(57)【要約】【課題】インピーダンスの整合度を向上させた導波路装置を提供する。【解決手段】導波路装置は、導電性表面と第１の貫通孔とを有する第１の導電部材と、各々が前記導電性表面に対向する先端部を持つ複数の導電性ロッド、および前記第１の貫通孔の軸方向に沿って見たときに前記第１の貫通孔と重なる第２の貫通孔を有する第２の導電部材と、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間の空間の少なくとも一部を囲む導電性の導波壁であって、前記複数の導電性ロッドに囲まれ、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間で電磁波を伝搬させる導波壁と、を備える。前記導波壁は、内側に段差部を備える。【選択図】図８
2020061735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の伝搬に用いられる導波路装置であって、
導電性表面と第１の貫通孔とを有する第１の導電部材と、
各々が前記導電性表面に対向する先端部を持つ複数の導電性ロッド、および前記第１の貫通孔の軸方向に沿って見たときに前記第１の貫通孔と重なる第２の貫通孔を有する第２の導電部材と、
前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間の空間の少なくとも一部を囲む導電性の導波壁であって、前記複数の導電性ロッドに囲まれ、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間で前記電磁波を伝搬させる導波壁と、
を備え、
前記導波壁は、内側に段差部または傾斜部を備える、
導波路装置。
【請求項２】
前記導波壁は、前記第１の導電部材の前記導電性表面に接続され、
前記第１の導電部材の前記導電性表面に対向する前記第２の導電部材の表面と前記導波壁との間には隙間がある、
請求項１に記載の導波路装置。
【請求項３】
前記導波壁は、前記第１の導電部材の前記導電性表面に対向する前記第２の導電部材の表面に接続され、
前記第１の導電部材の前記導電性表面と前記導波壁との間には隙間がある、
請求項１に記載の導波路装置。
【請求項４】
前記導波壁は、前記第１の導電部材の前記導電性表面に接続され、
前記第１の導電部材の前記導電性表面に対向する前記第２の導電部材の表面と前記導波壁とが接触する、
請求項１に記載の導波路装置。
【請求項５】
前記導波壁は、前記第１の導電部材の前記導電性表面に対向する前記第２の導電部材の表面に接続され、
前記第１の導電部材の前記導電性表面と前記導波壁とが接触する、
請求項１に記載の導波路装置。
【請求項６】
前記導波壁は、Ｅ面に平行な一対の第１の内壁面と、Ｈ面に平行な一対の第２の内壁面とを有し、
前記段差部または前記傾斜部は、前記一対の第１の内壁面にある、
請求項１から５のいずれかに記載の導波路装置。
【請求項７】
前記第１の導電部材の前記導電性表面に垂直な方向から見たとき、前記第１および第２の貫通孔、ならびに前記導波壁の内壁面で囲まれる領域は、第１の方向に延びる横部分と、前記横部分の両端から前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる一対の縦部分とを含むＨ形状を有し、
前記導波壁の前記内壁面は、前記一対の縦部分に平行な一対の第１の内壁面を含み、
前記段差部または前記傾斜部は、前記一対の第１の内壁面のうち、前記第２の導電部材が位置する側の縁にある、
請求項２に記載の導波路装置。
【請求項８】
前記第１の導電部材の前記導電性表面に垂直な方向から見たとき、前記第１および第２の貫通孔、ならびに前記導波壁の内壁面で囲まれる領域は、第１の方向に延びる横部分と、前記横部分の両端から前記第１の方向に交差する第２の方向に延びる一対の縦部分とを含むＨ形状を有し、
前記導波壁の前記内壁面は、前記一対の縦部分に平行な一対の第１の内壁面を含み、
前記段差部または前記傾斜部は、前記一対の第１の内壁面のうち、前記第１の導電部材が位置する側の縁にある、
請求項３に記載の導波路装置。
【請求項９】
正面側の第１の導電性表面、背面側の第２の導電性表面、および前記第１の導電性表面と前記第２の導電性表面との間を貫通するスロットを有する第１の導電部材を備え、
前記第１の導電性表面は、前記スロットを囲むホーンを規定する形状を有し、
前記ホーンは、前記スロットのＥ面に垂直な第１の方向に延びる一対の内壁面を有し、
前記一対の内壁面の各々の基部は、前記第１の方向に延びる突出部を有する、
アンテナ装置。
【請求項１０】
前記第２の導電性表面に対向する第３の導電性表面を有する第２の導電部材をさらに備え、
前記第２の導電部材は、前記スロットとの間で電磁波を相互に伝搬させる貫通孔、または前記スロットとの間で電磁波を相互に伝搬させるリッジ導波路を規定する導波部材を有する、
請求項９に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
正面側の第１の導電性表面、背面側の第２の導電性表面、および前記第１の導電性表面と前記第２の導電性表面との間を貫通する１つ以上のスロットを有する導電部材を備え、
前記第１の導電性表面は、前記１つ以上のスロットをそれぞれ囲む１つ以上のホーン、および前記１つ以上のホーンの両側に位置する２つの凹部を規定する形状を有し、
前記１つ以上のホーン、および前記２つの凹部は、間に導電壁を介して１列に並び、
前記１つ以上のホーン、および前記２つの凹部の間の前記導電壁の各々は、中央部と前記中央部の両側の部位を隔てる２つの溝部を有する、
アンテナ装置。
【請求項１２】
前記第２の導電性表面に対向する第３の導電性表面を有する第２の導電部材をさらに備え、
前記第２の導電部材は、前記スロットとの間で電磁波を相互に伝搬させる貫通孔、または前記スロットとの間で電磁波を相互に伝搬させるリッジ導波路を規定する導波部材を有する、
請求項１１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、導波路装置およびアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から５は、人工磁気導体に囲まれたリッジに沿って電磁波が伝搬する導波路装置を開示する。特許文献１から５に開示されている導波路装置では、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ている。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。このような導波路をＷＲＧ（Ｗａｆｆｌｅ−ｉｒｏｎ  Ｒｉｄｇｅ  ｗａｖｅＧｕｉｄｅ）またはＷＲＧ導波路と称する。
【０００３】
特許文献５は、互いに対向する２つの導電プレートが共に貫通孔を有し、それらの貫通孔の間の空間の少なくとも一部を囲む導電性の導波壁が設けられた導波路装置を開示している。導波壁で囲まれた空間を介して、電磁波を複数の層間で伝搬させることができる。
【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
【特許文献２】米国特許第８８０３６３８号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第１３３１６８８号明細書
【特許文献４】米国特許第１００２７０３２号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１８／３７５２１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、複数の層間で電磁波を伝搬させる導波路装置におけるインピーダンスの整合度を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態による導波路装置は、導電性表面と第１の貫通孔とを有する第１の導電部材と、各々が前記導電性表面に対向する先端部を持つ複数の導電性ロッド、および前記第１の貫通孔の軸方向に沿って見たときに前記第１の貫通孔と重なる第２の貫通孔を有する第２の導電部材と、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間の空間の少なくとも一部を囲む導電性の導波壁であって、前記複数の導電性ロッドに囲まれ、前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔との間で前記電磁波を伝搬させる導波壁と、を備える。前記導波壁は、内側に段差部を備える。
【０００７】
本開示の他の実施形態によるアンテナ装置は、正面側の第１の導電性表面、背面側の第２導電性表面、および前記第１の導電性表面と前記第２の導電性表面との間を貫通するスロットを有する第１の導電部材を備える。前記第１の導電性表面は、前記スロットを囲むホーンを規定する形状を有する。前記ホーンは、前記スロットのＥ面に垂直な第１の方向に延びる一対の内壁面を有する。前記一対の内壁面の各々の基部は、前記第１の方向に延びる突出部を有する。
【０００８】
本開示のさらに他の実施形態によるアンテナ装置は、正面側の第１の導電性表面、背面側の第２の導電性表面、および前記第１の導電性表面と前記第２の導電性表面との間を貫通する１つ以上のスロットを有する導電部材を備える。前記第１の導電性表面は、前記１つ以上のスロットをそれぞれ囲む１つ以上のホーン、および前記１つ以上のホーンの両側に位置する２つの凹部を規定する形状を有する。前記１つ以上のホーン、および前記２つの凹部は、導電壁を間に介して１列に並ぶ。前記１つ以上のホーン、および前記２つの凹部の間の前記導電壁の各々は、中央部と前記中央部の両側の部位を隔てる２つの溝部を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のある実施形態によれば、複数の層間で電磁波を伝搬させる導波路装置におけるインピーダンスの整合度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】導波路装置の斜視図である。
【図２】導波路装置の側面図である。
【図３】第１の導電部材の平面図である。
【図４】第１の導電部材の背面側を示す平面図である。
【図５Ａ】送信部の斜視図である。
【図５Ｂ】送信部の平面図である。
【図６】アンテナ素子におけるホーンの構造を拡大して示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ´線断面図である。
【図８】導波壁の斜視図である。
【図９】第１の導電部材の背面側を部分的に示す斜視図である。
【図１０】第２の導電部材の平面図である。
【図１１】第２の導電部材の部分的に拡大した平面図である。
【図１２】第３の導電部材の平面図である。
【図１３】図７の変形例を示す断面図である。
【図１４】導波路装置が備える基本構成の例を模式的に示す斜視図である。
【図１５Ａ】導波路装置のＸＺ面に平行な断面の構成を模式的に示す図である。
【図１５Ｂ】導波路装置のＸＺ面に平行な断面の他の構成を模式的に示す図である。
【図１６】第１の導電部材と第２の導電部材との間隔を極端に離した状態にある導波路装置を模式的に示す斜視図である。
【図１７】図１５Ａ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。
【図１８Ａ】導波部材の導波面のみが導電性を有し、導波部材の導波面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。
【図１８Ｂ】導波部材が第２の導電部材上に形成されていない変形例を示す図である。
【図１８Ｃ】第２の導電部材、導波部材、および複数の導電性ロッドの各々が、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。
【図１８Ｄ】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である。
【図１８Ｅ】第２の導電部材が、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図である。
【図１８Ｆ】導波部材の高さが導電性ロッドの高さよりも低く、第１の導電部材の導電性表面のうち、導波面に対向する部分が、導波部材の側に突出している例を示す図である。
【図１８Ｇ】図１８Ｆの構造において、さらに、導電性表面のうち導電性ロッドに対向する部分が、導電性ロッドの側に突出している例を示す図である。
【図１９Ａ】第１の導電部材の導電性表面が曲面形状を有する例を示す図である。
【図１９Ｂ】第２の導電部材の導電性表面も曲面形状を有する例を示す図である。
【図２０Ａ】導波部材の導波面と第１の導電部材の導電性表面との間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示す図である。
【図２０Ｂ】中空導波管の断面を模式的に示す図である。
【図２０Ｃ】第２の導電部材上に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２０Ｄ】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２１Ａ】アンテナ装置の構成の一部を模式的に示す斜視図である。
【図２１Ｂ】アンテナ装置におけるＸ方向に並ぶ２つのスロットの中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。
【図２２Ａ】複数のスロットが配列されたアンテナ装置の例を示す図である。
【図２２Ｂ】図２２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
【図２３Ａ】第１の導電部材における導波部材および導電性ロッドの平面レイアウトを示す図である。
【図２３Ｂ】第２の導電部材における導電性ロッド、導波壁、および貫通孔の平面レイアウトを示す図である。
【図２３Ｃ】第３の導電部材における導波部材および導電性ロッドの平面レイアウトを示す図である。
【図２４Ａ】更に別の変形例に係るスロットアンテナ装置における１つの放射素子を示す斜視図である。
【図２４Ｂ】図２４Ａに示す放射素子において、導電部材間の間隔を離して示した図である。
【図２５】貫通孔のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１は、本開示の例示的な実施形態にかかる導波路装置１００を模式的に示す。導波路装置１００は、電磁波の伝搬に用いられる。この導波路装置１００は、送信部１１６および受信部１１７を有するアンテナ装置として機能する。送信部１１６および受信部１１７の各々は、１つ以上のアンテナ素子を有する。図１の例では、送信部１１６および受信部１１７の各々は、複数のアンテナ素子を有する。送信部１１６における各アンテナ素子は、導波路装置１００の内部の導波路を伝搬した電磁波を外部空間に放射する。受信部１１７における各アンテナ素子は、外部空間から到来する電磁波を受け、導波路装置１００の内部の導波路に伝送する。
【００１３】
図１および以降の図には、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ＸＹＺ座標を用いて導波路装置１００の構造を説明する。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。
【００１４】
以下の説明において、電磁波が放射される側または電磁波が到来する側を「正面側」と称し、正面側の反対側を「背面側」と称する。本実施形態において、正面側は＋Ｚ方向側であり、背面側は−Ｚ方向側である。
【００１５】
図２は、導波路装置１００を−Ｙ方向側から見た場合の構造を示す側面図である。本実施形態における導波路装置１００は、複数の板状の導電部材を積層した構造を備える。導波路装置１００は、第１の導電部材１１０と、第２の導電部材１２０と、第３の導電部材１３０とを有する。第１の導電部材１１０、第２の導電部材１２０、第３の導電部材１３０は、この順に間隙を空けて積層されている。各導電部材は、例えば金属板を加工して成型される。あるいは、各導電部材は、成形された樹脂などの誘電体部材にメッキを施すことによっても作製され得る。各導電部材は、正面側および背面側の両方に導電性表面を有し得る。
【００１６】
第１の導電部材１１０は、正面側（＋Ｚ方向側）の面に送信部１１６と受信部１１７とを備える。第１の導電部材１１０は、正面側の面および反対側の面に、平坦な導電性表面１１０ａ、１１０ｂをそれぞれ有する。背面側の導電性表面１１０ｂは、第２の導電部材１２０における＋Ｚ方向側の導電性表面１２０ａに対向する。第２の導電部材１２０は、各々が第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する先端部を持つ複数の導電性ロッド１２４を有する。第２の導電部材１２０は、−Ｚ方向側の面にも導電性表面１２０ｂを有する。この導電性表面１２０ｂは、第３の導電部材１３０の＋Ｚ方向側の導電性表面１３０ａに対向する。第３の導電部材１３０は、第２の導電部材１２０の−Ｚ方向側の導電性表面１２０ｂに対向する先端部を持つ複数の導電性ロッド１３４を有する。
【００１７】
図３は、第１の導電部材１１０の放射側の構造を示す平面図である。第１の導電部材１１０は、送信部１１６において、Ｙ方向に並んで配置された複数のアンテナ素子１１１Ａを備える。本実施形態における各アンテナ素子は、ホーンアンテナ素子である。図示される例では送信部１１６は３つのアンテナ素子１１１Ａを有するが、送信部１１６におけるアンテナ素子１１１Ａの数は３つに限定されない。
【００１８】
第１の導電部材１１０は、受信部１１７において、Ｘ方向およびＹ方向に二次元的に配列された複数のアンテナ素子１１１Ｂを有する。図示される例では、受信部１１７は４行４列に配列された１６個のアンテナ素子１１１Ｂを有するが、受信部１１７におけるアンテナ素子１１１Ｂの数は１６個に限定されない。なお、本実施形態における導波路装置１００は送信部１１６と受信部１１７の両方を有するが、いずれか一方のみを有していてもよい。
【００１９】
図４は、第１の導電部材１１０の背面側（−Ｚ方向側）の構造を示す。各アンテナ素子は、第１の導電部材１１０の正面側の導電性表面１１０ａと背面側の導電性表面１１０ｂとを貫通する複数の貫通孔を備える。複数の貫通孔は、送信部１１６における３つの貫通孔１１３Ａと、受信部１１７における１６個の貫通孔１１３Ｂとを含む。送信部１１６における貫通孔１１３Ａを「第１の貫通孔１１３Ａ」と称する。これらの貫通孔１１３Ａ、１１３Ｂの形状はＨ形状であるが、Ｈ形状に限定されない。本明細書において、第１の導電部材１１０における貫通孔１１３Ａ、１１３Ｂを「スロット」と称することがある。
【００２０】
Ｙ方向に３つ並んだ貫通孔１１３Ａのうち、中央に配置された貫通孔１１３Ａの周囲には、その貫通孔１１３Ａを囲む導波壁１６０が設けられている。導波壁１６０は、背面側の導電性表面１１０ｂに接続されている。導波壁１６０は、第１の導電部材１１０の一部として、第１の導電部材１１０と一体的に構成されてもよい。導波壁１６０は、第１の導電部材１１０とは独立した別部材として作製された後、第１の導電部材１１０に取り付けられてもよい。
【００２１】
図５Ａおよび図５Ｂは、正面側から見た送信部１１６の構造を拡大して示す図である。図６は、送信部１１６におけるアンテナ素子１１１Ａのホーンの構造を拡大して示す図である。各アンテナ素子１１１Ａは、正面側が開口した開口部１１４ａを有する。各開口部は、導電壁１１８によって規定され、矩形状の開口形状を有する。各アンテナ素子１１１Ａにおいて、第１の貫通孔１１３Ａと開口部１１４ａとが繋がっている。各アンテナ素子１１１Ａは、導電壁１１８の内側に、Ｘ方向に延びる突出部１１８ｄを有し、階段状の構造が形成されている。
【００２２】
Ｙ方向において各アンテナ素子１１１Ａの両側に位置しＸ方向に延びる導電壁１１８には、中央部分を残してその両側に溝部１１８ｃが形成されている。この導電壁１１８の中央部分は、＋Ｚ方向から見たときに、第１の貫通孔１１３Ａの中心から、電界の振動方向（すなわちＹ方向）にシフトした位置にある。溝部１１８ｃは、例えば切削加工によって導電壁１１８の一部を切り欠くことによって形成され得る。Ｘ方向にのびる各導電壁１１８の頂部は、２つの溝部１１８ｃによって導電壁１１８ａと中央部分である導電壁１１８ｂとに区画されている。
【００２３】
Ｙ方向において各アンテナ素子１１１Ａの両側に位置しＸ方向に延びる導電壁１１８に、中央部分を残して溝部１１８ｃを設けることで、以下の効果が実現される。まず、３つのアンテナ素子１１１Ａから放射される電磁波のアイソレーションが改善する。言い換えれば、電磁波が所望の方向以外の方向に伝搬または漏出することを抑制できる。さらに、３つのアンテナ素子１１１Ａの周波数特性を安定化させることができる。例えば、周波数を変化させた場合でも安定した指向性を実現できる。
【００２４】
本実施形態では、導電壁１１８ａの露出した面（導電壁１１８ｂの側面に対向する面）は曲面状である。また、導電壁１１８ｂは円柱状である。導電壁１１８ａおよび１１８ｂの形状は、図示される形状に限定されない。例えば、導電壁１１８ｂは、角柱状、円錐台状、または角錐台状であってもよい。各溝部１１８ｃの深さおよび幅は、所望の放射特性が得られる寸法に設定される。
【００２５】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、本実施形態における導波路装置１００の第１の導電部材１１０は、３つのアンテナ素子１１１Ａの両側に、２つの凹部１１９を有する。これらの凹部と、３つのアンテナ素子１１１Ａとは、一列に並ぶ。各凹部１１９は、各アンテナ素子１１１Ａの開口部１１４ａと同様の開口形状を有する。ただし、各凹部１１９の内部に貫通孔は存在しない。各凹部１１９と、これに隣り合うアンテナ素子１１１Ａとの間には、Ｘ方向に延びる導電壁１１８が存在する。その導電壁１１８にも、前述の２つの溝部１１８ｃが設けられている。このような構造により、Ｙ方向に並ぶ３つのアンテナ素子１１１Ａの放射特性を同等にすることができる。
【００２６】
本実施形態では、第１の導電部材１１０は、送信用の複数のアンテナ素子１１１Ａを備えるが、１つのアンテナ素子１１１Ａを備えていてもよい。その場合でも、アンテナ素子１１１Ａの両側には、当該アンテナ素子１１１Ａの開口と同様の開口形状を有する２つの凹部１１９が設けられ得る。各凹部１１９とアンテナ素子１１１Ａとの間には、前述の２つの溝１１８ｃを有する導電壁１１８が配置され得る。そのような構造により、放射される電磁波のアイソレーションを高め、周波数特性を改善することが可能である。
【００２７】
図７は、図６のＡ−Ａ´線断面図である。第２の導電部材１２０は、第１の貫通孔１１３Ａの軸方向に沿って見たときに第１の貫通孔１１３Ａと重なる第２の貫通孔１２３を有する。ここで、第１の貫通孔１１３Ａの軸は、第１の貫通孔１１３Ａの中心を通り、Ｚ方向に平行な直線である。第１の貫通孔１１３Ａおよび第２の貫通孔１２３は、導波路として機能する。図示される３つのアンテナ素子１１１Ａのうちの中央のアンテナ素子１１１Ａの背面側には、導波壁１６０が設けられている。導波壁１６０は、第１の貫通孔１１３Ａと第２の貫通孔１２３との間の空間の少なくとも一部を囲んでいればよく、必ずしも当該空間の全てを囲んでいる必要はない。そして、このように構成される導波壁１６０は、第１の貫通孔１１３Ａと第２の貫通孔１２３との間で電磁波を伝搬させる。なお、図７の例では、導波壁１６０に該当する部位には、第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０とは異なるハッチングを施して図示されている。これは、第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０と導波壁１６０とが異なる部材であることを示すわけではなく、導波壁１６０を分り易く表示することを目的とするものである。
【００２８】
導波壁１６０は、第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａと対向する端面１６５が導電性の材料で構成されていればよく、必ずしも全体が導電性を有する必要はない。
【００２９】
図７の例では、導波壁１６０の一端は、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに接続されている。導波壁１６０の端面１６５と第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａとの間には、隙間がある。導波壁１６０の端面１６５と第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａとの間に隙間を設けずに、導波壁１６０の端面１６５と第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａとを接触させてもよい。その場合であっても、アンテナとして正常に機能する。
【００３０】
図８は、導波壁１６０を拡大して示す斜視図である。導波壁１６０は、第１の貫通孔１１３Ａの周りを囲んでいる。図８に示す導波壁１６０は、角部が面取りされており、端面１６５が八角形状となっている。ただし、導波壁１６０の形状は、図示される形状に限定されるものではない。導波壁１６０の角部を曲面状に面取りしてもよい。しかし、角部において曲面状の部分が増えると、導波路装置１００の設計時に行われるシミュレーションの演算量が増える傾向がある。したがって、角部の交差角度が９０度に近い方がシミュレーションの演算量が低減され得る。
【００３１】
導波壁１６０は、その内側に、Ｙ方向（Ｅ面方向）に平行な一対の第１の内壁面１６４ＡとＸ方向（Ｈ面方向）に平行な一対の第２の内壁面１６４Ｂとを有する。一対の第１の内壁面１６４Ａは、Ｙ方向に平行で導波壁１６０の一部が窪んだ段差部１６２を備える。段差部１６２によって第１の貫通孔１１３Ａの背面側（−Ｚ方向側）が広がっている。このように導波壁１６０の内側に段差部１６２を設けることにより、インピーダンスの整合度が向上する。
【００３２】
ここで「Ｅ面」は、第１の貫通孔１１３Ａ（スロット）の中央部に形成される電界ベクトルを含む平面であり、第１の貫通孔１１３Ａの中心を通り、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂにほぼ垂直である。「Ｈ面」は、第１の貫通孔１１３Ａの中央部に形成される磁界ベクトルを含む平面である。本実施形態では、Ｅ面はＹＺ面に平行であり、Ｈ面はＸＺ面に平行である。
【００３３】
本実施形態の段差部１６２は、１段の段差を含むが、２段以上の段差を含んでいてもよい。また、段差部１６２は、図示される形状に限られない。インピーダンスの整合がとれる限り、段差部１６２の形状は適宜変更してもよい。導波壁１６０の内側の形状は、階段状に限らず、例えば傾斜した平面状であってもよい。図８に示す段差部１６２に代えて、一対の傾斜部によって−Ｚ方向に沿って開口が徐々に広がる構造を採用した場合も、同様の効果が得られる。
【００３４】
一対の第２の内壁面１６４Ｂの正面側（＋Ｚ方向側）には、一対の第２の内壁面１６４Ｂに繋がる第１の貫通孔１１３Ａの内壁面から突出しＸ方向に延びる一対の突出部１１８ｄが設けられている。図８には、一対の突出部１１８ｄのうちの一方のみが示されている。＋Ｙ方向側にも同様の突出部１１８ｄが存在する。これらの突出部１１８ｄは、図６に示すように、アンテナ素子１１１Ａの導電壁１１８の基部に位置する。導波壁１６０は、一対の第２の内壁面１６４Ｂの中央部分から突出しＺ方向に延びる一対のリッジ部１６１を有する。リッジ部１６１の＋Ｚ方向側の端面と突出部１１８ｄの−Ｚ方向側の側面とは繋がっており、図５Ａから図６に示す階段構造が形成されている。
【００３５】
図９は、第１の導電部材１１０の背面側の構造を示す図である。図９に示すように、導波壁１６０が配置されない第１の貫通孔１１３Ａも、内側に突出部１１８ｄを備えていてもよい。突出部１１８ｄは、階段状の構造に限らず、傾斜した構造を形成してもよい。突出部１１８ｄは、各アンテナ素子における一対のリッジ部１６１から、開口部の正面側（＋Ｚ方向側）の縁に向かうにつれて、間隙の大きさを徐々に拡大させる。このような突出部１１８ｄを設けることにより、インピーダンスの整合度をさらに向上させることができる。
【００３６】
なお、導波壁１６０の構造および変形例についての詳細は、特許文献５に開示されている。特許文献５の開示内容の全体を本明細書に援用する。
【００３７】
以上のように、本実施形態における導波壁１６０は、Ｅ面に平行な一対の第１の内壁面１６４Ａと、Ｈ面に平行な一対の第２の内壁面１６４Ｂとを有する。導波壁１６０は、内側に段差部または傾斜部を備える。段差部または傾斜部は、一対の第１の内壁面１６４Ａにある。第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに垂直な方向から見たとき、第１の貫通孔１１３Ａおよび第２の貫通孔１２３、ならびに導波壁１６０の内壁面で囲まれる領域は、第１の方向に延びる横部分と、当該横部分の両端から第１の方向に交差する第２の方向に延びる一対の縦部分とを含むＨ形状を有する。導波壁１６０の内壁面は、一対の縦部分に平行な一対の第１の内壁面１６４Ａを含む。段差部または傾斜部は、一対の第１の内壁面１６４Ａのうち、第２の導電部材１２０が位置する側の縁にある。
【００３８】
本実施形態におけるアンテナ装置は、正面側の第１の導電性表面１１０ａ、背面側の第２の導電性表面１１０ｂ、および第１の導電性表面１１０ａと第２の導電性表面１１０ｂとの間を貫通する１つ以上のスロット１１３Ａを有する第１の導電部材１１０を備える。第１の導電性表面１１０ａは、１つ以上のスロット１１３Ａをそれぞれ囲む１つ以上のホーンを規定する形状を有する。ホーンは、スロットのＥ面に垂直な第１の方向に延びる一対の内壁面１１８を有する。一対の内壁面１１８の各々の基部は、第１の方向に延びる突出部１１８ｄを有する。
【００３９】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１の導電性表面１１０ａは、さらに、１つ以上のホーンに加えて、１つ以上のホーンの両側に位置する２つの凹部１１９を規定する形状を有する。１つ以上のホーン、および２つの凹部１１９は、１列に並ぶ。１つ以上のホーン、および２つの凹部１１９の間の導電壁１１８の各々は、中央部１１８ｂと中央部１１８ｂの両側の部位１１８ａを隔てる２つの溝部１１８ｃを有する。
【００４０】
導波路装置１００は、第２の導電性表面１１０ｂに対向する第３の導電性表面１２０ａを有する第２の導電部材１２０をさらに備える。第２の導電部材１２０は、スロットとの間で電磁波を相互に伝搬させる貫通孔、またはスロットとの間で電磁波を相互に伝搬させるリッジ導波路を規定する導波部材を有する。
【００４１】
図１０は、第２の導電部材１２０を＋Ｚ方向側からみた平面図である。第２の導電部材１２０上の、送信部１１６に対応する部分には、導波部材である第１リッジ１２２Ａおよび第２リッジ１２２Ｂが配置されている。図示されている例における第１リッジ１２２Ａは、２つの屈曲部１２２ｄを有する。第２リッジ１２２Ｂは、直線状に構造を有する。
【００４２】
第１リッジ１２２Ａおよび第２リッジ１２２Ｂは、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する上面（以下、「導波面」と称する。）を有する。各リッジの導波面は、複数の凹部を有する。第１リッジ１２２Ａおよび第２リッジ１２２Ｂの一端には、ポート１２５（すなわち貫通孔）が設けられている。ポート１２５の形状は、図示される例ではＨ形状であるが、これに限定されない。
【００４３】
第２の導電部材１２０の上には、複数の導電性のロッド１２４が配列されている。複数のロッド１２４は、第１リッジ１２２Ａ、第２リッジ１２２Ｂ、第２の貫通孔１２３およびポート１２５を囲んでいる。図１１は、図１０の部分拡大図である。図１１に示すように、複数のロッド１２４は、第１リッジ１２２Ａおよび第２リッジの１２２Ｂの側面に沿ってリッジに近接した位置に配置されたリッジ側ロッド（第１ロッド）１２４Ａと、第２の貫通孔１２３およびポート１２５に近接した位置に配置された貫通孔側ロッド（第２ロッド）１２４Ｂと、それ以外のロッド（以下では、「第３ロッド」と称する）１２４Ｃとを含む。これらのロッド１２４は、第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａ上に、ＸＹ方向に沿って２次元的に配列されている。
【００４４】
第３ロッド１２４Ｃは、角部が大きく面取りされている。第３ロッド１２４ＣはＸＹ面に平行な断面が先細り形状となっている。第３ロッド１２４Ｃの軸方向に対して垂直な断面の外形の寸法は、第３ロッド１２４Ｃの基部から先端部に向かって減少している。ここでロッドの軸は、そのロッドの重心を通り、導電性表面１２０ａに垂直な直線を指す。
【００４５】
第３ロッド１２４Ｃの基部には、下方に向かうにしたがって、第３ロッド１２４Ｃの軸の中心側から外側へと傾斜する傾斜面が設けられている。
【００４６】
リッジ側ロッド１２４Ａは、四角柱に近い形状を有し、第３ロッド１２４Ｃの角部と比べて角部が曲面状に小さく面取りされている。なお、面取りは任意であり、なくてもよい。
【００４７】
リッジ側ロッド１２４Ａの側面のうち、少なくともリッジ１２２Ａ、１２２Ｂの側面に対向する側面１２４ｄは、第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａに対して直角または直角に近い角度を有する。リッジ１２２Ａ、１２２Ｂの側面に対向していないリッジ側ロッド１２４Ａの側面の基部には、下方に向かうにしたがって、リッジ側ロッド１２４Ａの軸の中心側から外側へと傾斜する傾斜面が設けられている。直角に近い角度とは、少なくともリッジ側ロッド１２４Ａに隣接して配列されたロッド１２４Ｃの側面と導電性表面１２０ａとの角度に比べて、より直角に近い角度を意味する。
【００４８】
通常、ロッド１２４には傾斜面がない方が、アンテナ設計はしやすい。一方、ロッド１２４に傾斜面を設けた方が、インピーダンス整合を実現しやすい。そのため、インピーダンス整合を実現しつつ、アンテナを迅速に設計するために、本実施形態では、各ロッド１２４の側面のうち、リッジ１２２Ａ、１２２Ｂの側面に面しない側面に傾斜が設けられている。さらに、リッジ１２２Ａ、１２２Ｂに凹部を設けることにより、インピーダンスの整合を補っている。
【００４９】
なお、ロッド１２４に傾斜面を設けることによってインピーダンス整合度が向上することは、特許文献４に開示されている。特許文献４の開示内容の全体を本明細書に援用する。
【００５０】
第２の貫通孔１２３のまわりを複数のロッドが囲んでいる。また、ポート１２５のまわりにも複数のロッドが囲んでいる。かかるロッドは、貫通孔側ロッド１２４Ｂである。
【００５１】
貫通孔側ロッド１２４Ｂは、四角柱に近い形状を有し、第３ロッド１２４Ｃの角部と比べて角部がより曲面状になるように面取りされている。なお、角部の面取りは任意であり、なくてもよい。
【００５２】
貫通孔側ロッド１２４Ｂは、貫通孔側ロッド１２４Ｂの側面のうち、少なくとも貫通孔に面する側面１２４ｄが、第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａに対して直角または直に近い角度を有し、貫通孔に面していない貫通孔側ロッド１２４Ｂの側面の基部には、下方に向かうにしたがって、貫通孔側ロッド１２４Ｂの軸の中心側から外側へと傾斜する傾斜面が設けられている。
【００５３】
図１２は、第３の導電部材１３０を正面側からみた平面図である。第３の導電部材１３０の上には、複数のリッジ１３２、およびこれらのリッジ１３２を囲む複数の導電性のロッド１３４が配置されている。第３の導電部材１３０の複数のロッド１３４についても、リッジ１３２の側面に沿ってリッジに近接した位置に配置されたリッジ側ロッド（第１ロッド）と、その他のロッド（第３ロッド）とを含む。これらのロッドは、第３の導電部材１３０の導電性表面１３０ａ上に、ＸＹ方向に沿って２次元的に配列されている。
【００５４】
次に、本実施形態の変形例を説明する。
【００５５】
図１３は、図７の変形例を示す図である。この例では、段差部１６２を有する導波壁１６０が、第２の導電部材１２０側に位置する。すなわち、導波壁１６０は、第２の貫通孔１２３の周囲を囲んでおり、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する第２の導電部材１２０の導電性表面１２０ａに接続されている。導波壁１６０は、第２の導電部材１２０と一体として構成されてもよいし、第２の導電部材１２０とは独立した別部材でもよい。導波壁１６０の構成は、上記の導波壁１６０の構成と同様である。段差部１６２は、導電壁１１８におけるＥ面（ＹＺ面）に平行な内壁面のうち、第１の導電部材１１０が位置する側の縁に設けられている。段差部１６２に代えて傾斜部を設けてもよい。
【００５６】
導波壁１６０は、第１の貫通孔１１３Ａと第２の貫通孔１２３との間の空間の少なくとも一部を囲んでいればよく、必ずしも当該空間の全てを囲んでいる必要はない。そして、このように構成される導波壁１６０は、第１の貫通孔１１３Ａと第２の貫通孔１２３との間で電磁波を伝搬させる。なお、図１３の導波壁１６０に該当する部位には、第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０と異なるハッチングを施して図示されている。これは、第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０と導波壁１６０とが異なる部材であることを示すわけではなく、導波壁１６０を分り易く表示することを目的とするものである。
【００５７】
図１３の例では、導波壁１６０の端面１６５と第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間には、隙間がある。導波壁１６０の端面１６５と第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間に隙間を設けずに、導波壁１６０の端面１６５と第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとを接触させてもよい。その場合であっても、アンテナとして正常に機能する。
【００５８】
（ＷＲＧ導波路の構成例）
次に、本開示の実施形態において用いられるワッフルアイアンリッジ導波路（ＷＲＧ）の基本的な構成を説明する。
【００５９】
前述の特許文献１から５に開示されているリッジ導波路は、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ている。このような人工磁気導体を、本開示に基づき利用するリッジ導波路は、マイクロ波またはミリ波帯において、損失の低いアンテナ給電路を実現できる。また、このようなリッジ導波路を利用することにより、アンテナ素子を高密度に配置することが可能である。このようなリッジ導波路を、本明細書において、ワッフルアイアンリッジ導波路（ＷＲＧ）と称することがある。以下、ワッフルアイアンリッジ導波路の基本的な構成および動作の例を説明する。
【００６０】
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。
【００６１】
図１４は、このような導波路装置が備える基本構成の例を模式的に示す斜視図である。図１４には、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向を示すＸＹＺ座標が示されている。図示されている導波路装置１００は、対向して平行に配置されたプレート状（板形状）の第１の導電部材１１０および第２の導電部材１２０を備えている。第２の導電部材１２０には複数の導電性ロッド１２４が配列されている。
【００６２】
図１５Ａ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１５Ａに示されるように、第１の導電部材１１０は、第２の導電部材１２０に対向する側に導電性表面１１０ｂを有している。導電性表面１１０ｂは、導電性ロッド１２４の軸方向（Ｚ方向）に直交する平面（ＸＹ面に平行な平面）に沿って二次元的に拡がっている。この例における導電性表面１１０ｂは平滑な平面であるが、後述するように、導電性表面１１０ｂは平面である必要はない。
【００６３】
図１６は、わかりやすさのため、第１の導電部材１１０と第２の導電部材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１４および図１５Ａに示したように、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔は狭く、第１の導電部材１１０は、第２の導電部材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。
【００６４】
図１４から図１６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。
【００６５】
再び図１５Ａを参照する。第２の導電部材１２０上に配列された複数の導電性ロッド１２４は、それぞれ、導電性表面１１０ｂに対向する先端部１２４ａを有している。図示されている例において、複数の導電性ロッド１２４の先端部１２４ａは同一平面上にある。この平面は人工磁気導体の表面１２６を形成している。導電性ロッド１２４は、その全体が導電性を有している必要はなく、ロッド状構造物の少なくとも表面（上面および側面）が導電性を有していればよい。また、第２の導電部材１２０は、複数の導電性ロッド１２４を支持して人工磁気導体を実現できれば、その全体が導電性を有している必要はない。第２の導電部材１２０の表面のうち、複数の導電性ロッド１２４が配列されている側の面１２０ａが導電性を有し、隣接する複数の導電性ロッド１２４の表面が導体で接続されていればよい。言い換えると、第２の導電部材１２０および複数の導電性ロッド１２４の組み合わせの全体は、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する凹凸状の導電性表面を有していればよい。
【００６６】
第２の導電部材１２０上には、複数の導電性ロッド１２４の間にリッジ状の導波部材１２２が配置されている。より詳細には、導波部材１２２の両側に人工磁気導体が位置しており、導波部材１２２は両側の人工磁気導体によって挟まれている。図１６からわかるように、この例における導波部材１２２は、第２の導電部材１２０に支持され、Ｙ方向に直線的に延びている。図示されている例において、導波部材１２２は、導電性ロッド１２４の高さおよび幅と同一の高さおよび幅を有している。後述するように、導波部材１２２の高さおよび幅は、それぞれ、導電性ロッド１２４の高さおよび幅とは異なっていてもよい。導波部材１２２は、導電性ロッド１２４とは異なり、導電性表面１１０ｂに沿って電磁波を案内する方向（この例ではＹ方向）に延びている。導波部材１２２も、全体が導電性を有している必要はなく、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂに対向する導電性の導波面１２２ａを有していればよい。第２の導電部材１２０、複数の導電性ロッド１２４、および導波部材１２２は、連続した単一構造体の一部であってもよい。さらに、第１の導電部材１１０も、この単一構造体の一部であってもよい。
【００６７】
導波部材１２２の両側において、各人工磁気導体の表面１２６と第１の導電部材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。導波路装置１００内を伝搬する信号波の周波数（以下、「動作周波数」と称することがある。）が禁止帯域に含まれるように人工磁気導体は設計される。禁止帯域は、導電性ロッド１２４の高さ、すなわち、隣接する複数の導電性ロッド１２４の間に形成される溝の深さ、導電性ロッド１２４の径、配置間隔、および導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ｂとの間の間隙の大きさによって調整され得る。
【００６８】
次に、図１７を参照しながら、各部材の寸法、形状、配置などの例を説明する。
【００６９】
図１７は、図１５Ａ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、第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂと導波部材１２２の導波面１２２ａとの間の導波路を伝搬する電磁波（信号波）の自由空間における波長の代表値（例えば、動作周波数帯域の中心周波数に対応する中心波長）をλｏとする。また、動作周波数帯域における最高周波数の電磁波の自由空間における波長をλｍとする。各導電性ロッド１２４のうち、第２の導電部材１２０に接している方の端の部分を「基部」と称する。図１７に示すように、各導電性ロッド１２４は、先端部１２４ａと基部１２４ｂとを有する。各部材の寸法、形状、配置などの例は、以下のとおりである。
【００７０】
（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。
【００７１】
（２）導電性ロッドの基部から第１の導電部材１１０の導電性表面までの距離
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１の導電部材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。
【００７２】
導電性ロッド１２４の基部１２４ｂから第１の導電部材１１０の導電性表面１１０ｂまでの距離は、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔に相当する。例えば導波路をミリ波帯である７６．５±０．５ＧＨｚの信号波が伝搬する場合、信号波の波長は、３．８９３４ｍｍから３．９４４６ｍｍの範囲内である。したがって、この場合、λｍは３．８９３４ｍｍとなるので、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔は、３．８９３４ｍｍの半分よりも小さく設定される。第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０とが、このような狭い間隔を実現するように対向して配置されていれば、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０とが厳密に平行である必要はない。また、第１の導電部材１１０と第２の導電部材１２０との間隔がλｍ／２未満であれば、第１の導電部材１１０および／または第２の導電部材１２０の全体または一部が曲面形状を有していてもよい。他方、第１および第２の導電部材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。
【００７３】
図１５Ａに示される例において、導電性表面１２０ａは平面であるが、例えば、図１５Ｂに示すように、導電性表面１２０ａは断面がＵ字またはＶ字に近い形状である面の底部であってもよい。導電性ロッド１２４または導波部材１２２が、基部に向かって幅が拡大する形状を持つ場合に、導電性表面１２０ａはこのような構造になる。この例において、導波部材１２２および複数の導電性ロッド１２４の各々は、傾斜した側面を基部に有する。導波部材１２２および各導電性ロッド１２４の側面の頂部における傾斜角度は、基部における傾斜角度よりも小さい。このような構造であっても、導電性表面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１５Ｂに示す装置は、導波路装置として機能し得る。
【００７４】
（３）導電性ロッドの先端部から導電性表面までの距離Ｌ２
導電性ロッド１２４の先端部１２４ａから導電性表面１１０ｂまでの距離Ｌ２は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａと導電性表面１１０ｂとの間を電磁波が往復する伝搬モードが生じ、電磁波を閉じ込められなくなるからである。なお、複数の導電性ロッド１２４のうち、少なくとも導波部材１２２と隣り合うものについては、先端が導電性表面１１０ｂとは電気的には接触していない状態にある。ここで、導電性ロッドの先端が導電性表面に電気的に接触していない状態とは、先端と導電性表面との間に空隙がある状態、あるいは、導電性ロッドの先端と導電性表面とのいずれかに絶縁層が存在し、導電性ロッドの先端と導電性表面が絶縁層を間に介して接触している状態、のいずれかを指す。
【００７５】
（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。
【００７６】
複数の導電性ロッド１２４の配列は、人工磁気導体としての機能を発揮する限り、図示されている例に限定されない。複数の導電性ロッド１２４は、直交する行および列状に並んでいる必要はなく、行および列は９０度以外の角度で交差していてもよい。複数の導電性ロッド１２４は、行または列に沿って直線上に配列されている必要はなく、単純な規則性を示さずに分散して配置されていてもよい。各導電性ロッド１２４の形状およびサイズも、第２の導電部材１２０上の位置に応じて変化していてよい。
【００７７】
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１２６は、厳密に平面である必要はなく、微細な凹凸を有する平面または曲面であってもよい。すなわち、各導電性ロッド１２４の高さが一様である必要はなく、導電性ロッド１２４の配列が人工磁気導体として機能し得る範囲内で個々の導電性ロッド１２４は多様性を持ち得る。
【００７８】
導電性ロッド１２４は、図示されている角柱形状に限らず、例えば円筒状の形状を有していてもよい。さらに、単純な柱状の形状を有している必要はない。人工磁気導体は、導電性ロッド１２４の配列以外の構造によっても実現することができ、多様な人工磁気導体を本開示の導波路装置に利用することができる。なお、導電性ロッド１２４の先端部１２４ａの形状が角柱形状である場合は、その対角線の長さはλｍ／２未満であることが好ましい。楕円形状であるときは、長軸の長さがλｍ／２未満であることが好ましい。先端部１２４ａがさらに他の形状をとる場合でも、その差し渡し寸法は一番長い部分でもλｍ／２未満であることが好ましい。
【００７９】
導電性ロッド１２４（特に、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４）の高さ、すなわち、基部１２４ｂから先端部１２４ａまでの長さは、導電性表面１１０ｂと導電性表面１２０ａとの間の距離（λｍ／２未満）よりも短い値、例えば、λｏ／４に設定され得る。
【００８０】
（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。
【００８１】
（６）導波部材の高さ
導波部材１２２の高さ（図示される例ではＺ方向のサイズ）は、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導電性ロッド１２４の基部１２４ｂと導電性表面１１０ｂとの距離がλｍ／２以上となるからである。同様に、導電性ロッド１２４（特に、導波部材１２２に隣接する導電性ロッド１２４）の高さについても、λｍ／２未満に設定される。
【００８２】
（７）導波面と導電性表面との間の距離Ｌ１
導波部材１２２の導波面１２２ａと導電性表面１１０ｂとの間の距離Ｌ１については、λｍ／２未満に設定される。当該距離がλｍ／２以上の場合、導波面１２２ａと導電性表面１１０ｂとの間で共振が起こり、導波路として機能しなくなるからである。ある例では、当該距離はλｍ／４以下である。製造の容易さを確保するために、ミリ波帯の電磁波を伝搬させる場合には、例えばλｍ／１６以上とすることが好ましい。
【００８３】
導電性表面１１０ｂと導波面１２２ａとの距離Ｌ１の下限、および導電性表面１１０ｂとロッド１２４の先端部１２４ａとの距離Ｌ２の下限は、機械工作の精度と、上下の２つの導電部材１１０、１２０を一定の距離に保つように組み立てる際の精度とに依存する。プレス工法またはインジェクション工法を用いた場合、上記距離の現実的な下限は５０マイクロメートル（μｍ）程度である。ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて例えばテラヘルツ領域の製品を作る場合には、上記距離の下限は、２〜３μｍ程度である。
【００８４】
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。
【００８５】
図１８Ａは、導波部材１２２の上面である導波面１２２ａのみが導電性を有し、導波部材１２２の導波面１２２ａ以外の部分は導電性を有していない構造の例を示す断面図である。導電部材１１０、１２０も同様に、導波部材１２２が位置する側の表面（導電性表面１１０ｂ、１２０ａ）のみが導電性を有し、他の部分は導電性を有していない。このように、導波部材１２２、導電部材１１０、１２０の各々は、全体が導電性を有していなくてもよい。
【００８６】
図１８Ｂは、導波部材１２２が導電部材１２０上に形成されていない変形例を示す図である。この例では、導波部材１２２は、導電部材１１０、１２０を支持する支持部材（例えば、筐体の内壁等）に固定されている。導波部材１２２と導電部材１２０との間には間隙が存在する。このように、導波部材１２２は導電部材１２０に接続されていなくてもよい。
【００８７】
図１８Ｃ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。
【００８８】
図１８Ｄおよび図１８Ｅは、導電部材１１０、１２０、導波部材１２２、および導電性ロッド１２４の各々の最表面に、誘電体の層１１０ｃ、１２０ｃを有する構造の例を示す図である。図１８Ｄ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１８Ｅ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。
【００８９】
最表面の誘電体層は、ＷＲＧ導波路によって伝播される電磁波の損失を増やす。しかし、導電性を有する導電性表面１１０ｂ、１２０ａを腐食から守ることができる。また、直流電圧や、ＷＲＧ導波路によっては伝播されない程度に周波数の低い交流電圧の影響を遮断することができる。
【００９０】
図１８Ｆは、導波部材１２２の高さが導電性ロッド１２４の高さよりも低く、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂのうち、導波面１２２ａに対向する部分が、導波部材１２２の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図１７に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の構成と同様に動作する。
【００９１】
図１８Ｇは、図１８Ｆの構造において、さらに、導電性表面１１０ｂのうち導電性ロッド１２４に対向する部分が、導電性ロッド１２４の側に突出している例を示す図である。このような構造であっても、図１７に示す寸法の範囲を満たしていれば、前述の例と同様に動作する。なお、導電性表面１１０ｂの一部が突出する構造に代えて、一部が窪む構造であってもよい。
【００９２】
図１９Ａは、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂが曲面形状を有する例を示す図である。図１９Ｂは、さらに、導電部材１２０の導電性表面１２０ａも曲面形状を有する例を示す図である。これらの例のように、導電性表面１１０ｂ、１２０ａは、平面形状に限らず、曲面形状を有していてもよい。曲面状の導電性表面を有する導電部材も、「板形状」の導電部材に該当する。
【００９３】
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１２６と導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間の空間を伝搬することはできず、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間の空間を伝搬する。このような導波路構造における導波部材１２２の幅は、中空導波管とは異なり、伝搬すべき電磁波の半波長以上の幅を有する必要はない。また、導電部材１１０と導電部材１２０とを厚さ方向（ＹＺ面に平行）に延びる金属壁によって電気的に接続する必要もない。
【００９４】
図２０Ａは、導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間隙における幅の狭い空間を伝搬する電磁波を模式的に示している。図２０Ａにおける３本の矢印は、伝搬する電磁波の電界の向きを模式的に示している。伝搬する電磁波の電界は、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂおよび導波面１２２ａに対して垂直である。
【００９５】
導波部材１２２の両側には、それぞれ、複数の導電性ロッド１２４によって形成された人工磁気導体が配置されている。電磁波は導波部材１２２の導波面１２２ａと導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間隙を伝搬する。図２０Ａ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２０Ａ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。
【００９６】
図２０Ａ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。
【００９７】
図２０Ｂは、参考のため、中空導波管３３０の断面を模式的に示している。図２０Ｂには、中空導波管３３０の内部空間３３２に形成される電磁界モード（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３３０の内部空間３３２の幅は、波長の半分よりも広く設定されなければならない。すなわち、中空導波管３３０の内部空間３３２の幅は、伝搬する電磁波の波長の半分よりも小さく設定され得ない。
【００９８】
図２０Ｃ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。
【００９９】
図２０Ｄは、参考のため、２つの中空導波管３３０を並べて配置した導波路装置の断面を模式的に示している。２つの中空導波管３３０は、相互に電気的に絶縁されている。電磁波が伝搬する空間の周囲が、中空導波管３３０を構成する金属壁で覆われている必要がある。このため、電磁波が伝搬する内部空間３３２の間隔を、金属壁の２枚の厚さの合計よりも短縮することはできない。金属壁の２枚の厚さの合計は、通常、伝搬する電磁波の波長の半分よりも長い。したがって、中空導波管３３０の配列間隔（中心間隔）を、伝搬する電磁波の波長よりも短くすることは困難である。特に、電磁波の波長が１０ｍｍ以下となるミリ波帯、あるいはそれ以下の波長の電磁波を扱う場合は、波長に比して十分に薄い金属壁を形成することが難しくなる。このため、商業的に現実的なコストで実現することが困難になる。
【０１００】
これに対して、人工磁気導体を備える導波路装置１００は、導波部材１２２を近接させた構造を容易に実現することができる。このため、複数のアンテナ素子が近接して配置されたアレイアンテナへの給電に好適に用いられ得る。
【０１０１】
次に、上記のような導波路構造を利用したスロットアンテナの構成例を説明する。「スロットアンテナ」とは、アンテナ素子として１つまたは複数のスロット（「貫通孔」とも称する。）を備えたアンテナ装置を意味する。特に、複数のスロットをアンテナ素子として備えたスロットアンテナを、「スロットアレイアンテナ」または「スロットアンテナアレイ」と称する。
【０１０２】
図２１Ａは、上記のような導波路構造を利用したアンテナ装置２００の構成の一部を模式的に示す斜視図である。図２１Ｂは、このアンテナ装置２００におけるＸ方向に並ぶ２つのスロット１１２の中心を通るＸＺ面に平行な断面の一部を模式的に示す図である。このアンテナ装置２００においては、第１の導電部材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の導電部材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。
【０１０３】
各導波部材１２２の導波面１２２ａと、導電部材１１０の導電性表面１１０ｂとの間の導波路には、不図示の送信回路から電磁波が供給される。Ｙ方向に並ぶ複数のスロット１１２のうちの隣接する２つのスロット１１２の中心間の距離は、例えば、導波路を伝搬する電磁波の波長と同じ値に設計される。これにより、Ｙ方向に並ぶ６個のスロット１１２から、位相の揃った電磁波が放射される。
【０１０４】
図２１Ａおよび図２１Ｂに示すアンテナ装置２００は、複数のスロット１１２の各々をアンテナ素子（放射素子）とするアンテナアレイ装置である。このような構成によれば、放射素子間の中心間隔を、例えば導波路を伝搬する電磁波の自由空間における波長λｏよりも短くすることができる。複数のスロット１１２には、ホーンを設けてもよい。ホーンを設けることで、放射特性または受信特性を向上させることができる。ホーンとして、例えば図１から図１３を参照して説明したアンテナ素子１１１Ａにおけるホーンを用いることができる。
【０１０５】
続いて、導波路装置と、当該導波路装置における導波壁の内部導波路に接続された少なくとも１つのアンテナ素子（放射素子）とを備えた他のアンテナ装置の実施形態を説明する。「導波壁の内部の導波路に接続される」とは、導波壁の内部の導波路に直接的に、または前述したＷＲＧ等の他の導波路を介して間接的に接続されることを意味する。少なくとも１つのアンテナ素子は、導波壁の内部の導波路を伝搬した電磁波を空間に向けて放射する機能、および空間を伝搬してきた電磁波を導波壁の内部の導波路に導入する機能の少なくとも一方を有する。すなわち、本実施形態におけるアンテナ装置は、信号の送信および受信の少なくとも一方に用いられる。
【０１０６】
図２２Ａは、複数のスロット（開口部）が配列されたアンテナ装置（アンテナアレイ）の例を示す図である。図２２Ａはアンテナ装置を＋Ｚ方向から見た上面図である。図２２Ｂは、図２２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。図示されるアンテナ装置においては、放射素子として機能する複数のスロット１１２に直接的に結合する複数の導波部材１２２Ｕを含む第１の導波層１０ａと、複数の導電性ロッド１２４Ｍおよび不図示の導波壁を含む第２の導波層１０ｂと、第１の導波層１０ａの導波部材１２２Ｕに導波壁を介して結合する他の導波部材１２２Ｌを含む第３の導波層１０ｃとが積層されている。第１の導波層１０ａにおける複数の導波部材１２２Ｕ、および複数の導電性ロッド１２４Ｕは、第１の導電部材２１０上に配置されている。第２の導波層１０ｂにおける複数の導電性ロッド１２４Ｍおよび不図示の導波壁は、第２の導電部材２２０上に配置されている。第３の導波層１０ｃにおける導波部材１２２Ｌおよび複数の導電性ロッド１２４Ｌは、第３の導電部材２３０上に配置されている。
【０１０７】
このアンテナ装置は、第１の導波層１０ａにおける導波部材１２２Ｕおよび導電性ロッド１２４Ｕを覆う導電部材１１０をさらに備えている。導電部材１１０は、４行４列に配列された１６個のスロット（開口部）１１２を有する。導電部材１１０には、各スロット１１２を囲む側壁１１４が設けられている。側壁１１４は、スロット１１２の指向性を調整するホーンを形成している。この例におけるスロット１１２の個数および配列は、例示的なものに過ぎない。スロット１１２の向きおよび形状も、図示される例に限定されない。例えば、Ｈ型形状のスロットを用いてもよい。ホーンの側壁１１４の傾斜の有無および角度、ならびにホーンの形状も、図示されている例に限定されない。図示されるホーンに代えて、例えば実施形態１におけるホーンの構造を採用してもよい。
【０１０８】
図２３Ａは、第１の導電部材２１０における導波部材１２２Ｕおよび導電性ロッド１２４Ｕの平面レイアウトを示す図である。図２３Ｂは、第２の導電部材２２０における導電性ロッド１２４Ｍ、導波壁２０３および貫通孔２２１の平面レイアウトを示す図である。図２３Ｃは、第３の導電部材２３０における導波部材１２２Ｌおよび導電性ロッド１２４Ｌの平面レイアウトを示す図である。これらの図から明らかなように、第１の導電部材２１０における導波部材１２２Ｕは直線状（ストライプ状）に延びており、分岐部も屈曲部も有していない。一方、第３の導電部材２３０における導波部材１２２Ｌは延びる方向が２つに分かれる分岐部および延びる方向が変化する屈曲部の両方を有している。第１の導電部材２１０における貫通孔２１１と第２の導電部材２２０における貫通孔２２１との間には、図２３Ｂに示すように、導波壁２０３が配置されている。この例における導波壁２０３は、ＸＹ面断面が矩形の構造を有するが、例えば図８を参照して説明した導波壁１６０の構造を採用してもよい。
【０１０９】
図２３Ｂに示す例では、第２の導電部材２２０上に４個の貫通孔２２１があり、それらの各々の中央部を間に挟んで位置する４対の導波壁２０３が存在する。第１の導電部材２１０における導波部材１２２Ｕは、貫通孔２１１、導波壁２０３、および貫通孔２２１を通じて第３の導電部材２３０における導波部材１２２Ｌに結合する。言い換えると、第３の導電部材２３０上の導波部材１２２Ｌに沿って伝搬してきた電磁波は、貫通孔２２１、導波壁２０３、および貫通孔２１１を通って第１の導電部材２１０上の導波部材１２２Ｕに達し、導波部材１２２Ｕに沿って伝搬することができる。このとき、各スロット１１２は、導波路を伝搬してきた電磁波を空間に向けて放射するアンテナ素子として機能する。反対に、空間を伝搬してきた電磁波がスロット１１２に入射すると、その電磁波はスロット１１２の直下に位置する導波部材１２２Ｕに結合し、導波部材１２２Ｕに沿って伝搬する。導波部材１２２Ｕを伝搬してきた電磁波は、貫通孔２１１、導波壁２０３、および貫通孔２２１を通って第３の導電部材２３０上の導波部材１２２Ｌに達し、導波部材１２２Ｌに沿って伝搬することも可能である。
【０１１０】
導波部材１２２Ｌは、第３の導電部材２３０が有するポート１４５Ｌを介して、外部にある導波路装置または高周波回路（電子回路）に結合され得る。図２３Ｃには、一例として、ポート１４５Ｌに接続された電子回路２９０が示されている。電子回路２９０は、特定の位置に限定されず、任意の位置に配置されていてよい。電子回路２９０は、例えば、第３の導電部材２３０の背面側（図２２Ｂにおける下側）の回路基板に配置され得る。このような電子回路は、マイクロ波集積回路であり、例えば、ミリ波を生成または受信するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのマイクロ波集積回路を含み得る。電子回路２９０は、マイクロ波集積回路に加えて、他の回路、例えば、信号処理回路をさらに含んでいてもよい。そのような信号処理回路は、例えばアンテナ装置を備えたレーダシステムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。電子回路２９０は、通信回路を含んでいてもよい。通信回路は、アンテナ装置を備えた通信システムの動作に必要な各種の処理を実行するように構成され得る。
【０１１１】
なお、電子回路と導波路とを接続する構造は、例えば、米国特許出願公開第２０１８／０３５１２６１、米国特許出願公開第２０１９／０００６７４３、米国特許出願公開第２０１９／０１３９９１４、米国特許出願公開第２０１９／００６７７８０、米国特許出願公開第２０１９／０１４０３４４、および国際特許出願公開第２０１８／１０５５１３に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。
【０１１２】
図２３Ａに示される導電部材１１０を「放射層」と呼ぶことができる。また、図２３Ａに示される第１の導電部材２１０上の導波部材１２２Ｕおよび導電性ロッド１２４Ｕの全体を含む層を「励振層」と呼び、図２３Ｂに示される第２の導電部材２２０上の導電性ロッド１２４Ｍおよび導波壁２０３の全体を含む層を「中間層」と呼び、図２３Ｃに示される第３の導電部材２３０上の導波部材１２２Ｌおよび導電性ロッド１２４Ｌの全体を含む層を「分配層」と呼んでも良い。また、「励振層」、「中間層」、および「分配層」をまとめて「給電層」と呼んでも良い。「放射層」、「励振層」、「中間層」、および「分配層」は、それぞれ、一枚の金属プレートを加工することによって量産され得る。放射層、励振層、分配層、および分配層の背面側に設けられる電子回路は、モジュール化された１つの製品として製造され得る。
【０１１３】
この例におけるアンテナアレイでは、図２２Ｂからわかるように、プレート状の放射層、励振層および分配層が積層されているため、全体としてフラットかつ低姿勢（ｌｏｗ  ｐｒｏｆｉｌｅ）のフラットパネルアンテナが実現している。例えば、図２２Ｂに示す断面構成を持つ積層構造体の高さ（厚さ）を２０ｍｍ以下にすることができる。
【０１１４】
図２３Ｃに示される導波部材１２２Ｌによれば、第３の導電部材２３０のポート１４５Ｌから第１の導電部材２１０の各貫通孔２１１（図２３Ａ参照）までの、導波部材１２２Ｌに沿って測った距離がすべて等しい。このため、第３の導電部材２３０のポート１４５Ｌから導波部材１２２Ｌに入力された信号波は、第１の導電部材２１０の４つの貫通孔２１１のそれぞれに同じ位相で到達する。その結果、第１の導電部材２１０上に配置された４個の導波部材１２２Ｕは、同位相で励振され得る。
【０１１５】
なお、アンテナ素子として機能する全てのスロット１１２が同位相で電磁波を放射する必要はない。励振層および分配層における導波部材１２２のネットワークパターンは任意であり、各導波部材１２２が互いに異なる信号を独立して伝搬するように構成されていても良い。
【０１１６】
本実施形態における第１の導電部材２１０上の導波部材１２２Ｕは分岐部も屈曲部も有していないが、励振層として機能する部分が分岐部および屈曲部の少なくとも一方を有する導波部材を備えていても良い。前述したように、導波路装置内の全ての導電性ロッドが同様の形状を有している必要はない。
【０１１７】
本実施形態によれば、第１の導電部材２１０における貫通孔２１１と第２の導電部材２２０における貫通孔２２１との間で、導電性の導波壁２０３を介して直接的に電磁波を伝搬させることができる。第２の導電部材２２０上で不要な伝搬が生じないため、第２の導電部材２２０上に他の導波路、回路基板、またはカメラ等の構造物を配置することができる。このため、装置の設計の自由度を向上させることができる。なお、本実施形態では第１の導電部材２１０と第２の導電部材２２０との間に導波壁を配置しているが、導波壁は他の位置に配置してもよい。
【０１１８】
励振層、分配層を構成するに当たっては、導波路における様々の回路要素を利用する事ができる。それらの例は、例えば米国特許第１００４２０４５、米国特許第１００９０６００、米国特許第１０１５８１５８、国際特許出願公開第２０１８／２０７７９６、国際特許出願公開第２０１８／２０７８３８、米国特許出願公開第２０１９／００７４５６９に開示されている。これらの文献の開示内容の全体を本願明細書に援用する。
【０１１９】
図２４Ａは、更に別の変形例に係るスロットアンテナ装置における１つの放射素子を示す斜視図である。この例におけるスロットアンテナ装置は、導電部材１１０の正面側の導電性表面１１０ａに対向する導電性表面を有する他の導電部材１５０をさらに備える。他の導電部材１５０は、この例では、４つの他のスロット１１１を有している。図２４Ｂは、図２４Ａの放射素子において、導電部材１１０と他の導電部材１５０との間隔を離して示した図である。
【０１２０】
図２２Ａにおける各スロット１１２は、ホーン１１４に連通しているが、図２４Ａの例ではスロット１１２はキャビティ１８０に連通している。キャビティ１８０は、導電性表面１１０ａ、導電部材１１０の正面側に配置された複数の導電性ロッド１７０、および他の導電部材１５０の背面側の導電性表面によって囲まれた平坦な空洞である。図２４Ａ、図２４Ｂの例において、複数の導電性ロッド１７０の先端と他の導電部材１５０の背面側の導電性表面との間には間隙がある。複数の導電性ロッド１７０の基部は導電部材１１０における導電性表面１１０ａに接続している。複数の導電性ロッド１７０が、他の導電部材１５０に接続する構成を採用しても良い。ただし、その場合、複数の導電性ロッド１７０の先端と導電性表面１１０ａとの間には、間隙が確保される。
【０１２１】
他の導電部材１５０は、４つの他のスロット１１１を有しており、何れのスロット１１１もキャビティ１８０に連通する。スロット１１２からキャビティ１８０内に放射された信号波は、４つの他のスロット１１１を介して他の導電部材１５０の正面側に放射される。なお、他の導電部材１５０の正面側にホーンを設置し、他のスロット１１１がそのホーンの底部に開口する構造を採用しても良い。この場合、スロット１１２から放射された信号波は、キャビティ１８０、他のスロット１１１、およびホーンを介して放射される。
【０１２２】
次に、本開示の実施形態における各貫通孔（スロットまたはポート）の形状の変形例を説明する。貫通孔の軸に垂直な断面は、例えば以下に説明する形状を有していてもよい。以下の変形例は、本開示のいずれの実施形態においても同様に適用できる。
【０１２３】
図２５における（ａ）は、楕円形状の導波管の例を示している。図中において矢印で示す導波管の長半径Ｌａは、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように設定される。より具体的には、Ｌａは、動作周波数帯域の中心周波数に対応する自由空間中での波長をλｏとして、λｏ／４＜Ｌａ＜λｏ／２に設定され得る。
【０１２４】
図２５における（ｂ）は、一対の縦部分２１７Ｌおよび一対の縦部分２１７Ｌを繋ぐ横部分２１７Ｔを有するＨ型形状を有する導波管の例を示している。横部分２１７Ｔは、一対の縦部分２１７Ｌにほぼ垂直であり、一対の縦部分２１７Ｌのほぼ中央部同士を繋いでいる。このようなＨ型形状の導波管でも、高次の共振が起こらず、かつ、インピーダンスが小さくなり過ぎないように、その形状およびサイズが決定される。横部分２１７Ｔの中心線ｇ２と横部分２１７Ｔに垂直なＨ型形状全体の中心線ｈ２との交点と、中心線ｇ２と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ２との交点との間の距離をＬｂとする。中心線ｇ２と中心線ｋ２との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｂとする。ＬｂとＷｂとの和は、λｏ／４＜Ｌｂ＋Ｗｂ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｂを相対的に長くすることにより、距離Ｌｂを相対的に短くすることができる。これによりＨ型形状のＸ方向の幅を例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【０１２５】
図２５における（ｃ）は、横部分２１７Ｔおよび横部分２１７Ｔの両端から延びる一対の縦部分２１７Ｌを有する導波管の例を示している。一対の縦部分２１７Ｌの横部分２１７Ｔから延びる方向は横部分２１７Ｔにほぼ垂直であり、互いに逆である。横部分２１７Ｔの中心線ｇ３と横部分２１７Ｔに垂直な全体形状の中心線ｈ３との交点と、中心線ｇ３と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ３との交点との間の距離をＬｃとする。中心線ｇ３と中心線ｋ３との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｃとする。ＬｃとＷｃとの和は、λｏ／４＜Ｌｃ＋Ｗｃ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｃを相対的に長くすることにより、距離Ｌｃを相対的に短くすることができる。これにより、図２５における（ｃ）の全体形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【０１２６】
図２５における（ｄ）は、横部分２１７Ｔおよび横部分２１７Ｔの両端から横部分２１７Ｔに垂直な同じ方向に延びる一対の縦部分２１７Ｌを有する導波管の例を示している。このような形状を、本明細書では「Ｕ字形状」と称することがある。なお、図２５における（ｄ）に示す形状は、Ｈ字形状の上半分の形状と考えることもできる。横部分２１７Ｔの中心線ｇ４と横部分２１７Ｔに垂直なＵ字形状全体の中心線ｈ４との交点と、中心線ｇ４と縦部分２１７Ｌの中心線ｋ４との交点との間の距離をＬｄとする。中心線ｇ４と中心線ｋ４との交点と、縦部分２１７Ｌの端部との距離をＷｄとする。ＬｄとＷｄとの和は、λｏ／４＜Ｌｄ＋Ｗｄ＜λｏ／２を満たすように設定される。距離Ｗｄを相対的に長くすることにより、距離Ｌｄを相対的に短くすることができる。これにより、Ｕ形状のＸ方向の幅を、例えばλｏ／２未満にでき、横部分２１７Ｔの長さ方向の間隔を短縮することができる。
【０１２７】
本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、例えば車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載されるレーダ装置またはレーダシステムに好適に用いられ得る。レーダ装置は、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナ装置と、当該アンテナ装置に接続されたＭＭＩＣなどのマイクロ波集積回路とを備える。レーダシステムは、当該レーダ装置と、当該レーダ装置のマイクロ波集積回路に接続された信号処理回路とを備える。信号処理回路は、例えば、マイクロ波集積回路によって受信された信号に基づき、到来波の方位を推定する処理等を行う。信号処理回路は、例えば、ＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、およびＳＡＧＥ法などのアルゴリズムを実行して、到来波の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成され得る。信号処理回路は、さらに、公知のアルゴリズムにより、到来波の波源である物標までの距離、物標の相対速度、物標の方位を推定し、推定結果を示す信号を出力するように構成されていてもよい。
【０１２８】
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。
【０１２９】
本開示の実施形態のアンテナ装置は、小型化が可能な多層のＷＲＧ構造を備えているため、従来の中空導波管を用いた構成と比較して、アンテナ素子が配列される面の面積を著しく小さくすることができる。このため、当該アンテナ装置を搭載したレーダシステムを、例えば車両のリアビューミラーの鏡面の反対側の面のような狭小な場所、またはＵＡＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ  Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、所謂ドローン）のような小型の移動体にも容易に搭載することができる。なお、レーダシステムは、車両に搭載される形態の例に限定されず、例えば道路または建物に固定されて使用され得る。
【０１３０】
本開示の実施形態におけるアンテナ装置は、無線通信システムにも利用できる。そのような無線通信システムは、上述したいずれかの実施形態におけるアンテナ装置と、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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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】
【０１３３】
本開示の導波路装置は、電磁波を利用するあらゆる技術分野において利用可能である。例えばギガヘルツ帯域またはテラヘルツ帯域の電磁波の送受信を行う各種の用途に利用され得る。特に小型化が求められる車載レーダシステム、各種の監視システム、屋内測位システム、および無線通信システムなどに用いられ得る。
【符号の説明】
【０１３４】
１００  導波路装置
１１０  第１の導電部材
１１０ａ、１１０ｂ  第１の導電部材の導電性表面
１１１Ａ、１１１Ｂ  アンテナ素子
１１２  スロット
１１３Ａ、１１３Ｂ  貫通孔
１１４  ホーンの側壁
１１４a  開口部
１１６  送信部
１１７  受信部
１１８  導電壁
１１８ｂ  導電壁の中央部
１１８ｃ  導電壁の両側部
１１８ｄ  溝部
１１８d  導電壁の突出部
１１９  凹部
１２０  第２の導電部材
１２０ａ、１２０ｂ  第２の導電部材の導電性表面
１２２、１２２Ａ、１２２Ｂ  導波部材（リッジ）
１２２ｄ  リッジの凹部
１２３  貫通孔
１２４、１３４  導電性ロッド
１２４Ａ  第１ロッド（リッジ側ロッド）
１２４Ｂ  第２ロッド（貫通孔側ロッド）
１２４Ｃ  第３ロッド
１２５  ポート
１３０  第３の導電部材
１３０ａ  第３の導電部材の導電性表面
１６０  導波壁
１６１  リッジ部
１６２  段差部
１６４Ａ  第１の内壁面
１６４Ｂ  第２の内壁面
１６５  端面
２００  アンテナ装置
２９０  電子回路
３３０  中空導波管
３３２  中空導波管の内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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