(57)【要約】【課題】複数のホーンアンテナ素子を近接して配置することを可能にする。【解決手段】アンテナアレイは、第１導電部材と、第２導電部材と、複数の導波壁と、複数の導電性ロッドとを備える。複数の導波壁および複数の導電性ロッドは、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に配置される。前記第１導電部材は、各々がアンテナ素子として機能する複数のホーンをそれぞれ規定する複数の空洞を有する。各空洞は、前記第１導電性表面および前記第２導電性表面に開口する。前記第２導電部材は、複数の貫通孔を有する。前記複数の貫通孔は、前記複数の空洞にそれぞれ重なる位置に配置される。各貫通孔の内表面には、同軸ケーブルの芯線、または前記芯線に接続される他の導電体が接続される。各導波壁は、前記複数の空洞の１つと前記複数の貫通孔の１つとの間の空間の少なくとも一部を囲む。前記複数の導電性ロッドは、前記複数の導波壁の周囲に位置する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面側の第１導電性表面、背面側の第２導電性表面、および各々がアンテナ素子として機能する複数のホーンをそれぞれ規定する複数の空洞を有する第１導電部材であって、前記複数の空洞の各々は、前記第１導電性表面および前記第２導電性表面に開口し、前記複数のホーンは、互いに交差する第１の方向および第２の方向に並ぶ３つ以上のホーンを含む、第１導電部材と、
前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面、および複数の貫通孔を有する第２導電部材であって、前記複数の貫通孔は、前記第１の方向および前記第２の方向の両方に直交する第３の方向から見通した場合に、前記複数の空洞にそれぞれ重なり、前記複数の貫通孔の各々の内表面は、同軸ケーブルの芯線、または前記芯線に接続される他の導電体が接続される接続部を有する、第２導電部材と、
前記第２導電性表面と前記第３導電性表面との間に位置する複数の導波壁であって、各々が、前記複数の空洞の１つと前記複数の貫通孔の１つとの間の空間の少なくとも一部を囲む、複数の導波壁と、
各々が、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の一方に接続された基部と、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の他方に対向する先端部とを有する複数の導電性ロッドであって、前記複数の導波壁の周囲に位置する複数の導電性ロッドと、
を備える、
アンテナアレイ。
【請求項２】
前記複数の導電性ロッドは、前記第３の方向から見通した場合に、前記複数の貫通孔の１つの中心部から前記第１の方向に直交する方向に離れた位置に配置された導電性ロッドを含む、請求項１に記載のアンテナアレイ。
【請求項３】
前記複数の導電性ロッドは、前記第３の方向から見通した場合に、前記複数の貫通孔のうちの前記第２の方向において隣り合う２つの貫通孔の間に位置する導電性ロッドを含む、請求項１または２に記載のアンテナアレイ。
【請求項４】
前記第２の方向は、前記第１の方向に直交する、請求項１から３のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項５】
前記複数の空洞の各々の内表面は、前記同軸ケーブルから生じた電磁波を外部空間に案内する少なくとも１つのリッジを有し、
前記少なくとも１つのリッジは、前記内周面から前記第１の方向と交差する方向に突出する、
請求項１から４のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項６】
前記少なくとも１つのリッジは、互いに対向する頂面を有する一対のリッジであり、
前記一対のリッジの間隔は、前記背面側から前記正面側に向かうにつれて拡大する、
請求項５に記載のアンテナアレイ。
【請求項７】
前記複数の貫通孔の各々の内表面は突出部を有し、
前記接続部は、前記突出部にあり、
前記芯線または前記他の導電体は、前記突出部に接触する、
請求項１から６のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項８】
前記複数の貫通孔の各々の内表面は突出部を有し、
前記接続部は、前記突出部にあり、
前記芯線または前記他の導電体は、前記突出部に接触し、
前記突出部の前記第１導電部材側の端面は、前記少なくとも一つのリッジの何れかの、前記第２導電部材側の端面に対向する、
請求項５または６に記載のアンテナアレイ。
【請求項９】
前記複数の導波壁は、前記第２導電性表面に接続され、
前記複数の導電性ロッドは、前記第３導電性表面に接続されている、
請求項１から８のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１０】
前記複数の導波壁の少なくとも１つは、前記第２の方向において隣接する他の導波壁に面する外周面に凹部を有し、
前記複数の導電性ロッドの１つは、前記凹部に隣接する、
請求項１から９のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１１】
前記複数の導波壁のうち、前記第１の方向において隣接する２つの導波壁の間に、前記第１の方向に直交する方向に沿って延びる溝が存在する、請求項１から１０のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１２】
前記複数の貫通孔の前記背面側にそれぞれ取り付けられた複数のコネクタをさらに備え、
前記複数のコネクタの各々は、
プラグまたはジャックの形状を有する内部導体と、
前記内部導体の外側の誘電体と、
前記誘電体の外側の外部導体と、
を含み、
前記内部導体は、前記接続部に接続されている、
請求項１から１１のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１３】
前記複数の貫通孔の前記内表面にそれぞれ接続された複数の同軸ケーブルをさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１４】
前記複数の貫通孔の前記内表面にそれぞれ接続された複数のコネクタと、
前記複数のコネクタにそれぞれ接続された複数の同軸ケーブルと、
をさらに備える請求項１から１２のいずれかに記載のアンテナアレイ。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載のアンテナアレイと、
前記複数の同軸ケーブルに接続された通信装置と、
を備える通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のホーンを備えるアンテナアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のアンテナ素子の各々に独立の信号を入出力可能なアンテナアレイは、レーダなどのセンシングおよび無線通信等の広い分野において有用である。中でも、複数のホーンをアンテナ素子として備えるアンテナアレイは、周波数帯域が広く損失も小さいため、特に有用である。そのようなホーンアンテナアレイの例が、例えば特許文献１から３に開示されている。
【０００３】
ホーンアンテナアレイにおける各ホーンには、導波管または同軸ケーブルによって給電することが可能である。しかし、導波管で給電するためには、複雑な導波管ネットワークが必要である。また、同軸ケーブルで給電するためには、各ホーンに同軸導波管変換器が必要になり、やはり構造が複雑になる。いずれの構成を選択したとしても、アレイを構成する複数のホーンを近接して配置することは難しいため、アンテナアレイを小型化することは難しい。複数のアンテナ素子を用いてフェーズドアレイを構成する場合、アンテナ素子の間隔が使用される電磁波の波長の半分よりも大きいと、アンテナの可視領域内にグレーティングローブが現れる。グレーティングローブの発生は、レーダの誤検知または通信アンテナの効率の低下を招く。複数のホーンアンテナ素子を用いてフェーズドアレイを構成した場合、グレーティングローブの影響を受けずにビームスキャンできる角度範囲を大きくすることができなかった。
【０００４】
一方、特許文献４から６は、導波路として機能する貫通孔を有する複数の導電部材の間で、信号波を伝送させる構造の例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４１１５７８２号
【特許文献２】米国特許第６２７１７９９号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２５３７７０号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１８／０３０１８１７号
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１８／０１１３１８７号
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１９／０１２３４１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、複数のホーンアンテナ素子を近接して配置することが可能なアンテナアレイを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施形態によるアンテナアレイは、第１の導電部材と、第２の導電部材と、複数の導波壁と、複数の導電性ロッドとを備える。前記第１の導電部材は、正面側の第１導電性表面、背面側の第２導電性表面、および各々がアンテナ素子として機能する複数のホーンをそれぞれ規定する複数の空洞を有する。前記複数の空洞の各々は、前記第１導電性表面および前記第２導電性表面に開口する。前記複数のホーンは、互いに交差する第１の方向および第２の方向に並ぶ３つ以上のホーンを含む。前記第２導電部材は、前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面、および複数の貫通孔を有する。前記複数の貫通孔は、前記第１の方向および前記第２の方向の両方に直交する第３の方向から見通した場合に、前記複数の空洞にそれぞれ重なる。前記複数の貫通孔の各々の内表面は、同軸ケーブルの芯線、または前記芯線に接続される他の導電体が接続される接続部を有する。前記複数の導波壁は、前記第２導電性表面と前記第３導電性表面との間に位置する。各導波壁は、前記複数の空洞の１つと前記複数の貫通孔の１つとの間の空間の少なくとも一部を囲む。各導電性ロッドは、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の一方に接続された基部と、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の他方に対向する先端部とを有する。前記複数の導電性ロッドは、前記複数の導波壁の周囲に位置する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の実施形態によれば、複数のホーンアンテナ素子を近接して配置することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】図１Ａは、本開示の例示的な第１の実施形態におけるアンテナアレイを示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、アンテナアレイを別の角度から見た斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１導電部材を示す斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１導電部材を示す正面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、１つのホーンを拡大して示す斜視図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、各ホーンの貫通孔の開口形状を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、アンテナアレイから第１導電部材を取り除いた構造を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す構造から同軸ケーブルを取り除いた構造を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、第２導電部材における貫通孔を拡大して示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、第２導電部材における貫通孔の開口形状を示す図である。
【図４】図４は、第１導電部材の背面側の構造を示す斜視図である。
【図５】図５は、アンテナアレイの側面図である。
【図６】図６は、図５におけるＡ−Ａ´線に沿ったアンテナアレイの断面図である。
【図７】図７は、図６におけるＢ−Ｂ´線に沿ったアンテナアレイの断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第１の実施形態の変形例におけるアンテナアレイの断面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、他の変形例におけるアンテナアレイの断面図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、さらに他の変形例におけるアンテナアレイの断面図である。
【図９】図９は、図８Ｃの変形例における第２導電部材３２０を背面側から見た模式図である。
【図１０】図１０は、アンテナアレイと、通信装置とを備える通信システムの構成例を模式的に示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図６に示す断面構造の変形例を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図６に示す断面構造の他の変形例を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、第２の実施形態におけるホーンアレイを示す斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、第２の実施形態におけるホーンアレイを示す平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、第２の実施形態の変形例におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、第２の実施形態の他の変形例におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。
【図１５】図１５は、第３の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。
【図１６】図１６は、第４の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、第４の実施形態におけるホーンアレイを示す斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、第４の実施形態におけるホーンアレイを示す正面図である。
【図１８】図１８は、貫通孔の例を説明するための図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、ワッフルアイアン構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、導電性ロッドの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の例示的な実施形態によるアンテナアレイは、第１の導電部材と、第２の導電部材と、複数の導波壁と、複数の導電性ロッドとを備える。前記第１の導電部材は、正面側の第１導電性表面、背面側の第２導電性表面、および各々がアンテナ素子として機能する複数のホーンをそれぞれ規定する複数の空洞を有する。前記複数の空洞の各々は、前記第１導電性表面および前記第２導電性表面に開口する。前記複数のホーンは、互いに交差する第１の方向および第２の方向に並ぶ３つ以上のホーンを含む。前記第２導電部材は、前記第２導電性表面に対向する第３導電性表面、および複数の貫通孔を有する。前記複数の貫通孔は、前記第１の方向および前記第２の方向の両方に直交する第３の方向から見通した場合に、前記複数の空洞にそれぞれ重なる。前記複数の貫通孔の各々の内表面は、同軸ケーブルの芯線、または前記芯線に接続される他の導電体が接続される接続部を有する。前記複数の導波壁は、前記第２導電性表面と前記第３導電性表面との間に位置する。各導波壁は、前記複数の空洞の１つと前記複数の貫通孔の１つとの間の空間の少なくとも一部を囲む。各導電性ロッドは、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の一方に接続された基部と、前記第２導電性表面および前記第３導電性表面の他方に対向する先端部とを有する。前記複数の導電性ロッドは、前記複数の導波壁の周囲に位置する。
【００１１】
上記構成によれば、複数のホーンが近接して配置されたアンテナアレイを構成することができる。
【００１２】
前記複数の導電性ロッドは、前記第３の方向から見通した場合に、前記複数の貫通孔の１つの中心部から前記第１の方向に直交する方向に離れた位置に配置された導電性ロッドを含んでいてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、電界が最も強い貫通孔の中心部に隣接してロッドが配置されるため、第１導電部材と第２導電部材の合わせ目からの電磁波の漏洩を効果的に抑制できる。
【００１４】
前記複数の導電性ロッドは、前記第３の方向から見通した場合に、前記複数の貫通孔のうちの前記第２の方向において隣り合う２つの貫通孔の間に位置する導電性ロッドを含んでいてもよい。
【００１５】
上記構成によれば、第２の方向において隣り合う２つの貫通孔の間の信号波のアイソレーションを改善することができる。
【００１６】
前記第２の方向は、前記第１の方向に直交していてもよいし、直交していなくてもよい。
【００１７】
前記複数の空洞の各々の内表面は、前記同軸ケーブルから生じた電磁波を外部空間に案内する少なくとも１つのリッジを有していてもよい。前記少なくとも１つのリッジは、前記内周面から前記第１の方向と交差する方向に突出する。ある実施形態において、この交差する方向は、第１の方向に直交する。
【００１８】
前記少なくとも１つのリッジは、互いに対向する頂面を有する一対のリッジであってもよい。すなわち、前記複数の空洞の各々の内表面は、前記同軸ケーブルから生じた電磁波を外部空間に案内する一対のリッジを有していてもよい。前記一対のリッジの間隔は、前記背面側から前記正面側に向かうにつれて拡大するように構成され得る。
【００１９】
少なくとも１つのリッジを設けることにより、電磁波をより効率的に放射することができる。
【００２０】
前記複数の貫通孔の各々の内表面は突出部を有していてもよい。前記接続部は、前記突出部にあってもよい。前記芯線または前記他の導電体は、前記突出部に接触していてもよい。
【００２１】
上記構成によれば、同軸ケーブルと各貫通孔との接続を容易にすることができる。
【００２２】
前記突出部の前記第１導電部材側の端面は、前記少なくとも一つのリッジの何れかの、前記第２導電部材側の端面に対向していてもよい。
【００２３】
上記構成によれば、突出部とリッジとの間で高い効率で電磁波を伝送することができる。
【００２４】
前記複数の導波壁は、前記第２導電性表面に接続されていてもよい。前記複数の導電性ロッドは、前記第３導電性表面に接続されていてもよい。
【００２５】
上記構成によれば、信号波の漏洩を効果的に抑制することができる。
【００２６】
前記複数の導波壁の少なくとも１つは、前記第２の方向において隣接する他の導波壁に面する外周面に凹部を有していてもよい。前記複数の導電性ロッドの１つは、前記凹部に隣接していてもよい。
【００２７】
上記構成によれば、第２の方向において隣接する２つのホーンの間の距離を短縮することができる。
【００２８】
前記複数の導波壁のうち、前記第１の方向において隣接する２つの導波壁の間に、前記第１の方向に直交する方向に沿って延びる溝が存在していてもよい。
【００２９】
上記構成によれば、第１の方向において隣接する２つのホーンの間の信号波のアイソレーションを改善することができる。
【００３０】
アンテナアレイは、前記複数の貫通孔の前記背面側にそれぞれ取り付けられた複数のコネクタをさらに備えていてもよい。前記複数のコネクタの各々は、プラグまたはジャックの形状を有する内部導体と、前記内部導体の外側の誘電体と、前記誘電体の外側の外部導体と、を含み得る。前記内部導体は、前記接続部に接続され得る。
【００３１】
上記構成によれば、同軸ケーブルとアンテナアレイとの接続および取り外しが容易になる。
【００３２】
前記アンテナアレイは、前記複数の貫通孔の前記内表面にそれぞれ接続された複数の同軸ケーブルをさらに備えていてもよい。
【００３３】
前記アンテナアレイは、前記複数の貫通孔の前記内表面にそれぞれ接続された複数のコネクタと、前記複数のコネクタにそれぞれ接続された複数の同軸ケーブルと、をさらに備えていてもよい。
【００３４】
本開示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アレイと、前記複数の同軸ケーブルに接続された通信装置とを備える。
【００３５】
以下、本開示の実施形態の具体的な構成例を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、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。
【００３６】
＜第１の実施形態＞
図１Ａは、本開示の例示的な第１の実施形態におけるアンテナアレイ３００を示す斜視図である。図１Ｂは、アンテナアレイ３００を別の角度から見た斜視図である。図１Ａおよび図１Ｂ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アンテナアレイ３００の構成を説明する。＋Ｚ方向側を「正面側」と称し、−Ｚ方向側を「背面側」と称する。「正面側」は、電磁波が放射される側、または電磁波が到来する側を指し、「背面側」は、正面側の反対側である。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。
【００３７】
アンテナアレイ３００は、第１導電部材３１０と、第２導電部材３２０とを備える。第１導電部材３１０は、各々がアンテナ素子として機能する複数のホーン３１３のアレイを備える。第２導電部材３２０は、複数のホーン３１３にそれぞれ対応して配置された複数の同軸導波管変換器（waveguide to coaxial adaptor）のアレイを備える。複数のホーン３１３および複数の同軸導波管変換器は、第１の方向（この例ではＸ方向）および第２の方向（この例ではＹ方向）に沿って２次元的に配列されている。本実施形態では、第２の方向は第１の方向に直交する。第２の方向は、９０度とは異なる角度で第１の方向と交差していてもよい。図１Ａには、第２導電部材３２０における複数の変換器にそれぞれ取り付けられた複数の同軸ケーブル３４０も示されている。
【００３８】
本実施形態におけるアンテナアレイ３００は、３行３列に配列された９個のホーン３１３をアンテナ素子として備える。ホーン３１３の個数は９個とは異なっていてもよい。例えば、１６行１６列に配列された２５６個のホーン３１３によってアンテナアレイ３００を構成してもよい。複数のホーン３１３の個数および配列は、用途および目的に応じて決定される。複数のホーン３１３の配列は、単純な行列状の配列でなくてもよい。
【００３９】
本実施形態における第１導電部材３１０は、比較的薄い導電プレート３１１と、導電プレート３１１の正面側に配置されたホーンアレイ部３１２とを含む。ホーンアレイ部３１２は、導電プレート３１１よりも厚い外周壁を有し、その内部に、複数のホーン３１３をそれぞれ規定する複数の空洞が設けられている。ホーン３１３を規定する各空洞は、背面側から正面側に向かうにつれて内部空間が拡大する構造を有する。各ホーン３１３は、その内表面に、互いに対向する一対のリッジ３１４を備える。一対のリッジ３１４は、内周面から、第１の方向（この例ではＸ方向）と交差する方向（この例ではＹ方向）に突出し、Ｙ方向およびＺ方向に平行な平面に沿って延びる。一対のリッジ３１４の間の間隙は、背面側から正面側に向かうにつれて単調に増加する。一対のリッジ３１４は階段状の構造を有し、それらの間隔は、正面側に向かうにつれて拡大する。各リッジ３１４は、階段状の構造に限らず、滑らかにリッジ間隔が拡がる構造を有していてもよい。各ホーン３１３の内部の空洞は、導波管として機能する。送信時において、一対のリッジ３１４は、同軸ケーブル３４０の芯線３４２から生じた高周波の電磁波を案内し、外部空間に放射する。
【００４０】
図１Ｂに示すように、第１導電部材３１０は、正面側の第１導電性表面３１０ａと、背面側の第２導電性表面３１０ｂとを有する。第２導電部材３２０は、正面側に第３導電性表面３２０ａを有する。第３導電性表面３２０ａは、第２導電性表面３１０ｂに対向する。ホーン３１３を規定する複数の空洞の各々は、第１導電部材３１０を貫通し、第１導電性表面３１０ａおよび第２導電性表面３１０ｂに開口する。第２導電性表面３１０ｂと第３導電性表面３２０ａとの間に複数の導電性ロッド３３４および複数の導波壁３３５が配置されている。各導電性ロッド３３４は、第３導電性表面３２０ａに接続された基部と、第２導電性表面３１０ｂに対向する先端部とを有する。これらの導電性ロッド３３４は、同軸ケーブル３４０からホーン３１３に伝送される電磁波が外部に漏洩することを抑制する。各導電性ロッド３３４は、第２導電性表面３１０ｂの側に設けられていてもよい。複数の導波壁３３５は、第２導電性表面３１０ｂに接続されている。導波壁３３５の詳細については後述する。
【００４１】
第１導電部材３１０、第２導電部材３２０、複数の導電性ロッド３３４、および複数の導波壁３３５の各々は、例えば金属板を加工して成型され得る。ダイキャスト法等の鋳造によって各部材を成形してもよい。あるいは、各部材は、樹脂などの絶縁材料の表面にメッキ層を形成することによって作製されてもよい。導電部材３１０、３２０、ロッド３３４、導波壁３３５の各々を構成する導電性材料として、例えばマグネシウムなどの金属を用いることができる。メッキ層に代えて、蒸着等により導電体の層が形成されていてもよい。本実施形態において、第１導電部材３１０および複数の導波壁３３５の各々は、単一構造体の一部であり、第２導電部材３２０および複数のロッド３３４の各々は、他の単一構造体の一部である。これらの単一構造体の各々は、一体的に製造されてもよい。
【００４２】
図２Ａは、第１導電部材３１０を示す斜視図である。図２Ｂは、第１導電部材３１０を示す正面図である。第１導電部材３１０は、複数の貫通孔３１５を有する。各貫通孔３１５は、ホーン３１３を規定する空洞の基部に開口する。各貫通孔３１５は、ホーン３１３の正面側の開口に繋がる。各貫通孔３１５のＸＹ面に平行な断面の形状（以下、「開口形状」と称する。）は、アルファベットの「Ｈ」に近い。このような形状を、本明細書において「Ｈ形状」と称する。
【００４３】
図２Ｃは、１つのホーン３１３を拡大して示す斜視図である。この例における各ホーン３１３の一対のリッジ３１４は、３段の階段構造を有する。一対のリッジ３１４は、互いに対向する頂面を有し、それらの頂面の間に、主にＹ方向に振動する電界が形成される。送信時において、電磁波は、リッジ３１４に沿って背面側から正面側に伝搬し、外部空間に放射される。
【００４４】
図２Ｄは、各ホーン３１３の貫通孔３１５の開口形状を示す図である。この例における貫通孔３１５は、Ｘ方向に延びる横部分３１５ａと、横部分３１５ａの両端に接続され、Ｙ方向に延びる一対の縦部３１５ｂとを含む。貫通孔３１５の形状は、他の形状であってもよい。いずれの形状においても、各貫通孔３１５は、少なくとも中央部がＸ方向に延びる開口形状を有する。同軸ケーブル３４０の芯線３４２から生じた電磁波は、貫通孔３１５の横部分３１５ａの中央部を通ってリッジ３１４に伝送される。
【００４５】
図３Ａは、アンテナアレイ３００から第１導電部材３１０を取り除いた構造を示す図である。図３Ｂは、図３Ａに示す構造から同軸ケーブル３４０を取り除いた構造を示す図である。第２導電部材３２０は、複数の貫通孔３２５を有する板形状の部材である。複数の貫通孔３２５は、第１および第２の方向に垂直な第３の方向（本実施形態ではＺ方向）から見通した場合に、第１導電部材３１０における複数の空洞にそれぞれ重なる位置に配置される。各貫通孔３２５の内表面は、同軸ケーブルの芯線３４２が接続される接続部を有する。各貫通孔３２５は、同軸ケーブルの芯線３４２から生じた電磁波をホーン３１３内の導波管に伝達する同軸導波管変換器として機能する。
【００４６】
第２導電部材３２０は、第１導電部材３１０に面する側に平坦な導電性表面３２０ａを有する。複数の導電性ロッド３３４は、導電性表面３２０ａから突出する。複数の導電性ロッド３３４は、貫通孔３２５の周囲に配置されている。この例において、各貫通孔３２５の開口の周囲は平坦な面であるが、当該開口を囲む導電性の壁が配置されていてもよい。
【００４７】
複数のロッド３３４には、Ｚ方向から見通した場合に、複数の貫通孔３２５の１つの中心部からＹ方向に離れて位置するロッド３３４が含まれる。それらのロッド３３４の一部は、Ｙ方向において隣り合う２つの貫通孔３２５の間に位置している。複数の貫通孔３２５の間のロッド３３４は、八角柱状の形状を有する。他方、複数の貫通孔３２５の周囲のロッド３３４は、四角柱状の形状を有する。各ロッド３２４は、他の形状、例えば円柱形状を有していてもよい。また、複数の貫通孔３２５の周囲にロッド３３４が設けられていなくてもよい。
【００４８】
導電性表面３２０ａ上に配列された複数のロッド３３４によってワッフルアイアン（Waffle Iron）構造が構成される。ワッフルアイアン構造は、後に詳しく説明するように、電磁波の漏洩を抑制する。適切な形状および寸法を有する導電性ロッド３３４を貫通孔３２５の周囲に適切な間隔で配置することにより、各同軸導波管変換器からの電磁波の漏洩を抑制することができる。
【００４９】
図３Ｃは、貫通孔３２５を拡大して示す図である。本実施形態における各貫通孔３２５の内表面は、突出部３２６を有する。突出部３２６の第１導電部材３１０側の端面３２６ａは、一対のリッジ３１４の一方の、第２導電部材３２０側の端面（図４に示す端面３１４ａ）に対向する。この突出部３２６に、同軸ケーブル３４０の芯線３４２が接続される。同軸ケーブル３４０の芯線３４２は、突出部３２６に接触する。芯線３４２は、例えばはんだ付けなどの方法で突出部３２６に取り付けられる。
【００５０】
図３Ｄは、貫通孔３２５の開口形状を示す図である。この例における貫通孔３２５は、Ｘ方向に延びる横部分３２５ａと、横部分３２５ａの両端に接続され、Ｙ方向に延びる一対の縦部分３２５ｂとを含む。突出部３２６は、横部分３２５ａの中央に位置している。突出部３２６の上面は、芯線３４２の形状に整合するように湾曲している。このような構造により、芯線３４２を突出部３２６に容易に取り付けることができる。
【００５１】
本実施形態では、各貫通孔３２５の内表面にある突出部３２６が同軸ケーブル３４０との接続部として機能する。このような構造に限定されず、同軸ケーブル３４０との接続の態様は任意である。例えば、各貫通孔３２５の内表面と同軸ケーブル３４０の芯線３４２との接続が、コネクタなどの他の部品の内部導体（例えばピン）を介して実現されてもよい。このように、各貫通孔３２５の内表面は、同軸ケーブル３４０の芯線、または芯線に接続される他の導電体が接続される接続部を有する。
【００５２】
図４は、第１導電部材３１０の背面側の構造を示す斜視図である。第１導電部材３１０は、背面側に複数の導波壁３３５を備える。複数の導波壁３３５は、複数の貫通孔３１５をそれぞれ囲む。各導波壁３３５の内表面は、貫通孔３１５の断面と同様、Ｈ型の構造を有する。各導波壁３３５の内表面は、一対のリッジ３１４を規定する形状を有する。各導波壁３３５の頂面は、第２導電部材３２０の導電性表面３２０ａに対向する。各導波壁３３５の頂面は、一対のリッジ３１４の第２導電部材３２０側の端面３１４ａを含む。一対のリッジ３１４の一方の端面３１４ａは、図３Ｃに示す貫通孔３２５の突出部３２６の端面３２６ａに対向する。各導波壁３３５は、Ｙ方向において隣接する他の導波壁３３５に面する外周面に凹部３３６を有する。Ｙ方向において隣接する２つの導波壁３３５が有する外周面の凹部３３６は、互いに対向しており、それらの導波壁３３５の間に間隙拡大部３３７が形成されている。また、Ｘ方向において隣接する２つの導波壁３３５の間に、Ｙ方向に沿って延びる溝３３９Ａが存在する。同様に、Ｘ方向において隣接する２つの導波壁３３５の間に、Ｘ方向に沿って延びる溝３３９Ｂが存在する。これらの溝３３９Ａ、３３９Ｂが交わる領域にも間隙拡大部３３７Ｂが存在する。これらの間隙拡大部３３７Ａ、３３７Ｂに、第２導電部材３２０上の導電性ロッド３３４が配置される。本実施形態では、各導波壁３３５の外周面の凹部３３６に隣接する位置に導電性ロッド３３４が配置される。このような配置により、Ｙ方向に隣接する複数のホーン３１３の間の高周波信号のアイソレーションが向上するため、ホーン３１３間の距離を短縮することができる。
【００５３】
図５は、アンテナアレイ３００の側面図である。第２導電部材３２０上の複数の導電性ロッド３３４は、第１導電部材３１０上の複数の導波壁３３５の間および周囲に位置する。このような構造により、同軸ケーブル３４０とホーン３１３との間を伝搬する電磁波の漏洩が効果的に抑制される。
【００５４】
図６は、図５におけるＡ−Ａ´線に沿ったアンテナアレイ３００の断面図である。図６には、導波壁３３５の断面と導電性ロッド３３４の断面の両方が示されている。図示されるように、導波壁３３５の間に位置する導電性ロッド３３４は、導波壁３３５間の間隙の拡大部に収容される。
【００５５】
図７は、図６におけるＢ−Ｂ´線に沿ったアンテナアレイ３００の断面図である。図７には、ホーン３１３の内壁面の断面と、導波壁３３５の断面と、導電性ロッド３３４および同軸ケーブル３４０の軸方向を含む断面とが示されている。同軸ケーブル３４０の芯線３４２の端部は、第２導電部材３２０の導電性表面３２０ａの近傍に達しており、そこで貫通孔３２５の内表面に接続されている。このような構造により、同軸導波管変換器アレイとして機能する第２導電部材３２０を製造した後、芯線３４２と導電部材３２０との間の接続が確実になされているかを個々に確認する事が容易になる。
【００５６】
本実施形態では、導波壁３３５と第２導電部材３２０の導電性表面３２０ａとの間には僅かに間隙がある。導波壁３３５と導電性表面３２０ａとの間の間隙ｄ１は、導電性ロッド３３４の先端部と第１導電部材３１０の背面側の導電性表面３１０ｂとの間の間隙ｄ２よりも小さい。各導波壁３３５の内部に、第２導電部材３２０の貫通孔３２５から第１導電部材３１０のホーン３１３に連続する貫通孔３１５が形成されている。ｄ１はゼロであってもよい。すなわち導波壁３３５と第２導電部材３２０の導電性表面３２０ａとが接触していてもよい。
【００５７】
本実施形態によれば、第１導電部材３１０の背面側に、複数の貫通孔３１５をそれぞれ囲む複数の導波壁３３５が設けられている。また、第２導電部材３２０の正面側に、複数の導波壁３３５を囲む複数の導電性ロッド３３４が設けられている。このような構造により、隣接する複数の同軸−導波管変換器の間での信号の分離度が向上し、複数の同軸−導波管変換器、および複数のホーンを近接して配置することが可能になる。
【００５８】
本実施形態におけるアンテナアレイ３００は、ホーンアンテナ素子の２次元アレイを構成する第１導電部材３１０（「ホーンアレイ」とも称する。）と、同軸導波管変換器の２次元アレイを構成する第２導電部材３２０（「変換器アレイ」とも称する。）とを備える。変換器アレイとホーンアレイとは、例えばネジなどの部品を用いて互いに固定され得る。このような構造により、製造し易く、かつメンテナンス性に優れたアンテナアレイを実現できる。例えば、アンテナアレイの使用開始後、不具合が生じたときに、変換器アレイとホーンアレイとを分離し、同軸ケーブル３４０の芯線３４２と変換器アレイの貫通孔３２５との接続状態を容易に確認することができる。また、変換器アレイとホーンアレイとがワッフルアイアン構造を介して接続されるため、両者の間を伝搬する電磁波の漏洩を抑制することができる。
【００５９】
近年、マッシブＭＩＭＯと呼ばれる通信技術が知られている。マッシブＭＩＭＯは、場合によっては１００個以上のアンテナ素子を用いることによって通信容量の飛躍的な拡大を実現する技術である。マッシブＭＩＭＯによれば、同一の周波数帯を用いて多数のユーザーの同時接続が可能になる。マッシブＭＩＭＯは、２０ＧＨｚ帯などの、比較的高い周波数を利用する際に有用であり、第５世代移動通信システム（５Ｇ）などの通信に利用され得る。本開示の実施形態によるアンテナアレイは、このようなマッシブＭＩＭＯを用いる通信システムにおいて利用され得る。このアンテナアレイは、通信システムに限らず、レーダシステムにも利用され得る。
【００６０】
＜第１の実施形態の変形例＞
本実施形態の構成は一例に過ぎず、様々な変形が可能である。以下、本実施形態のいくつかの変形例を説明する。
【００６１】
図８Ａは、本実施形態の変形例におけるアンテナアレイ３００の軸方向断面図である。この例では、複数の導波壁３３５が第１導電部材３１０ではなく第２導電部材３２０に接続されている。すなわち、複数の導電性ロッド３３４、複数の導波壁３３５、および第２導電部材３２０の各々は、単一構造体の一部分である。それ以外の点は図７に示す構造と同じである。このように、複数の導波壁３３５が第２導電部材３２０に設けられた構成でも、本実施形態の効果を得ることができる。
【００６２】
図８Ｂは、他の変形例におけるアンテナアレイ３００の軸方向断面図である。この例では、導波壁３３５が第２導電部材３２０に接続されている一方で、導電性ロッド３３４は第１導電部材３１０に接続されている。すなわち、第１導電部材３１０および複数の導電性ロッド３３４の各々は単一構造体の一部分であり、第２導電部材３２０および複数の導波壁３３５の各々は他の単一構造体の一部分である。図８Ｂの構成においても、図７の構成と同様に、導波壁３３５と第１導電部材３１０との間の間隙ｄ１は、導電性ロッド３３４の先端と第２導電部材３２０との間の間隙ｄ２よりも小さい。このような構成でも、本実施形態の効果を得ることができる。
【００６３】
図８Ｃは、さらに他の変形例におけるアンテナアレイ３００の軸方向断面図である。この例におけるアンテナアレイ３００は、複数のコネクタ３５０をさらに備える。これらのコネクタ３５０は、第２導電部材３２０の複数の貫通孔３２５の背面側にそれぞれ取り付けられる。各コネクタ３５０は、内部導体３５１と、内部導体３５１の外側の誘電体３５２と、誘電体３５２の外側の外部導体３５３とを含む。内部導体３５１の一端はジャック形状を有し、他端は折れ曲がっており、貫通孔３２５の内表面の接続部に接続されている。この例では、図８Ｂの例と同様、各導波壁３３５は第２導電部材３２０に接続され、各導電性ロッド３３４は、第１導電部材３１０に接続されている。図８Ｂの構造に代えて、図７または図８Ａと同様の構造を採用してもよい。本変形例における貫通孔３２５の内表面には溝があり、その溝の中に内部導体３５１の他端が収容されている。なお、内部導体３５１の一端は、ジャック形状に代えて、プラグ形状を有していてもよい。
【００６４】
図７から８Ｃにそれぞれ示す構造は、以下の各実施形態および各変形例においても同様に適用され得る。
【００６５】
図９は、図８Ｃの変形例における第２導電部材３２０を背面側から見た模式図である。第２導電部材３２０の背面側には、複数のコネクタ３５０が並ぶ。これらのコネクタ３５０の配置間隔は、ホーンアンテナ素子の配置間隔と等しい。各コネクタ３５０には、同軸ケーブル３４０が接続される。
【００６６】
図１０は、アンテナアレイ３００と、通信装置４００とを備える通信システムの構成例を模式的に示す図である。このシステムは、例えばマッシブＭＩＭＯシステムであり得る。通信装置４００は、複数のコネクタ３６０を備える。アンテナアレイ３００と通信装置４００は、複数の同軸ケーブル３４０を介して接続される。通信装置４００は、内部に複数の送信器を収容し、各同軸ケーブル３４０に独立の位相の信号を送信できる。同軸ケーブル３４０の本数は、アンテナアレイ３００におけるホーンアンテナ素子の数に等しい。アンテナアレイ３００におけるコネクタ３５０の間隔は、通信装置４００におけるコネクタ３６０の間隔よりも小さい。
【００６７】
図１１Ａは、図６に示す断面構造の変形例を示す図である。この例では、複数の導波壁３３５のうち、Ｘ方向において隣接する２つの導波壁３３５の間にも導電性ロッド３３４が配置されている。各導波壁３３５の外周面は、Ｘ方向において他の導波壁３３５に対向する部位に凹部を有する。Ｘ方向において隣接する２つの導波壁３３５の凹部の間の間隙拡大部に導電性ロッド３３４が配置される。このような構造によれば、Ｘ方向において隣接する２つのホーン３１３の間での信号の分離度が改善する。
【００６８】
図１１Ｂは、図６に示す断面構造の他の変形例を示す図である。この例では、複数の導波壁３３５、および複数のホーン３１３が六方格子状に配列されている。このような構成によれば、Ｙ方向において隣接するホーン３１３間の信号の分離度が改善することが期待される。
【００６９】
＜第２の実施形態＞
図１２は、第２の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。図示される断面は、図５におけるＡ−Ａ´断面に相当する。本実施形態では、第１導電部材３１０の貫通孔３１５および第２導電部材３２０の貫通孔３２５は、Ｘ方向に延びた開口形状を有する。このような形状を、本明細書では「Ｉ形状」と称する。貫通孔３１５を囲む導波壁３３５の断面も単純な方形を有する。貫通孔３１５の短辺方向において隣り合う２つの導波壁３３５の間には、複数の導電性ロッド３３４が配置されている。この例において、貫通孔３１５の配置間隔は、貫通孔３１５の短辺方向（Ｙ方向）及び長辺方向（Ｘ方向）のいずれにおいても（３／４）λである。なお、λは、このアンテナアレイにおいて送受信される電磁波の自由空間波長を示す。
【００７０】
図１３Ａは、第２の実施形態におけるホーンアレイを示す斜視図である。図１３Ｂは、第２の実施形態におけるホーンアレイを示す平面図である。これらの図において、ハッチングが付された部位は、ホーン３１３の内表面を示している。本実施形態における各ホーン３１３の内表面は、背面側から正面側に向かうにつれて徐々に拡がる滑らかな斜面を有する。第１の実施形態とは異なり、各ホーン３１３の内表面にはリッジ３１４が設けられていない。
【００７１】
図１４Ａは、第２の実施形態の変形例におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。図１４Ａの例においては、各導波壁３３５の長辺の中央付近が薄く、短辺方向において隣接する他の導波壁３３５との間に、間隙の拡大部が形成される。この間隙の拡大部には、２本の導電性ロッド３３４が収容される。このような構成によれば、短辺方向において隣接する２つの貫通孔３１５を伝搬する信号波の分離度がより高まる。
【００７２】
図１４Ｂは、第２の実施形態の他の変形例におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。この例では、各導波壁３３５が、連続した１つの壁ではなく、分断された複数の部分から構成されている。導波壁３３５の各部分は、導電性ロッド３３４と同一または類似のロッド形状を有する。各導波壁３３５は複数の部分に分断されているが、各貫通孔３１５の中央部に隣接する部位には、導波壁３３５の部分が配置されている。このため、信号波の漏洩を抑制することができる。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
図１５は、第３の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。本実施形態では、短辺方向（Ｙ方向）における貫通孔３１５の配置間隔はλ／２であり、長辺方向（Ｘ方向）における貫通孔３１５の配置間隔は（３／４）λである。導波壁３３５は、貫通孔３１５の中央部に隣接する部位において薄くなっている。貫通孔３１５はＩ形状を有するが、両端においてＹ方向の幅が広くなっている。このような形状を貫通孔３１５に採用することにより、電磁波の整合度の調節が容易になる。
【００７４】
＜第４の実施形態＞
図１６は、第４の実施形態におけるアンテナアレイのＸＹ面に平行な断面の構造を示す図である。本実施形態では、貫通孔３１５の配置間隔はＸ方向およびＹ方向のいずれにおいてもλ／２である。この配置間隔を実現するために、Ｕ形状を有する貫通孔３１５が採用されている。Ｕ形状の貫通孔３１５のＸ方向に延びる横部分において、導波壁３３５の外周面は凹部を有する。これにより、Ｙ方向に隣接する２つの導波壁３３５の間に間隙拡大部が形成される。間隙拡大部に隣接して導電性ロッド３３４が配置される。
【００７５】
図１７Ａは、第４の実施形態におけるホーンアレイを示す斜視図である。図１７Ｂは、第４の実施形態におけるホーンアレイを示す正面図である。これらの図において、ハッチングが付された部位は、ホーンの内表面を示している。
【００７６】
本実施形態において、ホーンアレイを構成する個々のホーン３１３は、１つのリッジ３１４を内表面に有するリッジホーンである。リッジ３１４は、内周面から第１の方向と交差する方向に突出し、同軸ケーブルから生じた電磁波を外部空間に案内する。リッジ３１４の幅は、ホーンの正面側の開口に近づくにつれて狭まる。このような構造に限らず、リッジ３１４の幅は一定であってもよい。この例において、リッジ３１４はホーン３１３の正面側の開口に達していないが、リッジ３１４の終端をホーン３１３の正面側の開口と一致させてもよい。
【００７７】
＜貫通孔の変形例＞
貫通孔３１５、３２５の形状はこれまでに説明した形状に限定されない。電磁波の放射または受信が可能である限り、貫通孔３１５、３２５の形状は任意に設計してよい。以下、図１８を参照しながら、貫通孔３１５、３２５の形状のいくつかの例と、寸法の条件を説明する。なお、図１８には貫通孔３１５が例示されているが、貫通孔３２５の形状についても以下の説明は同様に適用される。
【００７８】
図１８（ａ）は、楕円形状の貫通孔３１５の例を示している。図中において矢印で示す貫通孔３１５の長半径Ｌａは、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように設定される。より具体的には、Ｌａは、動作周波数帯域の中心周波数に対応する自由空間中での波長をλｏとして、λｏ／４＜Ｌａ＜λｏ／２に設定され得る。
【００７９】
図１８（ｂ）は、一対の縦部分３１５ｂおよび一対の縦部分３１５ｂを繋ぐ横部分３１５ａを有するＨ形状を有する貫通孔３１５の例を示している。横部分３１５ａは、一対の縦部分３１５ｂにほぼ垂直であり、一対の縦部分３１５ｂのほぼ中央部同士を繋いでいる。このようなＨ字形状の貫通孔３１５でも、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように、その形状およびサイズが決定される。横部分３１５ａの中心線ｇ２と横部分３１５ａに垂直なＨ字形状全体の中心線ｈ２との交点と、中心線ｇ２と縦部分３１５ｂの中心線ｋ２との交点との間の距離をＬｂとする。中心線ｇ２と中心線ｋ２との交点と、縦部分３１５ｂの端部との距離をＷｂとする。ＬｂとＷｂとの和は、λｏ／４＜Ｌｂ＋Ｗｂ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｂを相対的に長くすることにより、距離Ｌｂを相対的に短くすることができる。これによりＨ字形状のＸ方向の幅を例えばλｏ／２未満にでき、横部分３１５ａの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【００８０】
図１８（ｃ）は、横部分３１５ａおよび横部分３１５ａの両端から延びる一対の縦部分３１５ｂを有する貫通孔３１５の例を示している。一対の縦部分３１５ｂの横部分３１５ａから延びる方向は横部分３１５ａにほぼ垂直であり、互いに逆である。横部分３１５ａの中心線ｇ３と横部分３１５ａに垂直な全体形状の中心線ｈ３との交点と、中心線ｇ３と縦部分３１５ｂの中心線ｋ３との交点との間の距離をＬｃとする。中心線ｇ３と中心線ｋ３との交点と、縦部分３１５ｂの端部との距離をＷｃとする。ＬｃとＷｃとの和は、λｏ／４＜Ｌｃ＋Ｗｃ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｃを相対的に長くすることにより、距離Ｌｃを相対的に短くすることができる。これにより、図１８（ｃ）の全体形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分３１５ａの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【００８１】
図１８（ｄ）は、横部分３１５ａおよび横部分３１５ａの両端から横部分３１５ａに垂直な同じ方向に延びる一対の縦部分３１５ｂを有する貫通孔３１５の例を示している。このような形状を、本明細書では「Ｕ字形状」と称することがある。なお、図１８（ｄ）に示す形状は、Ｈ字形状の上半分の形状と考えることもできる。横部分３１５ａの中心線ｇ４と横部分３１５ａに垂直なＵ字形状全体の中心線ｈ４との交点と、中心線ｇ４と縦部分３１５ｂの中心線ｋ４との交点との間の距離をＬｄとする。中心線ｇ４と中心線ｋ４との交点と、縦部分３１５ｂの端部との距離をＷｄとする。ＬｄとＷｄとの和は、λｏ／４＜Ｌｄ＋Ｗｄ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｄを相対的に長くすることにより、距離Ｌｄを相対的に短くすることができる。これにより、Ｕ形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分３１５ａの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【００８２】
図１８の（ｂ）から（ｄ）に示されている各貫通孔３１５の縦部分３１５ｂが延びる方向は、横部分３１５ａが延びる方向に垂直な方向に限定されない。縦部分３１５ｂが延びる方向は、横部分３１５ａが延びる方向に９０度とは異なる角度で交差する方向であってもよい。
【００８３】
＜ワッフルアイアン構造の詳細＞
次に、前述の各実施形態におけるアンテナアレイが有するワッフルアイアン構造をより詳細に説明する。
【００８４】
図１９Ａは、ワッフルアイアン構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。ここでは図１９Ａに示す構造を例に、寸法等の条件を説明する。以下の説明は、本開示の実施形態のいずれの箇所のワッフルアイアン構造においても同様に適用される。
【００８５】
図１９Ａは、互いに対向する導電部材１１０、１２０と、導電部材１２０に接続された複数の導電性ロッド１２４を備える装置の構成の一部を示している。導電部材１１０は、前述の各実施形態における第１導電部材３１０および第２導電部材３２０の一方に対応する。導電部材１２０は、前述の各実施形態における第１導電部材３１０および第２導電部材３２０の他方に対応する。導電性ロッド１２４は、前述の各実施形態における導電性ロッド３３４に対応する。
【００８６】
図１９Ａの例において、導電部材１１０の導電性表面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、導電性表面１１０ｂは必ずしも平滑な平面である必要はない。
【００８７】
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を有する。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２４ｃを形成する。各導電性ロッド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、絶縁塗装または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。
【００８８】
各人工磁気導体の表面１２４ｃ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。導波路内を伝搬する電磁波の周波数（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。
【００８９】
アンテナアレイは、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。アンテナアレイ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をλｏ、最高周波数の電磁波の自由空間波長を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。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。
【００９０】
（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。このため、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。
【００９１】
（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。
【００９２】
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。例えば伝送線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、３．８９２３ｍｍから３．９４３５ｍｍの範囲内である。したがって、この場合、λｍは３．８９２３ｍｍとなるので、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は、３．８９２３ｍｍ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。
【００９３】
図１９Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面的であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。例えば、図１９Ｂに示すように、導電性表面１２０ａはＸＺ面に平行な断面が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が、先端部１２４ａから基部１２４ｂ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、図示される装置は、本開示の実施形態におけるアンテナアレイとして機能し得る。
【００９４】
（３）導電性ロッドの先端部から導電部材１１０の導電性表面までの距離Ｌ
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Ｌ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。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Ｌは、例えばλｍ／１６以上に設定され得る。
【００９５】
導電性表面１１０ｂと導電性ロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ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。
【００９６】
（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。
【００９７】
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。
【００９８】
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１２４ｃ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。
【００９９】
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アンテナアレイ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。
【０１００】
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。
【０１０１】
本開示の実施形態におけるアンテナアレイは、例えば無線通信システムに利用できる。そのような無線通信システムは、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナアレイと、通信装置（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レイアンテナ内の導波路に供給するように構成され得る。受信回路は、アレイアンテナを介して受信された信号波を復調してアナログまたはデジタルの信号として出力するように構成され得る。
【０１０２】
本開示の実施形態におけるアンテナアレイあるいはアンテナ装置は、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置またはレーダシステムにも用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナアレイと、当該アンテナアレイに接続された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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
本開示の実施形態におけるアンテナアレイは、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。アンテナアレイはまた、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。
【０１０６】
ワッフルアイアン構造を有するアンテナアレイ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。本開示のアンテナアレイは、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。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本開示のアンテナアレイは、電磁波を利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。アンテナアレイは、例えば、マッシブＭＩＭＯシステムなどの無線通信システムに用いられ得る。アンテナアレイは、車載レーダシステム、各種の監視システム、および屋内測位システムにも用いられ得る。
【符号の説明】
【０１０８】
３００  アンテナアレイ
３１０  第１導電部材
３１０ａ  第１導電性表面
３１０ｂ  第２導電性表面
３１１  導電プレート
３１２  ホーンアレイ部
３１３  ホーン
３１４  ホーンのリッジ
３１５  貫通孔
３２０  第２導電部材
３２５  貫通孔
３２６    突出部
３３４  導電性ロッド
３３５  導波壁
３３６  凹部
３３７Ａ、３３７Ｂ  間隙拡大部
３３９Ａ、３３９Ｂ  溝
３４０  同軸ケーブル
３４２  同軸ケーブルの芯線
３５０、３６０  コネクタ
３５１  内部導体
３５２  誘電体
３５３  外部導体
４００  通信装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
2020031426.tif 000014
【図６】
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【図７】
2020031426.tif 000016
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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