給電する部分の構成が異なる。スロットアレイアンテナモジュール１において、電磁波を給電するための導波管１Ｂが第２の導体層１３に接続されているのに対し、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａにおいて、電磁波を給電するためのマイクロストリップ線路３Ｂが形成されている。また、第１の誘電体層３２は、給電された電磁波を第１の誘電体層３２内に放射する給電ピン３２ａを備えている。本実施形態においては、電磁波を供給するためのマイクロストリップ線路３Ｂ及び給電ピン３２ａを中心に説明する。
　スロットアレイアンテナモジュール３は、第１の導体層３１、第１の誘電体層３２、第２の導体層３３、第２の誘電体層３４、第３の導体層３５、及びＲＦＩＣ３６を、この順に積層した構造を有している。
　第１の導体層３１、第２の導体層３３、及び第３の導体層３５の材料としては、銅などの金属を用いることができる。また、第１の誘電体層３２の材料としては、石英ガラス等のガラス、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、又はシクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。また、第２の誘電体層３４の材料としては、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー、又はポリイミド系樹脂などが挙げられる。
　スロットアレイアンテナモジュール３においては、第１の誘電体層３２を介して互いに対向する第１の導体層３１及び第２の導体層３３が、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを構成する。
　第１の誘電体層３２において、導体ポスト１２ａｉが形成するポスト壁１２ａが囲む領域（導波路）の内側に、ＴＥモード励振構造である給電ピン３２ａが形成されている。給電ピン３２ａは、第１の誘電体層３２の上面から下面に向かって形成された孔であり、孔壁に導体メッキが施された孔である。第２の導体層３３には、給電ピン３２ａの下端部が第２の導体層３３と接触することを避けるための開口３３ａが形成されている。このため、給電ピン３２ａは、第２の導体層３３から絶縁されている。また、給電ピン３２ａは、第１の誘電体層３２の上面から下面に向かって形成されているものの貫通孔ではない。したがって、給電ピン３２ａと第１の導体層３１との間には、第１の誘電体層３２が存在する。すなわち、給電ピン３２ａは、第１の導体層３１からも絶縁されている。なお、ＴＥモード励振構造である給電ピン３２ａは、電磁波を給電する給電部とも呼べる。
　第１の導体層３１、第２の導体層３３、及び、導体ポスト１２ａｉで構成されたポスト壁１２ａにより六方を取り囲まれた領域は、電磁波を導波する導波路として機能する。
　スロットアレイアンテナモジュール３において、ＲＦＩＣ３６から出力された高周波信号は、ＴＥＭモードの電磁波として後述するマイクロストリップ線路３Ｂを伝送された後、給電ピン３２ａにおいてＴＥモードの電磁波に変換される。この電磁波は、第１の誘電体層３２の導波路を導波した後、第１の導体層１１に形成されたスロットを介して当該導波路から導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの外部に放射される。
　また、スロットアレイアンテナモジュール３においては、第２の誘電体層３４を介して互いに対向する第２の導体層３３及び第３の導体層３５が、マイクロストリップ線路３Ｂを構成する（第２の導体層３３は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａとマイクロストリップ線路３Ｂとに共用される）。
　第３の導体層３５は、第２の誘電体層３４の表面にプリントされた導体パターンであり、信号ライン３５ａ、信号パッド３５ｂ、及び接地パッド３５ｃを含んでいる。信号ライン３５ａは、その一方の端点が第２の誘電体層３４に形成された給電ピン３４ａの下端部に接続された線状導体である。ここで、給電ピン３４ａは、第２の誘電体層３４の上面から下面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である。この給電ピン３４ａの上端部は、第１の誘電体層３２に形成された給電ピン３２ａの上端部と接触しているので、信号ライン３５ａと給電ピン３２ａとが給電ピン３４ａを介して導通する。また、信号パッド３５ｂは、その端辺が信号ライン３５ａの他方の端点に接続された正方形の面状導体である。また、接地パッド３５ｃは、信号パッド３５ｂの近傍に信号パッド３５ｂから離間して配置された正方形の面状導体である。第２の誘電体層３４には、第２の誘電体層３４の上面から下面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である接地ビア３４ｂが形成されている。接地ビア３４ｂの下端部は、接地パッド３５ｃに接触し、接地ビア３４ｂの上端部は、第２の導体層３３に接触している。接地ビア３４ｂによって、第２の導体層３３、及び、第２の導体層３３と短絡された第１の導体層３１の電位は、接地パッド３５ｃの電位（接地電位）と同じになる。
　信号パッド３５ｂには、ＲＦＩＣ３６に形成された信号端子３６ａが半田バンプ３７ａを用いてバンプ接続され、接地パッド３５ｃには、ＲＦＩＣ３６に形成された接地端子３６ｂが半田バンプ３７ｂを用いてバンプ接続される。これにより、ＲＦＩＣ３６にて生成された高周波信号を、寄生インダクタンスによる信号反射を生じさせることなく、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａに供給することが可能になる。
　スロットアレイアンテナモジュール３において注目すべき点は、ＲＦＩＣ３６が積層方向から見て（図９におけるｚ軸不方向から見て）、第１の誘電体層３２に形成された導波路と重なるように配置されている点である。このため、積層方向から見たスロットアレイアンテナモジュール３の面積、すなわち、スロットアレイアンテナモジュール３の実装に要する面積は、同方向から見たＲＦＩＣ３６の面積と、同方向から見た第１の誘電体層３２に形成された導波路の面積との和よりも小さくなる。すなわち、本実施形態に係るスロットアレイアンテナモジュール３の実装に要する面積は、高周波信号を出力するＲＦＩＣ３６を備えているにも関わらず、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａのみを実装するために必要とされる面積と同程度でよい。
　スロットアレイアンテナモジュール３においては、ＲＦＩＣ３６との容量結合によってアンテナ特性が変化する懸念はない。何故なら、スロット１１ｄ１～１１ｄ６が形成されている第１の導体層３１と、ＲＦＩＣ３６との間に第２の導体層３３が介在しているからである。また、スロットアレイアンテナモジュール３においては、ｚ軸正方向に伝播する電磁波がスロット１１ｄ１～１１ｄ６から放射するが、これらの電磁波がＲＦＩＣ３６により乱されたり、ＲＦＩＣ３６の機能がこれらの電磁波により阻害されたりする懸念はない。何故なら、これらの電磁波は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの上面側（図９におけるｚ軸正方向側）の空間を伝播するのに対して、ＲＦＩＣ３６は、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの下面側（図９におけるｚ軸負方向側）の空間に配置されているからである。したがって、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａの設計は、ＲＦＩＣ３６の有無を考慮することなく行うことができるし、また、導波路型スロットアレイアンテナ３Ａのアンテナ特性は、ＲＦＩＣ３６に影響されることがない。
　上記のようなＲＦＩＣ３６の配置を実現するために、スロットアレイアンテナモジュール３においては、信号ライン３５ａを、給電ピン３４ａの下端部から、第１の誘電体層３２に形成された導波路の中心に近づく方向（図９におけるｙ軸正方向）に引き出している。
　〔スロットアレイアンテナモジュールの断面構造〕
　次に、図９に示すスロットアレイアンテナモジュール３が備える給電ピン３２ａ及び３４ａについて、図１０を参照して説明する。図１０は、スロットアレイアンテナモジュール３の断面図である。なお、図１０においては、スロットアレイアンテナモジュール３のｙｚ平面（図１参照）に平行な断面のうち、給電ピン３２ａ、３４ａ及び導体ポスト１２ａｉを通る断面を示している。
　スロットアレイアンテナモジュール３は、図１０（ａ）に示すように、第２の誘電体層３４を下面から上面へ貫通する貫通孔である給電ピン３４ａと、第１の誘電体層３２の下面からその内部に至る給電ピン３２ａとを備えている。給電ピン３２ａ及び３４ａは、第１の誘電体層３２に形成された非貫通孔、及び、第２の誘電体層３４に形成された貫通孔の孔壁に導体メッキを施したあと、これらの非貫通孔及び貫通孔をスタックすることにより形成される。
　図１０に示す給電ピン３２ａ，３４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン３４ａの下端部が信号ライン３５ａに接触している点、（２）給電ピン３２ａの下端部が開口３３ａによって第２の導体層３３から離間している点、及び、（３）給電ピン３２ａの上端部が第１の誘電体層３２の内部に留まり、第１の導体層３１から離間している点である。これにより、給電ピン３２ａは、信号ライン３５ａと導通し、かつ、第１の導体層３１及び第２の導体層３３の双方から絶縁される。
　なお、本実施形態においては、図１０（ａ）に示すように、給電ピン３２ａとして第１の誘電体層３２の下面から内部に至る（上面に至らない）非貫通孔を用いる構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、給電ピン３２ａとして第１の誘電体層３２の下面から上面に至る貫通孔を用いる構成を採用してもよい。
　図１０（ｂ）に示す給電ピン３２ａ，３４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン３４ａの下端部が信号ライン３５ａに接触している点、（２）給電ピン３２ａの下端部が開口３３ａによって第２の導体層３３から離間している点、及び、（３）給電ピン３２ａの上端部が開口３１ａによって第１の導体層３１から離間している点である。これにより、給電ピン３２ａは、信号ライン３５ａと導通し、かつ、第１の導体層３１及び第２の導体層３３の双方から絶縁される。
　給電ピン３２ａとして図１０（ａ）に示す非貫通孔を用いた場合、図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合と比べて、開口３１ａからの電磁波の漏洩を回避し得るというメリットがある。一方、給電ピン３２ａとして図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合、図１０（ａ）に示す非貫通孔を用いた場合と比べて、その形成が容易になるというメリットがある。
　なお、給電ピン３２ａとして図１０（ｂ）に示す貫通孔を用いた場合、開口３１ａから電磁波が漏洩し得るが、ＲＦＩＣ３６は、この電磁波が伝播する空間から２層の導体層３１，３３によって隔てられているので、ＲＦＩＣ３６の機能がこの電磁波により阻害されたりする懸念はない。
　〔変形例２〕
　第２の実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ３Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール３の変形例について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第２の変形例に係る導波路型スロットアレイアンテナ４Ａを含むスロットアレイアンテナモジュール４の分解斜視図である。
　本変形例に係るスロットアレイアンテナモジュール４は、ＲＦＩＣ４６及びマイクロストリップ線路４Ｂを、第１の導体層４１の上側に備えている点において、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３と異なる。
　スロットアレイアンテナモジュール４は、ＲＦＩＣ４６、第３の導体層４５、第２の誘電体層４４、第１の導体層４１、第１の誘電体層４２、及び第２の導体層４３を、この順に積層した構造を有している。
　スロットアレイアンテナモジュール４においては、第１の誘電体層４２を介して互いに対向する第１の導体層４１及び第２の導体層４３が、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａを構成する。また、第２の誘電体層４４を介して互いに対向する第１の導体層４１及び第３の導体層４５が、マイクロストリップ線路４Ｂを構成する（第１の導体層４１は、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａとマイクロストリップ線路４Ｂとに共用される）。
　第３の導体層４５は、第２の誘電体層４４の表面にプリントされた導体パターンであり、信号ライン４５ａ、信号パッド４５ｂ、及び接地パッド４５ｃを含んでいる。信号ライン４５ａは、その一方の端点が第２の誘電体層４４に形成された給電ピン４４ａの上端部に接続された線状導体である。ここで、給電ピン４４ａは、第２の誘電体層４４の下面から上面に至る、孔壁に導体メッキが施された貫通孔である。この給電ピン４４ａの下端部は、第１の誘電体層３２に形成された給電ピン４２ａの上端部と接触しているので、信号ライン４５ａと給電ピン４２ａとが給電ピン４４ａを介して導通する。第１の導体層４１には、給電ピン４２ａの上端部と離間させるための開口４１ａが設けられている。
　給電ピン４２ａ，４４ａについて注目すべきは、（１）給電ピン４４ａの上端部が信号ライン４５ａに接触している点、（２）給電ピン４２ａの上端部が開口４１ａによって第１の導体層４１から離間している点、及び、（３）給電ピン４２ａの下端部が第１の誘電体層４２の内部に留まり、第２の導体層４３から離間している点である。これにより、給電ピン４２ａは、信号ライン４５ａと導通し、かつ、第１の導体層４１及び第２の導体層４３の双方から絶縁される。
　信号パッド４５ｂには、ＲＦＩＣ４６に形成された信号端子（図示せず）が半田バンプ４７ａを用いてバンプ接続され、接地パッド４５ｃには、ＲＦＩＣ４６に形成された接地端子（図示せず）が半田バンプ４７ｂを用いてバンプ接続される。これにより、ＲＦＩＣ４６にて生成された高周波信号を、寄生インダクタンスによる信号反射を生じさせることなく、導波路型スロットアレイアンテナ４Ａに供給することが可能になる。
　スロットアレイアンテナモジュール４において、ＲＦＩＣ３６との容量結合によってアンテナ特性が変化する懸念はないことは、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３の場合と同様である。また、スロットアレイアンテナモジュール４において、（１）スロットアレイアンテナモジュール４が放射する電磁波がＲＦＩＣ４６により乱されないこと、（２）ＲＦＩＣ４６の機能がこれらの電磁波により阻害されないことも、図９に示したスロットアレイアンテナモジュール３の場合と同様である。
　上記のようなＲＦＩＣ４６の配置を実現するために、スロットアレイアンテナモジュール４においては、信号ライン４５ａを、給電ピン４４ａの上端部から、第１の誘電体層３２に形成された導波路の中心から遠ざかる方向（図１１におけるｙ軸負方向）に引き出している。
　〔まとめ〕
　本発明の一態様に係る導波路型スロットアレイアンテナは、直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する複数の制御壁が配置されており、上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている。
　上記導波路型スロットアレイアンテナにおいては、制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに制御壁と重ならないようにスロットを配置する構成を採用している。このため、従来よりも反射係数が小さく、かつ、利得の大きい導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。
　上記導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路内に、上記複数の制御壁が千鳥状に配置されている構成であってもよい。
　上記導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路の側壁と直交する方向に関して、上記制御壁の幅は、上記導波路の幅の２分の１以上である、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、上記制御壁は、上記スロットの各々に起因する反射波を打ち消すのに十分な振幅の反射波を生じさせる。したがって、上記スロットの各々に起因する反射波の振幅が大きい場合、例えば、導波路の内部が比誘電率が１よりも大きい誘電体で満たされている場合であっても、上記制御壁の各々は、上記スロットの各々に起因する反射波を打ち消すことができる。
　上記導波路型スロットアレイアンテナにおいて、例えば動作帯域が５５ＧＨｚから７０ＧＨｚの区間内にある場合、上限の７０ＧＨｚにおける導波路型スロットアレイアンテナの管内波長をλｇとして、上記制御壁と、該制御壁により区画された２つの区間の境界を跨ぐスロットとの間隔ｄｘ[ｍ]は、０．１０≦ｄｘ／λｇ≦０．３１を満たす、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、上記動作帯域において反射係数が－１０ｄＢを下回る導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。
　上記導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記複数のスロットの各々は、上記導波路の側壁と平行な長辺及び上記導波路の側壁と垂直な短辺を有する長方形状の開口であり、例えば動作帯域が５５Ｈｚから７０Ｈｚの区間内にある場合、上限の７０ＧＨｚにおける当該導波路型スロットアレイアンテナの管内波長をλｇとして、上記制御壁により区画された２つの区間の境界と、該境界を跨ぐスロットの２つの短辺のうち給電部に近い方の短辺との間隔ｄｙ[ｍ]は、０．３５≦ｄｙ／λｇ≦０．４８を満たす、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、上記動作帯域において反射係数が－１０ｄＢを下回る導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。
　上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、上記側壁及び上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁である、ことが好ましい。
　上記構成を有する導波路型スロットアレイアンテナは、プリント基板技術を利用して形成することができる。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナのように、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合せる必要がないため、製造コストを安価に抑えることができる。また、ベース体とスロット板との密着性が不十分であることに伴う伝送品質の劣化という問題が生じる懸念もない。
　上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、上記側壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁であり、上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された角柱状の板壁によって構成されてもよい。
　上記構成を有する導波路型スロットアレイアンテナは、プリント基板技術を利用して形成することができる。すなわち、特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナのように、金属加工などにより個別に作製されたベース体とスロット板とを貼り合せる必要がないため、製造コストを安価に抑えることができる。また、ベース体とスロット板との密着性が不十分であることに伴う伝送品質の劣化という問題が生じる懸念もない。
　本発明の一態様に係るスロットアレイアンテナモジュールは、上記導波路型スロットアレイアンテナと、上記導波路の上壁の上、又は、上記導波路の下壁の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層を介して、上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁に対向する第３の導体層により構成されたマイクロストリップ線路とを備えている。
　上記の構成によれば、上記導波路型スロットアレイアンテナに対して、１つの積層基板に積層されたマイクロストリップ線路を用いて電磁波を供給することができる。
　上記スロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第１の誘電体層及び上記第２の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔を、ＴＥモード励振構造として含む、ように構成されていてもよい。
　上記の構成によれば、非貫通孔であるＴＥモード励振構造を備えるスロットアレイアンテナモジュールと比較して、容易に形成することができる。
　上記スロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第２の誘電体層を貫通し上記第１の誘電体層の上記第２の誘電体層に対向する面から内部に至る、孔壁に導体メッキが施された非貫通孔であって、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層との間に介在する導体層に形成された開口によって上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する非貫通孔をＴＥモード励振構造として含む、ように構成されていてもよい。
　上記の構成によれば、貫通孔であるＴＥモード励振構造を備えるスロットアレイアンテナモジュールと比較して、上記開口からの電磁波の漏洩を抑制することができる。
　上記スロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記第３の導体層に接続されたＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）を更に備え、上記第２の誘電体層は、上記導波路の下壁の下に積層され、上記第３の導体層は、上記第２の誘電体層を介して上記導波路の下壁に対向しており、上記ＲＦＩＣは、上面視したときに、上記導波路と重なるように配置されている、ことが好ましい。
　スロットアレイアンテナモジュールの実装に要する面積は、ＲＦＩＣの実装に要する面積と、上記導波路を上記ＲＦＩＣの実装面である上記導波路の下壁に投影した場合の面積との和よりも小さくなる。すなわち、上記の構成によれば、高周波信号を出力するＲＦＩＣを備えているにも関わらず、本発明係るスロットアレイアンテナモジュールの実装に要する面積を、上記導波路型スロットアレイアンテナのみを実装するために必要とされる面積と同程度に抑えることができる。
　本発明の一態様に係るスロットアレイアンテナモジュールは、上記導波路型スロットアレイアンテナと、導波管とを備えたスロットアレイアンテナモジュールであって、上記導波路の一方の端部に開口が形成されており、上記導波管は、該導波管の導波路が上記開口を介して上記導波路型スロットアレイアンテナの導波路と連通するように上記導波路型スロットアレイアンテナに接続されている、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、上記導波路型スロットアレイアンテナに対して、導波管を用いて電磁波を供給することができる。
　上記スロットアレイアンテナモジュールにおいて、上記導波路内には、上記開口の近傍に配置された制御ポストが形成されており、上記導波路の上記開口を含む区間内における左側壁と右側壁との間隔は、上記導波路の該区間外における左側壁と右側壁との間隔より広い、ことが好ましい。
　上記の構成によれば、電磁波の導波モードが上記導波管内の導波路の導波モードから、上記導波路の導波モードに変換されるときの反射による損失を抑制することができる。したがって、反射係数をより小さくすることができ、より大きな利得を得ることができる。
　〔付記事項〕
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　本発明は、導波路型スロットアレイアンテナ及び該導波路型スロットアレイアンテナを含むスロットアレイアンテナモジュールとして好適に利用することができる。
　　１　　　　　　　　スロットアレイアンテナモジュール
　１Ａ　　　　　　　　導波路型スロットアレイアンテナ
　１１　　　　　　　　第１の導体層
　１１ｄ１～１１ｄ６　スロット
　１２　　　　　　　　第１の誘電体層
　１２ａ　　　　　　　ポスト壁
　１２ａｉ　　　　　　導体ポスト
　１２ｂ１～１２ｂ２　制御ポスト
　１２ｃ１～１２ｃ６　制御壁
　１３　　　　　　　　第２の導体層
　１３ａ　　　　　　　開口
　１Ｂ　　　　　　　　導波管
　１Ｂａ　　　　　　　導波路

Claims (11)

  1. 　直方体状の導波路の上壁に複数のスロットが形成された導波路型スロットアレイアンテナであって、
    　上記導波路内には、該導波路の上壁及び側壁と直交する複数の制御壁が配置されており、
    　上記複数のスロットの各々は、上記制御壁により区画された区間の境界を跨ぐように、且つ、上面視したときに上記制御壁と重ならないように配置されている、
    ことを特徴とする導波路型スロットアレイアンテナ。
  2. 　上記導波路内において、上記複数の制御壁は千鳥状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
  3. 　上記導波路の側壁と直交する方向に関して、上記制御壁の幅は、上記導波路の幅の２分の１以上である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
  4. 　上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、
    　上記側壁及び上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
  5. 　上記導波路型スロットアレイアンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層を介して互いに対向する２つの導体層であって、上記導波路の上壁として機能する第１の導体層、及び、上記導波路の下壁として機能する第２の導体層とを備えており、
    　上記側壁は、上記第１の誘電体層に形成された円柱状のポストを柵状配置してなるポスト壁であり、
    　上記制御壁は、上記第１の誘電体層に形成された角柱状の板壁である、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
  6. 　請求項４又は５に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、
    　上記導波路の上壁の上、又は、上記導波路の下壁の下に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層を介して、上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁に対向する第３の導体層により構成されたマイクロストリップ線路と、を備えている、
    ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。
  7. 　上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第１の誘電体層及び上記第２の誘電体層を貫通し、孔壁に導体メッキが施された貫通孔であって、上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁に形成された開口によって上記導波路の上壁及び上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する貫通孔を、ＴＥモード励振構造として含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
  8. 　上記導波路型スロットアレイアンテナは、上記第２の誘電体層を貫通し上記第１の誘電体層の上記第２の誘電体層に対向する面から内部に至る、孔壁に導体メッキが施された非貫通孔であって、上記第１の誘電体層と上記第２の誘電体層との間に介在する導体層に形成された開口によって上記導波路の上壁又は上記導波路の下壁から絶縁されると共に、上記第３の導体層と導通する非貫通孔をＴＥモード励振構造として含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
  9. 　上記第３の導体層に接続されたＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）を更に備え、
    　上記第２の誘電体層は、上記導波路の下壁の下に積層され、
    　上記第３の導体層は、上記第２の誘電体層を介して上記導波路の下壁に対向しており、
    　上記ＲＦＩＣは、上面視したときに、上記導波路と重なるように配置されている、
    ことを特徴とする請求項６に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
  10. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナと、導波管とを備えたスロットアレイアンテナモジュールであって、
    　上記導波路の一方の端部に開口が形成されており、
    　上記導波管は、該導波管の導波路が上記開口を介して上記導波路型スロットアレイアンテナの導波路と連通するように上記導波路型スロットアレイアンテナに接続されている、ことを特徴とするスロットアレイアンテナモジュール。
  11. 　上記導波路内には、上記開口の近傍に配置された制御ポストが形成されており、
    　上記導波路の上記開口を含む区間内における左側壁と右側壁との間隔は、上記導波路の該区間外における左側壁と右側壁との間隔より広い、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のスロットアレイアンテナモジュール。
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