(57)【要約】【課題】リッジ導波路と導波管との接続構造を有する新規な導波路装置を提供する。【解決手段】  導波路装置は、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材とを備える。前記第２導電部材は、貫通孔と、前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材と、前記第２導電性表面から突出する複数の導電性ロッドとを備える。前記導波部材は、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記貫通孔の内側にまで延びている。前記複数の導電性ロッドは、前記導波部材の両側に位置し、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出する導電壁を備える。前記導電壁は、前記導波部材の前記一端の周囲を取り囲む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電性表面を有する第１導電部材と、
前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材と、
を備え、
前記第２導電部材は、
貫通孔と、
前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材であって、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記貫通孔の内側にまで延びている導波部材と、
前記第２導電性表面から突出する複数の導電性ロッドであって、前記導波部材の両側に位置し、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する複数の導電性ロッドと、
を備え、
前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出する導電壁であって、前記導波部材の前記一端の周囲を取り囲む導電壁を備え、
前記導電壁は、前記導波部材の前記一端における端面および両側面に対向する内表面を有し、
前記導波面と前記第１導電性表面との間に第１導波路が規定され、
前記導電壁の内側、および前記貫通孔の内部に、前記第１導波路に接続される第２導波路が規定される、
導波路装置。
【請求項２】
前記導電壁の前記内表面は、
前記導波部材の前記一端における前記端面に対向する第１内表面と、
前記第１内表面に繋がり、前記導波部材の前記一端における前記両側面にそれぞれ対向する一対の第２内表面と、
を含む、
請求項１に記載の導波路装置。
【請求項３】
前記第２導電部材が前記導電壁を備え、
前記導電壁は、前記導波部材の前記一端および前記貫通孔の周囲を取り囲み、
前記第１導電部材は、前記導電壁の少なくとも一部を収容するスリットまたは溝を有する、
請求項１または２に記載の導波路装置。
【請求項４】
前記第１導電部材における前記スリットまたは前記溝の内表面と、前記導電壁の表面との間には、隙間がある、請求項３に記載の導波路装置。
【請求項５】
前記第１導電部材における前記スリットまたは前記溝の内側面と、前記導電壁の側面との間には、隙間がある、請求項４に記載の導波路装置。
【請求項６】
前記第１導電部材が前記導電壁を備え、
前記導電壁の一部は、前記貫通孔の内部にある、
請求項１または２に記載の導波路装置。
【請求項７】
前記導波部材は第１導波部材であり、
前記第２導電部材は、
前記第２導電性表面の反対側の第３導電性表面と、
前記第３導電性表面から突出するリッジ状の第２導波部材であって、一端が前記貫通孔の内側にまで延び、前記第１導波部材の前記一端と繋がる第２導波部材と、
をさらに備え、
前記第２導波部材の頂面に沿って第３導波路が規定され、
前記第３導波路は、前記第２導波路に接続されている、
請求項１から６のいずれかに記載の導波路装置。
【請求項８】
前記第２導波部材の前記頂面の一部に接続されたマイクロストリップラインをさらに備える、請求項７に記載の導波路装置。
【請求項９】
前記第３導電性表面に接触する第４導電性表面を有する第３導電部材をさらに備え、
前記第２導電部材は、前記第３導電性表面の側に、導電性の内表面を有する溝を有し、
前記第２導波部材は、前記溝の内部にあり、
前記第２導波部材の前記頂面の少なくとも一部は、前記第４導電性表面に対向する、
請求項７または８に記載の導波路装置。
【請求項１０】
前記第２導電部材の前記第３導電性表面に対向する第４導電性表面を有する第３導電部材をさらに備え、
前記第２導電部材は、前記第３導電性表面から突出する複数の第２導電性ロッドであって、前記複数の第２導波部材の各々の両側に位置し、各々が前記第４導電性表面に対向する先端部を有する複数の第２導電性ロッドをさらに備え、
前記第２導波部材の前記頂面の少なくとも一部は、前記第４導電性表面に対向する、
請求項７または８に記載の導波路装置。
【請求項１１】
前記第２導電部材は、前記第３導電性表面から突出する第２導電壁をさらに備え、
前記第２導電壁は、前記第２導波部材の前記一端および前記貫通孔の周囲を取り囲み、
前記第２導電壁の頂面は、前記第３導電部材に接触する、
請求項９または１０に記載の導波路装置。
【請求項１２】
前記第２導電部材は、
前記貫通孔を含む複数の貫通孔と、
前記導波部材を含む複数の導波部材と、
を備え、
前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記導電壁を含む複数の導電壁を備え、
前記複数の導電性ロッドは、前記複数の導波部材の周囲および間に配置され、
前記複数の導波部材の各々は、前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材であり、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記複数の貫通孔の１つの内側にまで延び、
前記複数の導電壁の各々は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出し、前記複数の導波部材の１つの前記一端の周囲を取り囲み、
前記複数の導波部材の前記導波面と前記第１導電性表面との間に複数の第１導波路が規定され、
前記複数の導電壁の内側、および前記複数の貫通孔の内部に、前記複数の第１導波路にそれぞれ接続される複数の第２導波路が規定される、
請求項１から１１のいずれかに記載の導波路装置。
【請求項１３】
前記第２導電部材が前記複数の導電壁を備え、
前記複数の導電壁の各々は、前記複数の導波部材の１つの前記一端および前記複数の貫通孔の１つの周囲を取り囲み、
前記第１導電部材は、前記複数の導電壁の少なくとも一部をそれぞれ収容する複数のスリットまたは複数の溝を有する、
請求項１２に記載の導波路装置。
【請求項１４】
前記複数の導波部材は、隣り合う２つの導波部材を含み、
前記複数の導電壁は、隣り合う２つの導電壁を含み、
前記２つの導電壁は、前記２つの導波部材の前記一端の間に位置する共有部分を含む、
請求項１３に記載の導波路装置。
【請求項１５】
前記共有部分は、前記２つの導波部材が延びる方向に沿った溝を頂部に有する、請求項１４に記載の導波路装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の導波路装置と、
前記導波路装置に接続された１つ以上のアンテナ素子と、
を備えるアンテナ装置。
【請求項１７】
前記第１導電部材は、前記１つ以上のアンテナ素子として機能する１つ以上のスロットを有し、
前記１つ以上のスロットは、前記導波部材の前記導波面に対向する、
請求項１６に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載のアンテナ装置と、
前記アンテナ装置に接続されたマイクロ波集積回路と、
を備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、導波路装置、アンテナ装置、および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁波の伝搬損失が小さい導波路として、ワッフルアイアンリッジ導波路（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ  Ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅＧｕｉｄｅ：ＷＲＧ）と呼ばれる導波路が新たに開発されている。例えば、特許文献１、ならびに非特許文献１および２は、そのような導波路の構造の例を開示している。これらの文献に開示された導波路装置は、全体として、対向する一対の導電プレートを備える。一方の導電プレートは、他方の導電プレートの側に突出するリッジと、リッジの両側において、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドとを有する。複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現されている。リッジの導電性を有する上面は、ギャップを介して、他方の導電プレートの導電性表面に対向する。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる波長を有する電磁波は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間をリッジに沿って伝搬する。本明細書において、このような導波路を、ＷＲＧ導波路またはリッジ導波路と称する。ＷＲＧ導波路は、例えば１つ以上のスロットをアンテナ素子として備えるアンテナ装置において、スロットに給電するための導波路として使用され得る。
【０００３】
ＷＲＧ導波路は、導波管と組み合わせて用いられることがある。例えば非特許文献２は、リッジの上面に垂直な方向に延びる導波管と、リッジ導波路とが接続された構造の例を開示している。このような構造は、リッジを有する導電部材の背面側に配置されたＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit、またはMicrowave and Millimeter wave Integrated Circuit）と、リッジ導波路とが接続された装置を構成するために用いられ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８７７９９９５号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Kirino et al., "A 76 GHz Multi-Layered Phased Array Antenna Using a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide", IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 60, No. 2, February 2012, pp 840-853
【非特許文献２】Syed Kamal Mustafa, "Hybrid Analog-Digital Beam-Steered Slot Antenna Array for mm-Wave Applications in Gap Waveguide Technology"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２に開示された装置が広い周波数帯域に亘って動作することが、コンピュータシミュレーションによって確認されている。しかし、当該装置においては、導波管とリッジ導波路とを接続する部分が金属の壁で囲まれた構造になっているため、そのような構造を実際に作製することは非常に難しい。特に、金型等を用いた量産性の高い型成形の方法を用いて上記構造を有する装置を生産することは困難であった。
【０００７】
本開示は、従来よりも量産が容易な、リッジ導波路と導波管とが接続された構造を有する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る導波路装置は、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材とを備える。前記第２導電部材は、貫通孔と、前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材と、前記第２導電性表面から突出する複数の導電性ロッドとを備える。前記導波部材は、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記貫通孔の内側にまで延びている。前記複数の導電性ロッドは、前記導波部材の両側に位置し、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出する導電壁を有する。前記導電壁は、前記導波部材の前記一端の周囲を取り囲む。前記導電壁は、前記導波部材の前記一端における端面および両側面に対向する内表面を有する。前記導波面と前記第１導電性表面との間に第１導波路が規定される。前記導電壁の内側、および前記貫通孔の内部に、前記第１導波路に接続される第２導波路が規定される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の実施形態によれば、従来よりも量産が容易な、リッジ導波路と導波管とが接続された構造を有する装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の例示的な第１の実施形態による導波路装置を利用して構成された通信装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す１つのアンテナ装置を拡大して示す図である。
【図３Ａ】アンテナ装置から第１導電部材を除去した状態を示す平面図である。
【図３Ｂ】第２導電部材の背面側の構造を示す図である。
【図４Ａ】導波管とＷＲＧ導波路との変換部の構造の例を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す第１導電部材を半透明にして表示した図である。
【図５】変換部の近傍における第２導電部材の正面側の構造を示す斜視図である。
【図６Ａ】変換部の近傍における第１導電部材の構造を示す斜視図である。
【図６Ｂ】第１導電部材の変形例を示す図である。
【図７Ａ】導波路装置を背面側から見た斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す導波路装置からＭＳＬモジュールを除去した状態を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ａに示す導波路装置において、ＭＳＬモジュールの一部を透明にして表示した図である。
【図８】アンテナ装置の背面側にＩＣ実装基板が配置された構成の例を示す図である。
【図９Ａ】第１導電部材における放射部の一部を拡大して示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す装置から第２導電部材を取り除いた状態を示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｂに示す第１導電部材の放射部を背面側から見た図である。
【図１０Ａ】図４Ａに示す導波路装置の変形例を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａに示す導波路装置の正面図である。
【図１１Ａ】本開示の例示的な第２の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す導波路装置から第１導電部材を除去した状態を示す斜視図である。
【図１１Ｃ】図１１Ａに示す導波路装置の変形例を示す図である。
【図１１Ｄ】図１１Ｃに示す変形例の導波路装置から第１導電部材を除去した状態を示す平面図である。
【図１２Ａ】本開示の例示的な第３の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す導波路装置から第１導電部材を除去した状態を示す斜視図である。
【図１３】第３の実施形態における第２導電部材の背面側の構造を示す図である。
【図１４Ａ】本開示の例示的な第４の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示す導波路装置から第１導電部材を除去した状態を示す斜視図である。
【図１５】第４の実施形態における第１導電部材を背面側から見た図である。
【図１６】第４の実施形態における第２導電部材を背面側から見た図である。
【図１７】図１４Ａに示す導波路装置において、第２導電部材を不可視の状態にした図である。
【図１８】導波路装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１９Ａ】導波路装置の断面の構成を模式的に示す図である。
【図１９Ｂ】導波路装置の断面の構成を模式的に示す図である。
【図２０】２つの導電部材の間隔を極端に離した状態にある導波路装置を模式的に示す斜視図である。
【図２１】導波路装置における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。
【図２２Ａ】導波路装置の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｂ】導波路装置の他の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｃ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｄ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｅ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｆ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２２Ｇ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２３Ａ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２３Ｂ】導波路装置のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図２４Ａ】導波部材と導電部材との間隙を伝搬する電磁波を模式的に示す図である。
【図２４Ｂ】中空導波管の断面を模式的に示す図である。
【図２４Ｃ】導電部材上に２個の導波部材が設けられている形態を示す断面図である。
【図２４Ｄ】２つの中空導波管を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示す図である。
【図２５Ａ】スロットアンテナアレイの構成の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２５Ｂ】図２５Ａに示すスロットアンテナアレイの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本開示の実施形態の概要を説明する。
【００１２】
本開示の実施形態による導波路装置は、第１導電性表面を有する第１導電部材と、前記第１導電性表面に対向する第２導電性表面を有する第２導電部材とを備える。前記第２導電部材は、貫通孔と、前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材と、前記第２導電性表面から突出する複数の導電性ロッドとを備える。前記導波部材は、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記貫通孔の内側にまで延びている。前記複数の導電性ロッドは、前記導波部材の両側に位置し、各々が前記第１導電性表面に対向する先端部を有する。前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出する導電壁を有する。前記導電壁は、前記導波部材の前記一端における端面および両側面に対向する内表面を有する。前記導電壁は、前記導波部材の前記一端の周囲を取り囲む。前記導波面と前記第１導電性表面との間に第１導波路が規定される。前記導電壁の内側、および前記貫通孔の内部に、前記第１導波路に接続される第２導波路が規定される。
【００１３】
第１導波路は、前述のリッジ導波路である。第２導波路は、導波管である。上記の構成によれば、導波管とリッジ導波路とを接続する部分を金属の壁で完全に囲む必要がない。このため、比較的容易に導波路装置を製造することができる。例えば、金型等を用いた量産性の高い型成形の方法を用いて上記構造を有する導波路装置を生産することができる。
【００１４】
前記導電壁の前記内表面は、前記導波部材の前記一端における前記端面に対向する第１内表面と、前記第１内表面に繋がり、前記導波部材の前記一端における前記両側面にそれぞれ対向する一対の第２内表面とを含み得る。前記導波部材の前記端面と前記第１内表面との間の領域は、前記第２導波路、すなわち導波管の一部を構成する。
【００１５】
前記導電壁は、前記導波部材が延びる方向に実質的に垂直な第１の部分と、前記第１の部分の両端にそれぞれ繋がり、前記導波部材が延びる方向に実質的に平行な一対の第２の部分とを含んでいてもよい。その場合、導波面に平行な平面で切断した場合の導電壁の断面は、Ｕ字形状を有する。なお、第１の部分と第２の部分とは、垂直に繋がっている必要はなく、カーブを描くように繋がっていてもよい。
【００１６】
導電壁は、第１導電部材および第２導電部材のいずれに設けられていてもよい。ある実施形態では、前記第２導電部材が前記導電壁を備える。そのような実施形態の具体例は、「第１の実施形態」、「第２の実施形態」、「第３の実施形態」として後述する。これらの実施形態では、前記導電壁は、前記導波部材の前記一端および前記貫通孔の周囲を取り囲むように配置される。前記第１導電部材は、前記導電壁の少なくとも一部を収容するスリットまたは溝を有する。
【００１７】
前記第１導電部材における前記スリットまたは前記溝の内表面と、前記導電壁の表面との間には、隙間があってもよい。例えば、前記溝の底面と、前記導電壁の頂面との間に隙間があってもよい。また、前記スリットまたは前記溝の内側面と、前記導電壁の側面（すなわち、内側面または外側面）との間に隙間があってもよい。本発明者らは、そのような隙間がある場合でも、第１導波路（リッジ導波路）と第２導波路（導波管）との間で電磁波を良好に伝送させることができることを見出している。そのような隙間が許容されるため、第１導電部材および第２導電部材の寸法設計に要求される精度を緩和することができ、量産性を高めることができる。
【００１８】
他の実施形態では、前記第１導電部材が前記導電壁を備える。そのような実施形態の具体例は、「第４の実施形態」として後述する。そのような実施形態では、前記導電壁の一部は、前記貫通孔の内部に位置する。前記導電壁は、前記第１導電部材の前記第１導電性表面から、前記貫通孔を通って前記第２導電部材を越えて延びていてもよい。
【００１９】
前記第２導電部材は、前記第２導電性表面の反対側の第３導電性表面をさらに備えていてもよい。前記第２導電部材は、前記導波部材（第１導波部材）に加えて、前記第３導電性表面から突出するリッジ状の第２導波部材であって、一端が前記貫通孔の内側にまで延び、前記第１導波部材の前記一端と繋がる第２導波部材とをさらに備えていてもよい。そのような構成では、前記第２導波部材の頂面に沿って第３導波路が規定され、前記第３導波路は、前記第２導波路に接続される。
【００２０】
導波路装置は、前記第２導波部材の前記頂面の一部に接続されたマイクロストリップラインをさらに備えていてもよい。そのような構成により、マイクロストリップラインと第３導波路との間で電磁波を相互に伝送することができる。マイクロストリップラインは、例えばマイクロ波集積回路に接続され得る。
【００２１】
導波路装置は、前記第３導電性表面に接触する第４導電性表面を有する第３導電部材をさらに備えていてもよい。前記第２導電部材は、前記第３導電性表面の側に、導電性の内表面を有する溝を有していてもよい。前記第２導波部材は、前記溝の内部にあってもよい。前記第２導波部材の前記頂面の少なくとも一部は、前記第４導電性表面に対向していてもよい。そのような構成では、前記溝の内部に、前記第２導波部材に沿った導波管が前記第３導波路として形成される。前記第３導電部材は、前述のマイクロストリップラインを有するマイクロストリップラインモジュールであってもよい。
【００２２】
導波路装置は、前記第３導電性表面に対向する第４導電性表面を有する第３導電部材をさらに備えていてもよい。前記第２導電部材は、前記第３導電性表面から突出する複数の第２導電性ロッドであって、前記複数の第２導波部材の各々の両側に位置し、各々が前記第４導電性表面に対向する先端部を有する複数の第２導電性ロッドをさらに備えていてもよい。前記第２導波部材の前記頂面の少なくとも一部は、前記第４導電性表面に対向していてもよい。そのような構成では、前記第２導波部材の頂面と前記第４導電性表面との間に、リッジ導波路が前記第３導波路として形成される。前記第３導電部材は、前述のマイクロストリップラインを有するマイクロストリップラインモジュールであってもよい。
【００２３】
なお、第４導電性表面は誘電体の層で覆われていてもよい。言い換えれば、第４導電性表面は第３導電部材の最表面に位置していなくてもよい。そのような誘電体の層は、ソルダーレジストであってもよいし、誘電体製の板であってもよい。また、誘電体の層が板である場合には、その上にさらに導電性の層が配置されてもよい。そのような導電性の層がストリップ状の金属の箔である場合は、当該ストリップ状の導電性の層と第４導電性表面およびそれらの間の誘電体の層によって、マイクロストリップラインが構成され得る。
【００２４】
前記第２導電部材は、前記第３導電性表面から突出する第２導電壁をさらに備えていてもよい。前記第２導電壁は、前記第２導波部材の前記一端および前記貫通孔の周囲を取り囲んでいてもよい。前記第２導電壁の頂面は、前記第３導電部材に接触していてもよい。前記第２導電壁の頂面は、前記第３導電部材の前記第４導電性表面に接触していてもよいし、第４導電性表面を覆う誘電体の層に接触していてもよい。また、前記第２導電壁の頂面と、前記第３導電部材の表面との間には、５０μｍ未満の大きさの隙間があってもよい。
【００２５】
あるいは、第１導電部材が前記導電壁を備える場合、前記導電壁が前記貫通孔を越えて延び、前記導電壁の頂面が前記第４導電性表面に接触していてもよい。
【００２６】
前記第２導電部材は、前記貫通孔を含む複数の貫通孔と、前記導波部材を含む複数の導波部材とを備えていてもよい。前記第１導電部材または前記第２導電部材は、前記導電壁を含む複数の導電壁を備えていてもよい。前記複数の導電性ロッドは、前記複数の導波部材の周囲および間に配置され得る。前記複数の導波部材の各々は、前記第２導電性表面から突出するリッジ状の導波部材であり、前記第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有し、一端が前記複数の貫通孔の１つの内側にまで延びていてもよい。前記複数の導電壁の各々は、前記第１導電性表面または前記第２導電性表面から突出し、前記複数の導波部材の１つの前記一端の周囲を取り囲んでいてもよい。前記複数の導波部材の前記導波面と前記第１導電性表面との間に複数の第１導波路が規定され得る。前記複数の導電壁の内側、および前記複数の貫通孔の内部に、前記複数の第１導波路にそれぞれ接続される複数の第２導波路が規定され得る。
【００２７】
上記構成によれば、複数の第１導波路（すなわちリッジ導波路）と、複数の第２導波路（すなわち導波管）とを接続することができる。
【００２８】
前記第２導電部材が前記複数の導電壁を備えていてもよい。前記複数の導電壁の各々は、前記複数の導波部材の１つの前記一端および前記複数の貫通孔の１つの周囲を取り囲んでいてもよい。前記第１導電部材は、前記複数の導電壁の少なくとも一部をそれぞれ収容する複数のスリットまたは複数の溝を有していてもよい。前記複数のスリットまたは前記複数の溝の少なくとも１つは、自身の内表面と前記複数の導電壁の対応する１つの表面との間に間隙を有していてもよい。
【００２９】
前記複数の導波部材は、隣り合う２つの導波部材を含み得る。前記複数の導電壁は、隣り合う２つの導電壁を含み得る。前記２つの導電壁は、前記２つの導波部材の前記一端の間に位置する共有部分を含んでいてもよい。その場合、２つの導電壁は、ひとつながりの部材を構成する。
【００３０】
前記共有部分は、前記２つの導波部材が延びる方向に沿った溝を頂部に有していてもよい。
【００３１】
本開示の実施形態によるアンテナ装置は、前述のいずれかに記載の導波路装置と、前記導波路装置に接続された１つ以上のアンテナ素子とを備える。
【００３２】
前記第１導電部材は、前記１つ以上のアンテナ素子として機能する１つ以上のスロットを有していてもよい。前記１つ以上のスロットは、前記導波部材の前記導波面に対向するように配置され得る。
【００３３】
本開示の他の実施形態による通信装置は、前述のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ装置に接続されたマイクロ波集積回路とを備える。
【００３４】
以下、本開示の実施形態をより具体的に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明においては、同一または類似する構成要素には、同一の参照符号を付している。
【００３５】
［第１の実施形態］
図１は、本開示の例示的な第１の実施形態による導波路装置を利用して構成された通信装置５００を示す平面図である。図１には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。以下、この座標系を用いて本開示の実施形態の構成を説明する。＋Ｚ方向側を「正面側」と称し、−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、説明のわかり易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。
【００３６】
図１は、通信装置５００の正面側の構造を示している。この通信装置５００は、４つのアンテナ装置３００を含む。４つのアンテナ装置３００は、Ｙ方向における位置が１つおきに異なる態様で、Ｘ方向に沿って配列されている。このような配列を、「千鳥配列」（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）と称する。各アンテナ装置３００は、ＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路、および信号処理回路などの電子回路に接続され、電磁波の放射および受信の少なくとも一方を行う。各アンテナ装置３００は小型であり、例えばＹ方向における各アンテナ装置３００の寸法は２０ｃｍ程度であり得る。なお、通信装置５００が備えるアンテナ装置３００の数および配置は、図示される数および配置に限定されず、用途に応じて変更可能である。
【００３７】
図２は、図１に示す１つのアンテナ装置３００を拡大して示す図である。アンテナ装置３００は、図２における左端部分に、Ｚ方向に延びる複数の導波管３５０の列を備える。複数の導波管３５０は、アンテナ装置３００の内部にあり、Ｘ方向に並んでいる。図２に示すＵ字形状の部分は、アンテナ装置３００の内部にある導電壁３５４の頂面である。
【００３８】
アンテナ装置３００は、板形状の第１導電部材３１０を備える。第１導電部材３１０は、図２における左端部分に、複数のＵ字形状のスリット３１３（すなわち貫通孔）を有する。複数のスリット３１３は、複数の導電壁３５４の先端部をそれぞれ収容する。第１導電部材３１０は、さらに、Ｘ方向およびＹ方向に沿って２次元的に配列された複数のスロットアンテナ素子３１２を有する。第１導電部材３１０において、これらのスロットアンテナ素子３１２が配置された部分を「放射部」と称する。各スロットアンテナ素子３１２は、電磁波の放射または受信に用いられる。本実施形態では、各スロットアンテナ素子３１２の正面側の開口は、Ｘ方向に対して４５度傾斜した方向に延びている。各スロットアンテナ素子３１２の正面側の開口が延びる方向は、図示される方向に限らず、Ｙ方向に対して傾斜した任意の方向であってよい。各スロットアンテナ素子３１２は、その開口が延びる方向に垂直な方向に電界成分をもつ電磁波を放射する。アンテナ装置３００が受信に用いられる場合、各スロットアンテナ素子３１２は、外部空間から到来した電磁波を、第１導電部材３１０の背面側のＷＲＧ導波路に取り込む機能を有する。
【００３９】
図３Ａは、アンテナ装置３００から第１導電部材３１０を除去した状態を示す平面図である。アンテナ装置３００は、第１導電部材３１０に間隙を空けて対向する板形状の第２導電部材３２０をさらに備える。図３Ａは、第２導電部材３２０の正面側の構造を示している。第２導電部材３２０は、第１導電部材３１０の背面側の第１導電性表面に対向する第２導電性表面３２０ａと、第２導電性表面３２０ａから突出する複数の導波部材３２２および複数の導電性ロッド３２４とを備える。複数の導波部材３２２の各々は、リッジ状の構造を有する。各導波部材３２２は、第１導電部材３１０の背面側の第１導電性表面に対向する導電性の導波面を有する。複数の導電性ロッド３２４は、複数の導波部材３２２の周囲および間に配置されている。各導電性ロッド３２４は、第２導電性表面３２０ａに接続された基部と、第１導電部材３１０の背面側の第１導電性表面に対向する先端部とを有する。図示される導電性ロッド３２４は、直方体形状を有するが、他の形状、例えば円柱、角錐台、または円錐台などの形状を有していてもよい。
【００４０】
複数の導波部材３２２は、全体として、Ｘ方向に並んでいる。各導波部材３２２は、全体としてＹ方向に沿って延びている。ただし、本実施形態における各導波部材３２２は、２つの屈曲部３２２ｂを有する。屈曲部３２２ｂにおいて、導波部材３２２の延びる方向が変化する。本実施形態では、屈曲部３２２ｂは凹部になっている。屈曲部３２２ｂを凹部にすることにより、屈曲部３２２ｂにおける信号波の反射が抑制される。各導波部材３２２は、Ｙ方向に沿って直線的に延びる部分を有する。当該部分は、図２に示す複数のスロットアンテナ素子３１２のうちのＹ方向に並ぶ１３個のスロットアンテナ素子３１２に対向する。
【００４１】
各導波部材３２２の両側には、複数の導電性ロッド３２４が配置されている。複数の導電性ロッド３２４は人工磁気導体として機能する。このような構造により、各導波部材３２２の導波面と第１導電部材３１０の背面側の導電性表面との間に、前述のＷＲＧ導波路が形成される。
【００４２】
第２導電部材３２０は、図３Ａにおける左端部分に、複数の貫通孔３５２と、当該複数の貫通孔３５２をそれぞれ部分的に囲む複数のＵ字形状の導電壁３５４とをさらに備える。これらの貫通孔３５２および導電壁３５４により、Ｚ方向に延びる複数の導波管３５０が構成される。各導波部材３２２の一端は、導波管３５０の内側にまで延びている。このような構造により、ＷＲＧ導波路（第１導波路）と導波管３５０（第２導波路）とが接続される。
【００４３】
本実施形態では、導波部材３２２の数は８であるが、導波部材３２２の数は１以上の任意の数であってよい。導波部材３２２の数および配置に合わせて、貫通孔３５２および導電壁３５４の数および配置、ならびに第１導電部材３１０における複数のスロットアンテナ素子３１２の数および配置が決定される。
【００４４】
図３Ｂは、第２導電部材３２０の背面側の構造を示す図である。第２導電部材３２０の背面側の第３導電性表面３２０ｂには、複数の貫通孔３５２が開口している。第２導電部材３２０は、背面側に、比較的短いリッジ状の導波部材３２６（第２導波部材）を有する。この導波部材３２６の一端は、貫通孔３５２の内側に突出し、他端は、不図示のマイクロストリップラインなどの伝送線路を介してマイクロ波集積回路に接続される。
【００４５】
図４Ａは、導波管とＷＲＧ導波路との変換部の構造の例を示す斜視図である。なお、図４Ａでは、簡単のため、隣り合う２つの導波管と、隣り合う２つのＷＲＧ導波路との変換部の近傍の構造のみが示されている。このような変換部の構造は、本実施形態におけるアンテナ装置３００に限らず、任意の導波路装置に適用できる。以下、図４Ａに示す装置を「導波路装置」と称することがある。図４Ｂは、わかりやすくするために、第１導電部材３１０を半透明にして表示した図である。図５は、変換部の近傍における第２導電部材３２０の正面側の構造を示す斜視図である。
【００４６】
図５に示すように、第２導電部材３２０は、導電性表面３２０ａから突出する複数のＵ字形状の導電壁３５４を備える。各導電壁３５４は、導波管３５０の三方の壁面を構成する。各導電壁３５４は、第２導電部材３２０の一部である。例えば金型を用いた成形方法により、各導電壁３５４と第２導電部材３２０を構成する他の部分とが、ひとつながりの部材として生産され得る。
【００４７】
第２導電部材３２０の複数の貫通孔３５２は、複数の導電壁３５４の内側にそれぞれ位置する。各導電壁３５４は、導波部材３２２の一端における端面に対向する第１内表面と、導波部材３２２の一端における両側面にそれぞれ対向する一対の第２内表面とを含む。図５の例では、各導電壁３５４は、導波部材３２２が延びるＹ方向に実質的に垂直な第１の部分と、当該方向に実質的に平行な一対の第２の部分とを含む。第１の部分の両端部に、一対の第２の部分が垂直に接続されている。導電壁３５４の第１の部分と一対の第２の部分は、同一の高さを有する。したがって、各導電壁３５４の頂面は、平坦なＵ字形状を有する。各導電壁３５４の内表面は、貫通孔３５２の開口の周囲の四方のうちの三方を囲む。導電壁３５４は他の構造を有していてもよい。例えば、導電壁３５４は、内表面が滑らかに湾曲した構造を備えていてもよい。各導波部材３２２の一端は、導電壁３５４によって部分的に囲まれる領域にまで延び、貫通孔３５２の内側に突出している。この突出する部分は、第２導電部材３２０の背面側にある導波部材３２６に貫通孔３５２の内部で繋がっている。
【００４８】
複数の導電性ロッド３２４は、複数の導波部材３２２および複数の導電壁３５４の周囲に配置されている。隣り合う２つの導波部材３２２の間には、２列の導電性ロッド３２４が配置されている。隣り合う２つの導電壁３５４の間には導電性ロッド３２４が配置されていない。複数の導電性ロッド３２４の数および配置は、図示される下図および配置に限定されず、導波路装置の要求される特性に応じて適宜決定される。
【００４９】
第２導電部材３２０は、背面側に、Ｙ方向に延びる複数の溝３２８と、それらの溝３２８の内部にそれぞれ位置するリッジ状の複数の導波部材３２６とを備える。各溝３２８は、導電性の内表面を有する。背面側の各導波部材３２６の一端は、貫通孔３５２の内側にまで突出しており、正面側の導波部材３２２の一端と繋がっている。
【００５０】
第１導電部材３１０および第２導電部材３２０の各々は、例えば樹脂などの絶縁材料の表面にメッキ層を形成することによって作製され得る。その場合、各導電部材は、当該導電部材の形状を規定する誘電体部材と、当該誘電体部材の表面を覆う導電材料のメッキ層とを含む。メッキ層を構成する導電性材料として、例えばマグネシウムなどの金属を用いることができる。各導電部材の全体が誘電体部材で形状が規定されている必要はない。各導電部材の一部分が、例えば金属部材で直接的に形状が規定されていてもよい。さらに、メッキ層に代えて、蒸着等によって導電体の層が形成されていてもよい。各導電部材は、鋳造または鍛造などの金属加工によって作製されてもよい。各導電部材は、金属板を加工して成形されてもよい。ダイキャスト法等によって各導電部材を成形してもよい。
【００５１】
図６Ａは、変換部の近傍における第１導電部材３１０の構造を示す斜視図である。本実施形態における第１導電部材３１０は、例えば金属製のプレートである。第１導電部材３１０は、正面側の導電性表面３１０ａと、背面側の第１導電性表面３１０ｂと、Ｕ字形状の複数のスリット３１３とを有する。図４Ａに示すように、複数のスリット３１３の内側に、複数の導電壁３５４の先端部が収容される。第１導電部材３１０のスリット３１３の内表面と、導電壁３５４の先端部の側面の少なくとも一部との間には間隙があってもよい。
【００５２】
導波管３５０は、第２導電部材３２０の背面側から、第１導電部材３１０の背面側の第１導電性表面３１０ｂにまで達し、そこでＹ方向に折れ曲がり、導波部材３２２上のＷＲＧに接続される。この接続部分を、本明細書では「変換部」と呼ぶ。仮にこれが導波管同士の接続であれば、Ｚ方向に延びる導波管とＹ方向に延びる導波管は、完全に接合されていなければならない。しかし、本発明者らは、ＷＲＧと導波管とを接続する場合においては、Ｚ方向に延びる導波管の一部である導電壁３５４と第１導電部材３１０との間には、間隙の存在が許容されることを見出している。図４Ａの例では、導電壁３５４の厚さは、Ｕ字形状のスリット３１３の幅よりも小さい。このため、導電壁３５４の先端部は、Ｕ字形状のスリット３１３にすきまばめされている。
【００５３】
図６Ｂは、第１導電部材３１０の変形例を示す図である。図６Ｂは、第１導電部材３１０を背面側から見た構造を示している。この例において、第１導電部材３１０は、スリット３１３ではなくＵ字形状の複数の溝３１４を、背面側の第１導電性表面３１０ｂに有する。このＵ字形状の溝３１４に、Ｕ字形状の導電壁３５４の先端部が嵌る。このような構造によっても導波管３５０とＷＲＧ導波路との変換部を構成することができる。導電壁３５４の先端部とＵ字形状の溝３１４の底面との間には、隙間があってもよいし、接触していてもよい。
【００５４】
図６Ａおよび図６Ｂのいずれの構成においても、導電壁３５４の先端部の側面と、Ｕ字形状のスリット３１３の内表面またはＵ字形状の溝３１４の側面との間には、隙間がある。このため、第１導電部材３１０および第２導電部材３２０の寸法管理および組み立てが容易である。隙間をなくし、導電壁３５４の先端部が第１導電部材３１０のスリット３１３または溝３１４に圧入されるようにしてもよい。圧入状態になるように設計される場合であっても、製造時の部材の寸法のばらつきにより、部分的に隙間が生じたり、すきまばめに近い状態になったりすることがある。２つの導波管が接続された従来の構成においては、このような隙間の発生は特性の劣化をもたらすため、許容されない。しかし、本実施形態における導波管とＷＲＧとの変換部においては、元々隙間の存在が許容されているため、そのような問題は生じない。また、すきまばめ部分、あるいは圧入部に、レーザー等を照射するなどして二つの部材を溶接し、導電壁３５４と第１導電部材３１０とを一体化してもよい。一般に、溶接部においてブローホール(blowhole)等の溶接欠陥の発生を完全に抑制することは難しいが、そのような欠陥が発生しても、本実施形態においては問題は生じない。
【００５５】
なお、第１導電部材３１０におけるスリット３１３または溝３１４の形状は、Ｕ字形状に限定されない。スリット３１３または溝３１４の形状は、導電壁３５４の先端部の形状に応じて異なり得る。例えば導電壁３５４の先端部が円弧状の場合には、第１導電部材３１０におけるスリット３１３または溝３１４の形状も、円弧状であり得る。
【００５６】
図４Ａに示す導波路装置は、第２導電部材３２０の背面側に、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）モジュール３３０をさらに備える。ＭＳＬモジュール３３０は、誘電体基板３３１と、背面側の第１グラウンド導体３３２と、正面側の第２グラウンド導体３３３と、複数のストリップ状導体３３４とを備える。第１グラウンド導体３３２は、誘電体基板３３１の背面側の表面に設けられている。複数のストリップ状導体３３４は、誘電体基板３３１の正面側の表面に設けられている。第２グラウンド導体３３３は、誘電体基板３３１の正面側の表面のうち、複数のストリップ状導体３３４の周囲に設けられている。このような構造により、複数のマイクロストリップラインが構成される。複数のストリップ状導体３３４は、Ｙ方向に延びており、背面側の複数の導波部材３２６の頂面の一部にそれぞれ接触している。第２グラウンド導体３３３は、第２導電部材３２０の背面側の第３導電性表面３２０ｂに接触している。
【００５７】
本実施形態において、ＭＳＬモジュール３３０は、前述の「第３導電部材」に該当し、第２グラウンド導体３３３は、前述の「第４導電性表面」に該当する。第２導波部材３２６の頂面の一部は、ストリップ状導体３３４に接触する。誘電体基板３３１の背面側には第１グラウンド導体３３２が位置しており、当該頂面の一部は、誘電体基板３３１を間に挟んで第１グラウンド導体３３２と対向している。また、第１グラウンド導体３３２と第２グラウンド導体３３３は、図示されていないビアによって接続されている。
【００５８】
図７Ａは、図４Ａに示す導波路装置の背面側の構造を示す斜視図である。図７Ｂは、図７Ａに示す導波路装置からＭＳＬモジュール３３０を除去した状態を示す斜視図である。図７Ｃは、図７Ａに示す導波路装置において、ＭＳＬモジュール３３０の誘電体基板３３１および第１グラウンド導体３３２を透明にして表示した斜視図である。
【００５９】
図７Ｂに示すように、第２導電部材３２０の背面側には、Ｙ方向に沿って延びる直方体状の複数の溝３２８がある。複数の溝３２８の内部に、複数のリッジ状の導波部材３２６がそれぞれ位置している。各導波部材３２６の一端は、貫通孔３５２の内側にまで延び、正面側の導波部材３２２の一端に接続されている。溝３２８は、導波管（第３導波路）として機能し、導波部材３２６に沿って電磁波を伝送させることができる。各導波部材３２６は、溝３２８の開口に近い側の端部に凸部３２６ｂを有する。凸部３２６ｂの頂面は平坦であり、図７Ｃに示すように、ＭＳＬモジュール３３０におけるストリップ状導体３３４に接触している。
【００６０】
各ストリップ状導体３３４は、マイクロ波集積回路に接続される。マイクロ波集積回路は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する半導体集積回路のチップまたはパッケージである。「パッケージ」は、マイクロ波帯域の高周波信号を生成または処理する１個または複数個の半導体集積回路チップを含むパッケージである。単一の半導体基板の上に１個以上のマイクロ波ＩＣが集積化されたＩＣは、特に「モノリシックマイクロ波集積回路」（ＭＭＩＣ）と呼ばれる。本開示では、「マイクロ波ＩＣ」として、「ＭＭＩＣ」を用いた例を主に説明するが、マイクロ波ＩＣはＭＭＩＣに限定されない。本開示の実施形態において、ＭＭＩＣに代えて、他の種類のマイクロ波ＩＣを用いてもよい。
【００６１】
「マイクロ波」は、周波数が３００ＭＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を意味する。「マイクロ波」のうち、周波数が３０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲にある電磁波を「ミリ波」と称する。真空中における「マイクロ波」の波長は、１ｍｍから１ｍの範囲にあり、「ミリ波」の波長は、１ｍｍから１０ｍｍの範囲にある。また、波長が１０ｍｍから３０ｍｍの範囲にある電磁波を、「準ミリ波(quasi-millimeter wave)」と呼ぶことがある。
【００６２】
マイクロ波ＩＣによって生成された高周波の信号波は、ストリップ状導体３３４を介して、背面側の導波部材３２６および正面側の導波部材３２２に順次伝達される。受信時においては、導波部材３２２に沿って伝搬した信号波は、背面側の導波部材３２６およびストリップ状導体３３４に順次伝達され、マイクロ波ＩＣに到達する。
【００６３】
図８は、アンテナ装置３００の背面側にＩＣ実装基板３７０が配置された構成の例を示す図である。ＩＣ実装基板３７０は、ＭＳＬモジュール３３０と、マイクロ波ＩＣ３４０とを備える。マイクロ波ＩＣ３４０は、複数のアンテナ入出力端子を備える。複数のアンテナ入出力端子は、ＭＳＬモジュール３３０における複数のストリップ状導体３３４にそれぞれ電気的に接続される。
【００６４】
マイクロ波ＩＣ３４０は、高周波信号を生成または処理するように構成される。マイクロ波ＩＣ３４０が生成する高周波信号の周波数帯域は、例えば５Ｇ通信で利用される２８ＧＨｚ前後の帯域であり得るが、これに限定されない。マイクロ波ＩＣ３４０は、送信機および受信機の少なくとも一方として機能する。ＩＣ実装基板３７０は、送信機に接続されたＡ／Ｄコンバータ、および受信機に接続されたＤ／Ａコンバータの一方または両方を備えていてもよい。ＩＣ実装基板３７０は、さらに、Ａ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータの一方または両方に接続された信号処理回路を備えていてもよい。信号処理回路は、デジタル信号のエンコードおよびデジタル信号のデコードの少なくとも一方を実行する。そのような信号処理回路は、アンテナ装置３００の外部に設けられていてもよい。例えば、図１に示す通信装置５００が、複数のアンテナ装置３００に対して１つの信号処理回路を備えていてもよい。そのような信号処理回路は、各アンテナ装置３００が送信する信号の生成、または各アンテナ装置３００によって受信された信号の処理を行う。
【００６５】
次に、図２に示す放射部の構成をより詳細に説明する。
【００６６】
図９Ａは、図２に示す第１導電部材３１０における放射部の一部を拡大して示す図である。図９Ａは、導波部材３２２が延びるＹ方向に対して斜めに延びる複数のスロットアンテナ素子３１２を示している。これらのスロットアンテナ素子３１２を通して、放射部の背面側に配置される第２導電部材３２０の一部である複数の導波部材３２２と、複数の導電性ロッド３２４とを視認することができる。
【００６７】
図９Ｂは、図９Ａに示す装置から第２導電部材３２０を取り除いた状態、すなわち第１導電部材３１０の放射部を単独で示す図である。放射部における複数のスロットアンテナ素子３１２の各々は、Ｙ方向に対して斜めに延びる正面側のＩ型スロット３１２Ｉと、Ｉ型スロット３１２Ｉに繋がる背面側のＨ型スロット３１２Ｈとを有する。図９Ａおよび図９Ｂに示すように、正面側からスロットアンテナ素子３１２を見た場合、Ｈ型スロット３１２Ｈの一部しか視認することができない。
【００６８】
図９Ｃは、第１導電部材３１０の放射部を背面側から見た図である。背面側から見ると、Ｈ型スロット３１２Ｈと、Ｈ型スロット３１２Ｈに繋がるＩ型スロット３１２Ｉの一部とを視認することができる。Ｈ型スロット３１２Ｈは、Ｘ方向に延びる横部分と、横部分の両端部にそれぞれ繋がり、Ｙ方向に延びる一対の縦部分とを含む。各Ｈ型スロット３１２Ｈの横部分の中央部は、Ｚ方向から見た場合に導波部材３２２に重なるように配置される。導波部材３２２の導波面とＨ型スロット３１２Ｈとの間には、間隙がある。このような構成により、導波部材３２２の導波面に沿って電磁波が伝搬すると、伝搬してきた電磁波の一部は、Ｈ型スロット３１２Ｈに取り込まれる。そしてその電磁波は、Ｙ方向に対して斜めに延びるＩ型スロット３１２Ｉに受け渡され、外部空間に放射される。このような構成により、導波部材３２２が延びる方向に対して傾斜した方向の電界を有する電磁波を放射することができる。また、逆のプロセスを経ることで、斜め方向の電界を有する電磁波を受信することもできる。この例では、導波部材３２２が延びる方向に対するＩ型スロット３１２Ｉの傾斜角度は４５度である。この角度は、４５度以外の角度であってもよい。また、Ｉ型スロット３１２Ｉを省略してもよい。Ｉ型スロット３１２Ｉがない構成では、Ｙ方向の電界成分を有する電磁波の放射または受信が可能である。
【００６９】
図９Ｃに示す例では、複数のＨ型スロット３１２ＨがＸ方向に並び、縦部分が隣り合って配置されている。Ｈ型スロット３１２Ｈの縦部分の長さｈは、Ｈ型スロットの横部分の中央から縦部分の外側の縁までの距離Ｌよりも長い。このような構成により、隣り合うＨ型スロット３１２Ｈの配置間隔を小さくすることができる。また、この例において、Ｈ型スロット３１２Ｈの開口の過半は、斜めに延びるＩ型スロット３１２Ｉの側において閉塞されている。このような構造でも、電磁波の送受信に支障はない。
【００７０】
以上のように、本実施形態では、第２導電部材３２０が、導波部材３２２の一端および貫通孔３５２の周囲を取り囲む導電壁３５４を備える。第１導電部材３１０は、導電壁３５４の少なくとも一部（例えば先端部）を収容するスリット３１３または溝３１４を有する。導波部材３２２の導波面と第１導電性表面３１０ｂとの間に第１導波路（ＷＲＧ）が規定される。導電壁３５４の内側、および貫通孔３５２の内部に、第１導波路に接続される第２導波路（導波管）が規定される。このような構成により、製造し易く、特性の良好なＷＲＧと導波管との接続構造を実現できる。
【００７１】
次に、本実施形態の変形例を説明する。
【００７２】
図１０Ａは、図４Ａに示す導波路装置の変形例を示す図である。なお、図１０Ａにおいて、第１導電部材３１０の図示は省略されている。本変形例の導波路装置も、図６Ａまたは図６Ｂに示す第１導電部材３１０を備える。図１０Ｂは、本変形例の導波路装置を＋Ｙ方向側から見た図である。この例において、隣り合う２つの導電壁３５４は、互いに繋がっている。すなわち、隣り合う２つの導電壁３５４は、隣り合う２つの導波部材３２２の一端の間に位置する共有部分を含む。しかし、共有部分の頂部には、２つの導波部材３２２が延びる方向に沿って延びる溝３５６があり、導電壁３５４の先端部が２つの部分に分かれている。図１０Ｂに示すように、溝３５６の底面は、第１導電部材３１０には接触していない。このような構造にすることで、隣り合う２つの導電壁３５４が繋がった部分の厚さが大きくなるため、ダイキャスト等の方法で製造する場合に、溶湯が流れやすくなり、製造が容易になる。また、切削加工で削り出す場合であっても、隣り合う導電壁３５４の間の深い溝を加工する必要がなくなるため、生産性が向上する。
【００７３】
［第２の実施形態］
図１１Ａは、本開示の例示的な第２の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す導波路装置から第１導電部材３１０を除去した状態を示す斜視図である。本実施形態においては、隣り合う２つの導電壁３５４の間に、導電性ロッド１２４の列が配置されている。隣り合う２つの導波部材３２２の間には、３列の導電性ロッド１２４が配置されている。このような構成により、隣り合う２つの導波部材３２２に沿って形成される２つのＷＲＧを伝搬する信号波の分離度が向上する。
【００７４】
なお、隣り合う２つの導電壁３５４の間の導電性ロッド３２４の列の数は、１列に限らず、２列以上であってもよい。
【００７５】
図１１Ｃは、本実施形態の変形例を示す図である。図１１Ｃでは、第２導電部材３２０の構造をわかりやすくするために、第１導電部材３１０が半透明で表示されている。図１１Ｄは、本変形例の導波路装置から第１導電部材３１０を除去した状態を示す平面図である。本変形例は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す構成から、Ｘ方向において隣り合う２つの導電壁３５４の間および周囲の導電性ロッド３２４を除去した構成を有する。この例のように、各導電壁３５４の周囲の導電性ロッドを省略してもよい。同様の構造は、本開示の他の実施形態においても同様に適用できる。
【００７６】
［第３の実施形態］
図１２Ａは、本開示の例示的な第３の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す導波路装置から第１導電部材３１０を除去した状態を示す斜視図である。本実施形態においては、隣り合う２つの導電壁３５４は一つに繋がっており、全体としてＥ字形状の導電壁３５４が構成されている。本開示では、このような構成であっても、複数の導波部材３２２の一端をそれぞれ囲む複数の導電壁３５４が配置されているものと解釈する。
【００７７】
図４Ａから図１１Ｄに示す実施形態では、第２導電部材３２０の背面側における導波部材３２６に沿って形成される第３導波路は、導波管である。これに対し、本実施形態では、背面側の導波部材３２６に沿ってＷＲＧが第３導波路として形成される。本実施形態における第２導電部材３２０は、背面側の第３導電性表面３２０ｂから突出する複数の導電性ロッド３２５（第２導電性ロッド）を備えている。これらの導電性ロッド３２５は、背面側の複数の導波部材３２６の周囲および間に配置されている。これらの導電性ロッド３２５が人工磁気導体として機能することにより、第２導電部材３２０の背面側にもＷＲＧが形成される。
【００７８】
本実施形態では、ＭＳＬモジュール３３０（第３導電部材）の第２グラウンド導体３３３（第４導電性表面）は、第２導電部材３２０の導電性表面３２０ｂ（第３導電性表面）に対向している。背面側の各導電性ロッド３２５の先端部は、第２グラウンド導体３３３に対向している。背面側の各導波部材３２６の頂面の一部はストリップ状導体３３４に接触し、当該頂面の他の一部は誘電体基板３３１に対向している。誘電体基板３３１の背面側には第１グラウンド導体３３２が位置しており、当該頂面は、誘電体基板３３１を間に挟んで第１グラウンド導体３３２と対向している。また、第１グラウンド導体３３２と第２グラウンド導体３３３は、図示されていないビアによって接続されている。このような構造により、背面側の各導波部材３２６に沿って電磁波を伝搬させることができる。
【００７９】
図１３は、本実施形態における第２導電部材３２０の背面側の構造を示す図である。本実施形態における第２導電部材３２０は、背面側にもＥ字形状の導電壁３５５（第２導電壁）を備えている。背面側の導電壁３５５の内表面は、第２導電部材３２０の２つの貫通孔３５２のそれぞれの三方を囲んでいる。各導電壁３５５の頂面は、ＭＳＬモジュール３３０の第２グラウンド導体３３３を介してＭＳＬモジュール３３０（第３導電部材）に接触している。背面側の各導波部材３２６の一端は、貫通孔３５２の内側にまで延び、正面側の導波部材３２２の一端に貫通孔３５２内で繋がっている。このような構造により、背面側の導波部材３２６に沿って形成されるＷＲＧと、背面側の導電壁３５５、貫通孔３５２、および正面側の導電壁３５４によって囲まれた領域に形成される導波管と、正面側の導波部材３２２に沿って形成されるＷＲＧとが接続される。その結果、前述の各実施形態と同様、マイクロ波ＩＣと、各スロットアンテナ素子３１２との間で、信号波を伝送することができる。
【００８０】
［第４の実施形態］
図１４Ａは、本開示の例示的な第４の実施形態における導波路装置を示す斜視図である。図１４Ｂは、図１４Ａに示す導波路装置から第１導電部材３１０を除去した状態を示す斜視図である。図１５は、第１導電部材３１０を背面側から見た図である。図１６は、第２導電部材３２０を背面側から見た図である。
【００８１】
本実施形態において、導電壁３５４は第１導電部材３１０の一部である。すなわち、ダイキャスト法等の型成形で製造される場合において、導電壁３５４と第１導電部材３１０を構成する他の部位とは、ひとつながりの部材として生産され得る。導電壁３５４は、第２導電部材３２０の貫通孔３５２に収容される。各導電壁３５４の端面３５４ａは、平坦であり、Ｕ字形状を有する。各導電壁３５４の端面は、図１３に示すようなＥ字形状、またはＣ字形状などの他の形状であってもよい。
【００８２】
図１７は、図１４Ａに示す導波路装置において、第２導電部材３２０を不可視の状態にした図である。導電壁３５４の端面３５４ａは、ＭＳＬモジュール３３０の第２グラウンド導体３３３に接触している。
【００８３】
このような構造によっても、第３の実施形態と同様、背面側の導波部材３２６に沿って形成されるＷＲＧと、導電壁３５５によって囲まれた領域に形成される導波管と、正面側の導波部材３２２に沿って形成されるＷＲＧとが接続される。その結果、前述の各実施形態と同様、マイクロ波ＩＣと、各スロットアンテナ素子３１２との間で、信号波を伝送することができる。
【００８４】
なお、本実施形態における第２導電部材３２０は、第１または第２の実施形態における第２導電部材３２０と同様の構造を有していてもよい。すなわち、第２導電部材３２０の背面側の導波路を、ＷＲＧの代わりに導波管によって構成してもよい。
【００８５】
上記の第１から第４の実施形態においては、第２導電部材３２０の背面側にＭＳＬモジュール３３０が第３導電部材として配置されている。本開示はそのような実施形態に限定されない。ＭＳＬモジュール３３０に代えて、マイクロストリップラインを有しない導電部材を第３導電部材として配置してもよい。
【００８６】
［ＷＲＧの構成例］
次に、本開示の実施形態において用いられるＷＲＧの構成例をより詳細に説明する。ＷＲＧは、人工磁気導体として機能するワッフルアイアン構造中に設けられ得るリッジ導波路である。このようなリッジ導波路は、マイクロ波帯またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子を高密度に配置することが可能である。以下、そのような導波路構造の基本的な構成および動作の例を説明する。
【００８７】
人工磁気導体は、自然界には存在しない完全磁気導体（ＰＭＣ：  Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質を人工的に実現した構造体である。完全磁気導体は、「表面における磁界の接線成分がゼロになる」という性質を有している。これは、完全導体（ＰＥＣ：  Ｐｅｒｆｅｃｔ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）の性質、すなわち、「表面における電界の接線成分がゼロになる」という性質とは反対の性質である。完全磁気導体は、自然界には存在しないが、例えば複数の導電性ロッドの配列のような人工的な構造によって実現され得る。人工磁気導体は、その構造によって定まる特定の周波数帯域において、完全磁気導体として機能する。人工磁気導体は、特定の周波数帯域（伝搬阻止帯域）に含まれる周波数を有する電磁波が人工磁気導体の表面に沿って伝搬することを抑制または阻止する。このため、人工磁気導体の表面は、高インピーダンス面と呼ばれることがある。
【００８８】
例えば、行および列方向に配列された複数の導電性ロッドによって人工磁気導体が実現され得る。このようなロッドは、ポストまたはピンと呼ばれることもある。これらの導波路装置のそれぞれは、全体として、対向する一対の導電プレートを備えている。一方の導電プレートは、他方の導電プレートの側に突出するリッジと、リッジの両側に位置する人工磁気導体とを有している。リッジの上面（導電性を有する面）は、ギャップを介して、他方の導電プレートの導電性表面に対向している。人工磁気導体の伝搬阻止帯域に含まれる波長を有する電磁波（信号波）は、この導電性表面とリッジの上面との間の空間（ギャップ）をリッジに沿って伝搬する。
【００８９】
図１８は、このような導波路装置が備える基本構成の限定的ではない例を模式的に示す斜視図である。図示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置された板形状（プレート状）の導電部材１１０および１２０を備えている。導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。
【００９０】
図１９Ａは、導波路装置１００のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。図１９Ａに示されるように、導電部材１１０は、導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ａを有している。導電性表面１１０ａは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ａは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ａは平面である必要は無い。
【００９１】
図２０は、わかり易さのため、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔を極端に離した状態にある導波路装置１００を模式的に示す斜視図である。現実の導波路装置１００では、図１８および図１９Ａに示したように、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は狭く、導電部材１１０は、導電部材１２０の全ての導電性ロッド１２４を覆うように配置されている。
【００９２】
図１８から図２０は、導波路装置１００の一部分のみを示している。導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、実際には、図示されている部分の外側にも拡がって存在する。導波部材１２２の端部には、電磁波が外部空間に漏洩することを防止するチョーク構造が設けられる。チョーク構造は、例えば、導波部材１２２の端部に隣接して配置された導電性ロッドの列を含む。
【００９３】
再び図１９Ａを参照する。導電部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ、導電性表面１１０ａに対向する先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一または実質的に同一の平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２５を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも上面および側面に沿って拡がる導電層があればよい。この導電層はロッド状構造物の表層に位置してもよいが、表層が絶縁塗装または樹脂層からなり、ロッド状構造物の表面には導電層が存在していなくてもよい。また、導電部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。導電部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面が導電体によって電気的に接続されていればよい。導電部材１２０の導電性を有する層は、絶縁塗装や樹脂層で覆われていてもよい。言い換えると、導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する凹凸状の導電層を有していればよい。
【００９４】
導電部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側にそれぞれ人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図２０からわかるように、この例における導波部材１２２は、導電部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なる値を有していてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ａに沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、全体が導電性を有している必要は無く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。導電部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。
【００９５】
導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間は、特定周波数帯域内の周波数を有する電磁波を伝搬させない。そのような周波数帯域は「禁止帯域」と呼ばれる。導波路装置１００内を伝搬する電磁波（信号波）の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の幅、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間隙の大きさによって調整され得る。
【００９６】
次に、図２１を参照しながら、各部材の寸法、形状、配置等の例を説明する。
【００９７】
図２１は、図１９Ａに示す構造における各部材の寸法の範囲の例を示す図である。導波路装置は、所定の帯域（「動作周波数帯域」と称する。）の電磁波の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。本明細書において、導電部材１１０の導電性表面１１０ａと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図２１に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置等の例は、以下のとおりである。
【００９８】
（１）導電性ロッドの幅
導電性ロッド１２４の幅（Ｘ方向およびＹ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定され得る。この範囲内であれば、Ｘ方向およびＹ方向における最低次の共振の発生を防ぐことができる。なお、ＸおよびＹ方向だけでなくＸＹ断面の対角方向でも共振が起こる可能性があるため、導電性ロッド１２４のＸＹ断面の対角線の長さもλｍ／２未満であることが好ましい。ロッドの幅および対角線の長さの下限値は、工法的に作製できる最小の長さであり、特に限定されない。
【００９９】
（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１１０ａまでの距離は、導電性ロッド１２４の高さよりも長く、かつλｍ／２未満に設定され得る。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの間において共振が生じ、信号波の閉じ込め効果が失われる。
【０１００】
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから導電部材１１０の導電性表面１１０ａまでの距離は、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔に相当する。例えば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの信号波が伝搬する場合、信号波の波長は、３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲内である。したがって、この場合、λｍは３．８９３４ｍｍとなるので、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設計される。導電部材１１０と導電部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、導電部材１１０と導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、導電部材１１０および／または導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していてもよい。他方、導電部材１１０、１２０の平面形状（ＸＹ面に垂直に投影した領域の形状）および平面サイズ（ＸＹ面に垂直に投影した領域のサイズ）は、用途に応じて任意に設計され得る。
【０１０１】
図１９Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、本開示の実施形態はこれに限られない。例えば、図１９Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であってもよい。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状をもつ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。このような構造であっても、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離が波長λｍの半分よりも短ければ、図１９Ｂに示す装置は、本開示の実施形態における導波路装置として機能し得る。
【０１０２】
（３）導電性ロッドの先端部から導電性表面までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電性表面１１０ａまでの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間を電磁波が往復する伝搬モードが生じ、電磁波を閉じ込められなくなるからである。なお、複数の導電性ロッド１２４のうち、少なくとも導波部材１２２と隣り合うものについては、先端が導電性表面１１０ａとは電気的には接触していない状態にある。ここで、導電性ロッドの先端が導電性表面に電気的に接触していない状態とは、先端と導電性表面との間に空隙がある状態、あるいは、導電性ロッドの先端と導電性表面とのいずれかに絶縁層が存在し、導電性ロッドの先端と導電性表面が絶縁層を間に介して接触している状態、のいずれかを指す。
【０１０３】
（４）導電性ロッドの配列および形状
複数の導電性ロッド１２４のうちの隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間は、例えばλｍ／２未満の幅を有する。隣接する２つの導電性ロッド１２４の間の隙間の幅は、当該２つの導電性ロッド１２４の一方の表面（側面）から他方の表面（側面）までの最短距離によって定義される。このロッド間の隙間の幅は、ロッド間の領域で最低次の共振が起こらないように決定される。共振が生じる条件は、導電性ロッド１２４の高さ、隣接する２つの導電性ロッド間の距離、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ａとの間の空隙の容量の組み合わせによって決まる。よって、ロッド間の隙間の幅は、他の設計パラメータに依存して適宜決定される。ロッド間の隙間の幅には明確な下限はないが、製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上であり得る。なお、隙間の幅は一定である必要はない。λｍ／２未満であれば、導電性ロッド１２４の間の隙間は様々な幅を有していてもよい。
【０１０４】
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。
【０１０５】
複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａが形成する人工磁気導体の表面１２５は、厳密に平面である必要は無く、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。
【０１０６】
各導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、例えば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、各導電性ロッド１２４は、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。
【０１０７】
導電性ロッド１２４（特に、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４）の高さ、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ａと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、例えば、λｏ／４に設定され得る。
【０１０８】
（５）導波面の幅
導波部材１２２の導波面１２２ａの幅、すなわち、導波部材１２２が延びる方向に直交する方向における導波面１２２ａのサイズは、λｍ／２未満（例えばλｏ／８）に設定され得る。導波面１２２ａの幅がλｍ／２以上になると、幅方向で共振が起こり、共振が起こるとＷＲＧは単純な伝送線路としては動作しなくなるからである。
【０１０９】
（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ａとの距離がλｍ／２以上となるからである。
【０１１０】
（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと導電性表面１１０ａとの間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離Ｌ１はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、距離Ｌ１を、例えばλｍ／１６以上とすることが好ましい。
【０１１１】
導電性表面１１０ａと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ａと導電性ロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、上下の２つの導電部材１１０、１２０を一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて例えばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。
【０１１２】
次に、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０、および複数の導電性ロッド１２４を有する導波路構造の変形例を説明する。以下の変形例は、本開示の各実施形態におけるいずれの箇所のＷＲＧ構造にも適用され得る。
【０１１３】
図２２Ａは、導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。導電部材１１０および導電部材１２０も同様に、導波部材１２２が位置する側の表面（導電性表面１１０ａ、１２０ａ）のみが導電性を有し、他の部分は導電性を有していない。このように、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０の各々は、全体が導電性を有していなくてもよい。
【０１１４】
図２２Ｂは、導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。この例では、導波部材１２２は、導電部材１１０と導電部材とを支持する支持部材（例えば、筐体の内壁等）に固定されている。導波部材１２２と導電部材１２０との間には間隙が存在する。このように、導波部材１２２は導電部材１２０に接続されていなくてもよい。
【０１１５】
図２２Ｃは、導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４の各々が、誘電体の表面に金属などの導電性材料がコーティングされた構造の例を示す図である。導電部材１２０、導波部材１２２、および複数の導電性ロッド１２４は、相互に導電体で接続されている。一方、導電部材１１０は、金属などの導電性材料で構成されている。
【０１１６】
図２２Ｄおよび図２２Ｅは、導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｂ、１２０ｂを有する構造の例を示す図である。図２２Ｄは、導体である金属製の導電部材の表面を誘電体の層で覆った構造の例を示す。図２２Ｅは、導電部材１２０が、樹脂などの誘電体製の部材の表面を、金属などの導体で覆い、さらにその金属の層を誘電体の層で覆った構造を有する例を示す。金属表面を覆う誘電体の層は樹脂などの塗膜であってもよいし、当該金属が酸化する事で生成された不動態皮膜などの酸化皮膜であってもよい。
【０１１７】
最表面の誘電体層は、ＷＲＧ導波路によって伝播される電磁波の損失を増やす。しかし、導電性を有する導電性表面１１０ａ、１２０ａを腐食から守ることができる。また、直流電圧や、ＷＲＧ導波路によっては伝播されない程度に周波数の低い交流電圧の影響を遮断することができる。
【０１１８】
図２２Ｆは、導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ａのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図２１に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。
【０１１９】
図２２Ｇは、図２２Ｆの構造において、さらに、導電性表面１１０ａのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図２１に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の実施形態と同様に動作する。なお、導電性表面１１０ａの一部が突出する構造に代えて、一部が窪む構造であってもよい。
【０１２０】
図２３Ａは、導電部材１１０の導電性表面１１０ａが曲面形状を有する例を示す図である。図２３Ｂは、さらに、導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。これらの例のように、導電性表面１１０ａ、１２０ａは、平面形状に限らず、曲面形状を有していてもよい。曲面状の導電性表面を有する導電部材も、「板形状」の導電部材に該当する。
【０１２１】
上記の構成を有する導波路装置１００によれば、動作周波数の信号波は、人工磁気導体の表面１２５と導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって電気的に接続する必要もない。
【０１２２】
図２４Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。図２４Ａにおける３本の矢印は、伝搬する電磁波の電界の向きを模式的に示している。伝搬する電磁波の電界は、導電部材１１０の導電性表面１１０ａおよび導波面１２２ａに対して垂直である。
【０１２３】
導波部材１２２の両側には、それぞれ、複数の導電性ロッド１２４によって形成された人工磁気導体が配置されている。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間隙を伝搬する。図２４Ａは、模式的であり、電磁波が現実に作る電磁界の大きさを正確には示していない。導波面１２２ａ上の空間を伝搬する電磁波（電磁界）の一部は、導波面１２２ａの幅によって区画される空間から外側（人工磁気導体が存在する側）に横方向に拡がっていてもよい。この例では、電磁波は、図２４Ａの紙面に垂直な方向（Ｙ方向）に伝搬する。このような導波部材１２２は、Ｙ方向に直線的に延びている必要は無く、不図示の屈曲部および／または分岐部を有し得る。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａに沿って伝搬するため、屈曲部では伝搬方向が変わり、分岐部では伝搬方向が複数の方向に分岐する。
【０１２４】
図２４Ａの導波路構造では、伝搬する電磁波の両側に、中空導波管では不可欠の金属壁（電気壁）が存在していない。このため、この例における導波路構造では、伝搬する電磁波が作る電磁界モードの境界条件に「金属壁（電気壁）による拘束条件」が含まれず、導波面１２２ａの幅（Ｘ方向のサイズ）は、電磁波の波長の半分未満である。
【０１２５】
図２４Ｂは、参考のため、中空導波管４３０の断面を模式的に示している。図２４Ｂには、中空導波管４３０の内部空間４２３に形成される電磁界モード（ＴＥ１０）の電界の向きが矢印によって模式的に表されている。矢印の長さは電界の強さに対応している。中空導波管４３０の内部空間４２３の幅は、波長の半分よりも広く設定されなければならない。すなわち、中空導波管４３０の内部空間４２３の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。
【０１２６】
図２４Ｃは、導電部材１２０上に２個の導波部材１２２が設けられている形態を示す断面図である。このように隣接する２個の導波部材１２２の間には、複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置されている。より正確には、各導波部材１２２の両側に複数の導電性ロッド１２４によって形成される人工磁気導体が配置され、各導波部材１２２が独立した電磁波の伝搬を実現することが可能である。
【０１２７】
図２４Ｄは、参考のため、２つの中空導波管４３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管４３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管４３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間４２３の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管４３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。
【０１２８】
これに対して、人工磁気導体を備える導波路装置１００は、導波部材１２２を近接させた構造を容易に実現することができる。このため、複数のアンテナ素子が近接して配置されたアンテナアレイへの給電に好適に用いられ得る。
【０１２９】
図２５Ａは、上記のような導波路構造を利用したスロットアンテナアレイ２００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図２５Ｂは、このスロットアンテナアレイ２００におけるＸ方向に並ぶ２つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。このスロットアンテナアレイ２００においては、第１導電部材１１０が、Ｘ方向およびＹ方向に配列された複数のスロット１１２を有している。この例では、複数のスロット１１２は２つのスロット列を含み、各スロット列は、Ｙ方向に等間隔に並ぶ６個のスロット１１２を含んでいる。第２導電部材１２０には、Ｙ方向に延びる２つの導波部材１２２が設けられている。各導波部材１２２は、１つのスロット列に対向する導電性の導波面１２２ａを有する。２つの導波部材１２２の間の領域、および２つの導波部材１２２の外側の領域には、複数の導電性ロッド１２４が配置されている。これらの導電性ロッド１２４は、人工磁気導体を形成している。
【０１３０】
各導波部材１２２の導波面１２２ａと、導電部材１１０の導電性表面１１０ａとの間の導波路には、不図示の送信回路から電磁波が供給される。Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２のうちの隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離は、例えば、導波路を伝搬する電磁波の波長と同じ値に設計される。これにより、Ｙ方向に並ぶ６個のスロット１１２から、位相の揃った電磁波が放射される。
【０１３１】
図２５Ａおよび図２５Ｂに示すスロットアンテナアレイ２００は、複数のスロット１１２の各々をアンテナ素子（放射素子とも称する。）とするアンテナアレイである。このようなスロットアンテナアレイ２００の構成によれば、アンテナ素子間の中心間隔を、例えば導波路を伝搬する電磁波の自由空間における波長λｏよりも短くすることができる。複数のスロット１１２には、ホーンが設けられ得る。ホーンを設けることで、放射特性または受信特性を向上させることができる。
【０１３２】
本開示におけるアンテナ装置は、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置またはレーダシステムに好適に用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態における導波装置を備えたアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続されたＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路とを備える。レーダシステムは、当該レーダ装置と、当該レーダ装置のマイクロ波集積回路に接続された信号処理回路とを備える。本開示の実施形態におけるアンテナ装置と、小型化が可能なＷＲＧ構造とを組み合わせた場合、従来の中空導波管を用いた構成と比較して、アンテナ素子が配列される面の面積を小さくすることができる。このため、当該アンテナ装置を搭載したレーダシステムを、狭小な場所にも容易に搭載することができる。レーダシステムは、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。信号処理回路は、例えば、マイクロ波集積回路によって受信された信号に基づき、到来波の方位を推定する処理等を行う。信号処理回路は、例えば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などのアルゴリズムを実行して、到来波の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成され得る。信号処理回路は、さらに、公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成されていてもよい。
【０１３３】
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。
【０１３４】
本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、無線通信システムにも利用され得る。そのような無線通信システムは、上述したいずれかの実施形態における導波装置を含むアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続された通信回路（送信回路または受信回路）とを備える。送信回路は、例えば、送信すべき信号を表す信号波をアンテナ装置内の導波路に供給するように構成され得る。受信回路は、アンテナ装置を介して受信された信号波を復調してアナログまたはデジタルの信号として出力するように構成され得る。
【０１３５】
本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、さらに、屋内測位システム（ＩＰＳ：Ｉｎｄｏｏｒ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）におけるアンテナとしても利用することができる。屋内測位システムでは、建物内にいる人、または無人搬送車（ＡＧＶ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｇｕｉｄｅｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの移動体の位置を特定することができる。アンテナ装置はまた、店舗または施設に来場した人が有する情報端末（スマートフォン等）に情報を提供するシステムにおいて用いられる電波発信機（ビーコン）に用いることもできる。そのようなシステムでは、ビーコンは、例えば数秒に１回、ＩＤなどの情報を重畳した電磁波を発する。その電磁波を情報端末が受信すると、情報端末は、通信回線を介して遠隔地のサーバコンピュータに、受け取った情報を送信する。サーバコンピュータは、情報端末から得た情報から、その情報端末の位置を特定し、その位置に応じた情報（例えば、商品案内またはクーポン）を、当該情報端末に提供する。
【０１３６】
ＷＲＧ構造を有するスロットアレイアンテナを備えたレーダシステム、通信システム、および各種監視システムの応用例が、例えば米国特許第９７８６９９５号明細書および米国特許第１００２７０３２号に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。本開示のスロットアレイアンテナは、これらの文献に開示された各応用例に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本開示における導波路装置は、アンテナを利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダシステム、各種の監視システム、屋内測位システム、およびＭａｓｓｉｖｅ  ＭＩＭＯなどの無線通信システムに用いられ得る。
【符号の説明】
【０１３８】
１００    導波路装置
１１０    導電部材
１２０    導電部材
１２２    導波部材
１２４      導電性ロッド
２００、３００  アンテナ装置
３１０  第１導電部材
３１２  スロットアンテナ素子
３１３  スリット
３１４  溝
３２０  第２導電部材
３２２  導波部材
３２４、３２５  導電性ロッド
３２６  導波部材
３２８  溝
３３０  ＭＳＬモジュール
３３１  誘電体基板
３３２  第１グラウンド導体
３３３  第２グラウンド導体
３３４  ストリップ状導電体
３４０  マイクロ波ＩＣ
３５０  導波管列
３５２  貫通孔
３５４、３５５  導電壁
３５６  溝
３７０  ＩＣ実装基板
５００  通信装置
【図１】
2020099051.tif 000003
【図２】
2020099051.tif 000004
【図３Ａ】
2020099051.tif 000005
【図３Ｂ】
2020099051.tif 000006
【図４Ａ】
2020099051.tif 000007
【図４Ｂ】
2020099051.tif 000008
【図５】
2020099051.tif 000009
【図６Ａ】
2020099051.tif 000010
【図６Ｂ】
2020099051.tif 000011
【図７Ａ】
2020099051.tif 000012
【図７Ｂ】
2020099051.tif 000013
【図７Ｃ】
2020099051.tif 000014
【図８】
2020099051.tif 000015
【図９Ａ】
2020099051.tif 000016
【図９Ｂ】
2020099051.tif 000017
【図９Ｃ】
2020099051.tif 000018
【図１０Ａ】
2020099051.tif 000019
【図１０Ｂ】
2020099051.tif 000020
【図１１Ａ】
2020099051.tif 000021
【図１１Ｂ】
2020099051.tif 000022
【図１１Ｃ】
2020099051.tif 000023
【図１１Ｄ】
2020099051.tif 000024
【図１２Ａ】
2020099051.tif 000025
【図１２Ｂ】
2020099051.tif 000026
【図１３】
2020099051.tif 000027
【図１４Ａ】
2020099051.tif 000028
【図１４Ｂ】
2020099051.tif 000029
【図１５】
2020099051.tif 000030
【図１６】
2020099051.tif 000031
【図１７】
2020099051.tif 000032
【図１８】
2020099051.tif 000033
【図１９Ａ】
2020099051.tif 000034
【図１９Ｂ】
2020099051.tif 000035
【図２０】
2020099051.tif 000036
【図２１】
2020099051.tif 000037
【図２２Ａ】
2020099051.tif 000038
【図２２Ｂ】
2020099051.tif 000039
【図２２Ｃ】
2020099051.tif 000040
【図２２Ｄ】
2020099051.tif 000041
【図２２Ｅ】
2020099051.tif 000042
【図２２Ｆ】
2020099051.tif 000043
【図２２Ｇ】
2020099051.tif 000044
【図２３Ａ】
2020099051.tif 000045
【図２３Ｂ】
2020099051.tif 000046
【図２４Ａ】
2020099051.tif 000047
【図２４Ｂ】
2020099051.tif 000048
【図２４Ｃ】
2020099051.tif 000049
【図２４Ｄ】
2020099051.tif 000050
【図２５Ａ】
2020099051.tif 000051
【図２５Ｂ】
2020099051.tif 000052