(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路の広壁に形成されたスロット群と、上記導波路の内部に形成された制御壁群と、を備えた導波路型スロットアレイアンテナであって、
上記スロット群に含まれる２個以上の連続するスロットについて、上記導波路の管軸に沿って測ったスロットの長さが給電部から遠ざかるに従って長くなり、上記広壁に直交する方向から見たスロットから対応する制御壁までの距離が上記給電部から遠ざかるに従って短くなる、
ことを特徴とする導波路型スロットアレイアンテナ。
【請求項２】
上記２個以上の連続するスロットは、上記スロット群のなかで最も給電部に近いスロットを含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
【請求項３】
上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットのオフセット量が均一である、
ことを特徴とする請求項２に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
【請求項４】
上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットから出力される電磁波の振幅が均一又は略均一である、
ことを特徴とする請求項３に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
【請求項５】
上記導波路は、ポスト壁導波路であり、上記制御壁は、上記導波路を構成する誘電体層の内部に柵状に配列された複数の導体ポストの集合である、
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導波路型スロットアレイアンテナ。
【請求項６】
導波路の広壁に形成されたスロット群と、上記導波路の内部に形成された制御壁群と、を有する導波路型スロットアレイアンテナの製造方法であって、
上記スロット群に含まれる２個以上の連続するスロットについて、上記導波路の管軸に沿って測ったスロットの長さが給電部から遠ざかるに従って長くなるように設定すると共に、上記広壁に直交する方向から見たスロットから対応する制御壁までの距離が上記給電部から遠ざかるに従って短くなるように設定する工程を含む、
ことを特徴とする導波路型スロットアレイアンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波路型スロットアレイアンテナ、及び、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管の広壁に複数のスロットを形成した導波管スロットアレイアンテナや、ポスト壁導波路などの基板型導波路の広壁にスロットを形成した導波路スロットアレイアンテナなどの導波路型スロットアレイアンテナが広く用いられている。導波路型スロットアレイアンテナは、マイクロ波又はミリ波帯で動作させることが可能であり、通信、レーダ、センサ等の分野への応用が期待されている。
【０００３】
導波管スロットアレイアンテナを開示した文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１に記載の導波管スロットアレイアンテナにおいては、スロットが形成された金属製の導波管の内部に壁板を形成し、スロットでの反射波を壁板での反射波によって相殺する構成が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６７７５５号公報（２００５年  ６月２３日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複数のスロット（給電部に近い方から順にスロットＳ１，スロットＳ２，…，スロットＳｎとする）を有する導波路型スロットアレイアンテナの利得を最大化するためには、これらのスロットＳ１〜Ｓｎから出力される電磁波の振幅ａ１〜ａｎを均一にすればよい。また、これらのスロットＳ１〜Ｓｎから出力される電磁波の振幅ａ１〜ａｎを均一にするためには、これらのスロットＳ１〜Ｓｎの結合量Ｃ１〜ＣｎをＣ１＝１／ｎ，Ｃ２＝１／（ｎ−１），…，Ｃｎ＝１に設定すればよい。ここで、スロットＳｉの結合量Ｃｉとは、導波路型スロットアレイアンテナに入力された電力に対する、スロットＳｉから出力される電力の割合のことを意味する。
【０００６】
スロットＳ１〜Ｓｎの結合量Ｃ１〜ＣｎをＣ１＝１／ｎ，Ｃ２＝１／（ｎ−１），…，Ｃｎ＝１に設定することによって、等振幅励振を実現することができる理由は以下のとおりである。すなわち、例えば、導波路型スロットアレイアンテナに入力された電力が１Ｗである場合、スロットＳ１の結合量Ｃ１が１／ｎであれば、導波路型スロットアレイアンテナに入力された電力の１／ｎ、すなわち、１／ｎ［Ｗ］の電力がスロットＳ１から出力されることになる。スロットＳ２の結合量Ｃ２が１／（ｎ−１）であれば、スロットＳ１から出力されずに残った１−１／ｎ［Ｗ］の１／（ｎ−１）、すなわち、１／ｎ［Ｗ］の電力がスロットＳ２から出力されることになる。同様に、スロットＳ３，Ｓ４，…，Ｓｎの結合量Ｃ３，Ｃ４，…，Ｃｎが１／（ｎ−２），１／（ｎ−３），…，１であれば、１／ｎ［Ｗ］の電力がスロットＳ３，Ｓ４，…，Ｓｎからも出力されることになる。スロットＳ１〜Ｓｎから出力される電力が均一であることは、スロットＳ１〜Ｓｎから出力される電磁波の振幅ａ１〜ａｎが均一であることを意味する。したがって、スロットＳ１〜Ｓｎの結合量Ｃ１〜ＣｎをＣ１＝１／ｎ，Ｃ２＝１／（ｎ−１），…，Ｃｎ＝１に設定することによって、等振幅励振を実現することができる。
【０００７】
なお、スロットＳｎの結合量を１にすることは原理的に不可能である。したがって、給電部から最も遠いスロットＳｎの結合量Ｃｎは、できるだけ大きな値に設定することにより導波路型スロットアレイアンテナの利得を近似的に最大化することになる。
【０００８】
従来の導波路型スロットアレイアンテナにおいて、各スロットＳｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）の結合量Ｃｉを、そのスロットＳｉのオフセット量を変化させることにより調整していた。スロットＳ１〜Ｓｎには、導波路の広壁の中心軸（導波路の中心軸の広壁への正射影）からの距離に応じて結合量が変化するという性質がある（概略的に言えば、導波路の広壁の中心軸から遠ざかるほど、結合量が小さくなるという傾向がある）ためである。
【０００９】
しかしながら、各スロットＳｉのオフセット量は、導波管の幅の１／２からスロット幅を引いた差よりも大きくすることができない。このため、従来の導波路型スロットアレイアンテナにおいては、スロット数が多い場合、給電部に最も近いスロットＳ１の結合量を１／ｎ程度まで小さくすることが困難であり、その結果、利得を最大値に近づける困難であるという問題があった。
【００１０】
以下、給電部に最も近いスロットＳ１の結合量を１／ｎ程度まで小さくすることが困難なことを、具体例に即して説明する。図６は、従来の導波路型スロットアレイアンテナ５の導波路の平面図である。導波路型スロットアレイアンテナ５は、比誘電率３．８２の誘電体が充填された幅１．９４ｍｍ、高さ０．５ｍｍの導波管の広壁５ａに、幅０．２ｍｍのスロット５ｓ１〜５ｓ６を６つ形成したものである。この導波路型スロットアレイアンテナを６０ＧＨｚで動作させた場合、管内波長λｇは３．４ｍｍになる。従来の設計理論に倣い、各スロット５ｓｉ（ｉ＝１，２，…，６）の長さは、λｇ／２＝１．７ｍｍとし、スロット５ｓ１〜５ｓ６の周期は、λｇ＝３．４ｍｍとした。導波路型スロットアレイアンテナ５の導波路の内部には、各スロット５ｓｉに対応する制御壁５ｃｉを設けている。
【００１１】
この導波路型スロットアレイアンテナ５において、スロット５ｓ１〜５ｓ６を等振幅励振させるためには、給電部に最も近いスロット５ｓ１の結合量を１／６≒０．１６７に設定する必要がある。従来の設計手法によれば、このために必要なスロット５ｓ１のオフセット量Δは０．７２ｍｍである。このとき、スロット５ｓ１と狭壁５ｂとの間隔δは、δ＝１．９４（導波管幅）／２−０．７２（オフセット量）−０．２（スロット幅）＝０．０５ｍｍとなる。このように狭壁に近接したスロットを、広く用いられているプリント基板製造技術を用いて製造することは、極めて困難である。スロット数が増えれば、給電部に最も近いスロット５ｓ１の結合量を更に小さくする必要が生じるので、このような困難性に拍車がかかることは明らかであろう。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の導波路型スロットアレイアンテナよりも容易に、利得を最大値（全てのスロットを等振幅励振した場合の利得）に近づけることが可能な導波路型スロットアレイアンテナを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナは、導波路の広壁に形成されたスロット群と、上記導波路の内部に形成された制御壁群と、を備えた導波路型スロットアレイアンテナであって、上記スロット群に含まれる２個以上の連続するスロットについて、上記導波路の管軸に沿って測ったスロットの長さが給電部から遠ざかるに従って長くなり、上記広壁に直交する方向から見たスロットから対応する制御壁までの距離が上記給電部から遠ざかるに従って短くなる、ことを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、上記スロット群に含まれる上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットのオフセット量を変化させることなく、特定の周波数において各スロットから出力される電磁波の振幅を均一化又は略均一化することができる。すなわち、従来の導波路型スロットアレイアンテナよりも容易に、上記特定の周波数における利得を最大値（全てのスロットを等振幅励振した場合の利得）に近づけることができる。
【００１５】
本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記２個以上の連続するスロットは、上記スロット群のなかで最も給電部に近いスロットを含む、ことが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、最も給電部に近いスロットを含む２個以上の連続するスロットについて、各スロットのオフセット量を変化させることなく、特定の周波数において各スロットから出力される電磁波の振幅を均一化又は略均一化することができる。これにより、従来の導波路型スロットアレイアンテナように、給電部に最も近いスロットの製造が困難になるという問題を生じることなく、上記特定の周波数における利得を最大値に近づけることができる。
【００１７】
本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいては、上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットのオフセット量が均一である、ことが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、給電部に最も近いスロットの製造が困難になるという問題をより確実に回避することができる。
【００１９】
本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいては、上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットから出力される電磁波の振幅が均一又は略均一である、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、特定の周波数における利得をより確実に最大値に近づけることができる。
【００２１】
本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナにおいて、上記導波路は、ポスト壁導波路であり、上記制御壁は、上記導波路を構成する誘電体層の内部に柵状に配列された複数の導体ポストの集合である、ことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、上記導波路が金属導波管である場合と比べて、また、上記制御壁が金属板である場合と比べて、より軽量でより小型な導波路型スロットアレイアンテナを実現することができる。また、プリント基板技術を用いて製造することが可能になるので、より低背な導波管型スロットアレイアンテナを実現することができる。
【００２３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る導波路型スロットアレイアンテナの製造方法は、導波路の広壁に形成されたスロット群と、上記導波路の内部に形成された制御壁群と、を有する導波路型スロットアレイアンテナの製造方法であって、上記スロット群に含まれる２個以上の連続するスロットについて、上記導波路の管軸に沿って測ったスロットの長さが給電部から遠ざかるに従って長くなるように設定すると共に、上記広壁に直交する方向から見たスロットから対応する制御壁までの距離が上記給電部から遠ざかるに従って短くなるように設定する工程を含む、ことを特徴とする。
【００２４】
上記の構成によれば、上記スロット群に含まれる上記２個以上の連続するスロットについて、各スロットのオフセット量を変化させることなく、特定の周波数において各スロットから出力される電磁波の振幅を均一化又は略均一化することができる。すなわち、従来の導波路型スロットアレイアンテナよりも容易に、利得を最大値（全てのスロットを等振幅励振した場合の利得）に近づけることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、従来の導波路型スロットアレイアンテナよりも容易に、利得を最大値（全てのスロットを等振幅励振した場合の利得）に近づけることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナを含むアンテナモジュールの分解斜視図である。
【図２】図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの断面図である。
【図３】図１に示す導波路型スロットアレイアンテナの導波路の平面図である。
【図４】図１に示す導波路型スロットアレイアンテナのスロットの結合量の周波数依存性を示すグラフである。一方は、スロットの長さを１．６５ｍｍ、オフセット量を０．６５ｍｍとしたときに得られるグラフであり、他方は、スロットの長さを１．９ｍｍ、オフセット量を０．６５ｍｍとしたときに得られるグラフである。
【図５】図１に示す導波路型スロットアレイアンテナのｚｘ面内における利得の方向依存性を示すグラフである。一方は、スロットの結合量を給電部から遠ざかるに従って次第に大きくしたときに得られるグラフ（実施例）であり、他方は、スロットの結合量を一律にしたときに得られるグラフ（比較例）である。
【図６】従来の導波路型スロットアレイアンテナの導波路の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔導波路型スロットアレイアンテナを含むアンテナモジュールの構成〕
本発明の一実施形態に係る導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むアンテナモジュール１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａを含むアンテナモジュール１の分解斜視図である。
【００２８】
アンテナモジュール１は、図１に示すように導波路型スロットアレイアンテナ１Ａ及び導波管１Ｂを備えている。
【００２９】
導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２、及び第２の導体層１３を、この順に積層した構造を有している。換言すれば、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａは、第１の誘電体層１２と、第１の誘電体層１２を介して互いに対向する第１の導体層１１及び第２の導体層１３によって構成されている。第１の導体層１１、第１の誘電体層１２、及び第２の導体層１３は、図示した座標系において、主面がｘｙ面と平行になるように配置され、ｚ軸方向に積層される。
【００３０】
第１の導体層１１及び第２の導体層１３の材料としては、任意の導体を用いることができ、例えば銅などの金属を用いることができる。また、第１の誘電体層１２の材料としては、任意の誘電体を用いることができ、例えば石英ガラス等のガラス、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、又はシクロオレフィンポリマーなどを用いることができる。
【００３１】
第１の導体層１１には、複数（本実施形態においては６つ）のスロット１１ｄ１〜１１ｄ６からなるスロット群が形成されている。各スロット１１ｄｊ（ｊ＝１，２，…，６）は、図示した座標系においてｙ軸と略平行（本実施形態においては平行）な長辺を有する長方形の開口である。これらのスロット１１ｄ１〜１１ｄ６は、図示した座標系においてｙ軸に沿って並べられる。なお、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６のより具体的な配置例に関しては、参照する図面を代えて後述する。
【００３２】
第１の誘電体層１２の内部には、ポスト壁１２ａが形成されている。ポスト壁１２ａは、柵状に配列されたＭ個の導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭの集合である。ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭの中心軸は、図示した座標系において、（１）ｚｘ面と平行な第１の平面、（２）ｙ軸負方向側の端辺が第１の平面のｘ軸正方向側の端辺に連なる、ｙｚ面と平行な第２の平面、（３）ｘ軸正方向側の端辺が第２の平面のｙ軸正方向側の端辺に連なる、ｚｘ面と平行な第３の平面、（４）ｙ軸正方向側の端辺が第３の平面のｘ軸負方向側の端辺に連なり、ｙ軸負方向側の端辺が第１の平面のｘ軸負方向側の端辺に連なる、ｙｚ面と平行な第４の面を張る。
【００３３】
ポスト壁１２ａを構成する各導体ポスト１２ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状又は円柱状導体である。ポスト壁１２ａを構成する各導体ポスト１２ａｉのより具体的な構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００３４】
ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭは、導波路１Ａ１を伝搬する電磁波の波長λよりも十分に短い間隔で配置されている。このため、ポスト壁１２ａにより四方を囲まれ、第１の導体層１１及び第２の導体層１３により上下を挟まれた直方体状の領域は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１として機能する。この際、ポスト壁１２ａは、導波路１Ａ１の狭壁として機能し、第１の導体層１１及び第２の導体層１３は、導波路１Ａ１の広壁として機能する。なお、以下の説明においては、導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭが張る、上述した第１の平面、第２の平面、第３の平面、及び第４の平面を、それぞれ、導波路１Ａ１の後狭壁、右狭壁、前狭壁、及び左狭壁とも記載する（導波路１Ａ１の前狭壁及び後狭壁は、ショート壁と呼ばれることもある）。また、第１の導体層１１及び第２の導体層１３を、それぞれ、上部広壁及び下部広壁とも記載する。ただし、これらの呼称は、４つの狭壁あるいは２つの広壁を互いに区別するための便宜的な呼称であり、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの配置に関して何ら制限を課すものではない。
【００３５】
第１の誘電体層１２の内部には、更に、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６と同数の制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６が形成されている（スロット１１ｄ１〜１１ｄ６と制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６とは一対一に対応する）。各制御壁１２ｃｊ（ｊ＝１，２，…，６）は、柵状に配列された複数の（本実施形態においては５つの）導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５の集合である。各制御壁１２ｃｊを構成する導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５の中心軸は、図示した座標系においてｚｘ面と略平行（本実施形態においては平行）な平面を張る。これらの制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６は、図示した座標系においてｙ軸と平行に並べられる。なお、制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６のより具体的な配置に関しては、参照する図面を代えて後述する。
【００３６】
制御壁１２ｃｊを構成する各導体ポスト１２ｃｊｋ（ｋ＝１，２，…，５）は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状導体である。制御壁１２ｃｊを構成する各導体ポスト１２ｃｊｋのより具体的な構成例については、参照する図面を代えて後述する。
【００３７】
制御壁１２ｃｊを構成する導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５は、導波路１Ａ１を伝搬する電磁波の波長λよりも十分に短い間隔で配置されている。これにより、制御壁１２ｃｊは、導波路１Ａ１を伝播する電磁波を反射する反射壁として機能する。
【００３８】
第２の導体層１３には、開口１３ａが形成されている。導波管１Ｂは、導波路１Ｂ１として機能する内部の空洞が開口１３ａを介して導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１と連通するように、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに接続される。
【００３９】
導波管１Ｂは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａに電磁波を給電（入力）する給電手段である。導波管１Ｂは、両端が開放した管状部材であり、その管壁は、金属などの導体からなる。導波管１Ｂの内部に形成された空洞は、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよいが、本実施形態においては、前者の構成を採用する。すなわち、本実施形態においては、導波管１Ｂとして中空導波管を用いる。
【００４０】
導波管１Ｂの導波路１Ｂ１をｚ軸正方向に伝播した電磁波は、（１）開口１３ａを介して導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１に入射し、（２）導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１をｙ軸正方向に伝播し、（３）スロット１１ｄ１〜１１ｄ６を介して外部に出射する。この際、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６において反射が生じるが、各スロット１１ｄｊにおいて生じる反射波は、対応する制御壁１２ｃｊにおいて生じる反射波によって打ち消される。すなわち、導波路１Ａ１内に制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６を設けることによって、導波路１Ａ１において生じる反射損失を小さく抑えることができる。
【００４１】
なお、図１に示す座標系は、以下のように定められたものである。すなわち、（１）導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１の長手軸をｙ軸とする。ｙ軸の向きは、導波路１Ａ１の給電部から導波路１Ａ１の先端に向かう方向が正の向きとなるように定める。（２）第１の誘電体層１２の厚み方向に平行な軸をｚ軸とする。ｚ軸の向きは、第２の導体層１３から第１の導体層１１に向かう方向が正の向きとなるように定める。（３）上述したｙ軸及びｚ軸の双方に直交する軸をｘ軸とする。ｘ軸の向きは、このｘ軸が上述したｙ軸及びｚ軸と共に右手系を構成するように定める。
【００４２】
なお、本明細書における「上面視」とは、上記のように定められた座標系におけるｚ軸正方向から対象物を見ることを指す。また、本明細書における「導波方向」とは、上記のように定められた座標系におけるｙ軸正方向のことを指す。また、本明細書における「管内波長」とは、以下のように与えられる波長λｇのことを指す。すなわち、導波路１Ａ１のような直方体状の導波路を導波するＴＥ１０モードは、２つの平面波を合成したものになる。これら２つの平面波の伝播方向と導波路１Ａ１の管軸方向とのなす角θは、ｃｏｓ（θ）＝｛１−（ｆｃ／ｆ）２｝１／２を満たす。ここで、ｆは周波数、ｆｃは導波路１Ａ１のカットオフ周波数である。導波路１Ａ１を伝搬する平面波の波長λは、λ＝ｃ／ｆ／εr1/2により与えられる（ｃは光速、εrは比誘電率）。管内波長λｇは、λｇ＝λ／ｃｏｓ（θ）により与えられる。
【００４３】
〔導体ポストの構成例〕
ポスト壁１２ａを構成する各導体ポスト１２ａｉ、及び、制御壁１２ｃｊを構成する各導体ポスト１２ｃｊｋの構成例について、図２を参照して説明する。図２は、制御壁１２ｃｊを通るｚｘ面と平行な断面における導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの断面図である。
【００４４】
ポスト壁１２ａは、上述したように、柵状に配列されたＭ個の導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭの集合であり、各導体ポスト１２ａｉは、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状又は円柱状導体である。
【００４５】
導体ポスト１２ａｉは、例えば図２に示すように、第１の導体層１１、第１の誘電体層１２、及び第２の導体層１３に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキ層により構成することができる（この場合、導体ポスト１２ａｉは、円筒状の導体と見做せる）。
【００４６】
導体ポスト１２ａｉは中空構造であってもよいし、内部が任意の誘電体又は導体で満たされていてもよい（導体で満たされている場合、導体ポスト１２ａｉは、円柱状の導体と見做せる）。
【００４７】
制御壁１２ｃｊは、上述したように、柵状に配列された５つの導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５の集合であり、各導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５は、その上端が第１の導体層１１に接続され、その下端が第２の導体層１３に接続された円筒状又は円柱状導体である。
【００４８】
導体ポスト１２ｃｊｋは、例えば図２に示すように、第１の誘電体層１２に形成された貫通孔の壁面に形成された導体メッキ層により構成することができる（この場合、導体ポスト１２ｃｊｋは、円筒状の導体と見做せる）。導体ポスト１２ｃｊｋは、中空構造であってもよいし、内部が任意の誘電体又は導体で満たされていてもよい（導体で満たされている場合、導体ポスト１２ｃｊｋは、円柱状の導体と見做せる）。
【００４９】
〔制御壁及びスロットの配置〕
次に、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａにおけるスロット１１ｄ１〜１１ｄ６及び制御壁１２ｃ１〜１２ｃ６の配置について、図３を参照して説明する。図３は、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの導波路１Ａ１の平面図である。なお、図３においては、ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭを図示する代わりに、その壁芯面（ポスト壁１２ａを構成する導体ポスト１２ａ１〜１２ａＭの中心軸が張る平面）を図示している。
【００５０】
各スロット１１ｄｊ（ｊ＝１，２，…，６）は、導波路１Ａ１の上部広壁に形成された、導波路１Ａ１の管軸と略平行（本実施形態においては平行）な長辺を有する長方形の開口であり、スロット１１ｄ１〜ｄ６は、導波路１Ａ１の管軸に沿って並べられている。スロット１１ｄ１〜ｄ６は、上部広壁の中心軸Ｌ（導波路１Ａ１の管軸の上部広壁への正射影）の左側に並べられていてもよいし右側に並べられていてもよいが、本実施形態においては前者の配置が採用されている。
【００５１】
各スロット１１ｄｊの長さ（長辺の長さ）Ｌｓｊは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの管内波長λｇの１／２程度であればよく、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６の等振幅励振を実現するべく、後述するようにスロット毎に個別の値に設定されている。各スロット１１ｄｊの幅（短辺の長さ）Ｗｓｊは、特に限定されないが、本実施形態においては一律０．２ｍｍに設定されている。
【００５２】
導波路１Ａ１の管軸に沿って測った、互いに隣接する２つのスロット１１ｄｊ，１１ｄｊ＋１（ｊ＝１，２，…，５）の中心間隔Ｄは、導波路型スロットアレイアンテナ１Ａの管内波長λｇと同程度であればよく、本実施形態においては一律３．４ｍｍに設定されている。
【００５３】
各スロット１１ｄｊのオフセット量Δｊ、すなわち、導波路１Ａ１の上部広壁の中心軸Ｌからそのスロット１１ｄｊまでの距離は、導波路幅Ｗ（本実施形態においては、１．９４ｍｍに設定されている）の１／２からそのスロット１１ｄｊのスロット幅Ｗｓｊ（本実施形態においては０．２ｍｍに設定されている）を引いた差Ｗ／２−Ｗｓｊよりも小さければよく、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６の等振幅励振を実現するべく、後述するようにスロット毎に個別の値に設定されている。なお、本実施形態の構成においては、スロット１１ｄｊの右側長辺と導波路１Ａ１の上部広壁の中心軸Ｌとの距離がオフセット量Δｊとなる。
【００５４】
各制御壁１２ｃｊ（ｊ＝１，２，…，６）は、導波路１Ａ１の内部に形成された、導波路１Ａ１の管軸と略直交（本実施形態においては直交）する壁芯面を有する壁であり、その壁芯面の延長が対応するスロット１１ｄｊの中央付近と交差するように配置されている。制御壁１２ｃｊが複数の導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５により構成されている場合には、これらの導体ポスト１２ｃｊ１〜１２ｃｊ５の中心軸が張る面を壁芯面となる。各制御壁１２ｃｊは、対応するスロット１１ｄｊの右側に配置されていてもよいし左側に配置されていてもよいが、本実施形態においては前者の配置が採用されている。
【００５５】
各制御壁１２ｃｊの幅Ｗｃｊは、導波路１Ａ１の幅Ｗの１／２程度であればよく、本実施形態においては一律０．８ｍｍに設定されている。なお、本実施形態の構成においては、右端の導体ポスト１２ｃｊ１の中心軸と左端の導体ポスト１２ｃｊ５の中心軸との距離が制御壁１２ｃｊの幅Ｗｃｊとなる。
【００５６】
各制御壁１２ｃｊの対応するスロット１１ｄｊに対する相対位置は、２つのパラメータｄｘｊとｄｙｊとにより規定される。ここで、ｄｘｊは、導波路１Ａ１の上部広壁において、その中心軸Ｌに直交する軸（図３におけるｘ軸）に沿って測った、スロット１１ｄｊの右端（制御壁１２ｃｊ側の長辺）から制御壁１２ｃｊまでの距離である。換言すれば、導波路１Ａ１の上部広壁に直交する方向から見た、スロット１１ｄｊから制御壁１２ｃｊまでの距離である。本実施形態の構成においては、左端の導体ポスト１２ｃｊ５の上端面の中心点から、スロット１１ｄｊの右側長辺に下した垂線の長さがｄｘｊとなる。一方、ｄｙｊは、導波路１Ａ１の上部広壁において、その中心軸Ｌに平行な軸（図３におけるｙ軸）に沿って測った、スロット１１ｄｊの後端（入射側の短辺）から制御壁１２ｃｊまでの距離である。本実施形態の構成においては、各導体ポスト１２ｃｊｋの上端面の中心点から、スロット１１ｄｊの後側短辺の延長線に下した垂線の長さがｄｙｊとなる。これら２つのパラメータｄｘｊ，ｄｙｊは、スロット１１ｄ１〜１１ｄ６の等振幅励振を実現するべく、後述するようにスロット毎に個別の値に設定される。
【００５７】
〔各スロットに関するパラメータの設定例〕
次に、各スロット１１ｄｊに関するパラメータＬｓｊ、ｄｘｊ、ｄｙｊ、Δｊの設定例について説明する。
【００５８】
まず、各スロット１１ｄｊの長さＬｓｊと、そのスロット１１ｄｊの結合量Ｃｊ及び共振周波数ｆｊとの間には、以下の関係がある。すなわち、長さＬｓｊを長くすると、結合量Ｃｊは大きくなるが、共振周波数ｆｊは低くなる、という関係である。また、各スロット１１ｄｊから対応する制御壁１２ｃｊまでの距離ｄｘｊ（ｄｘｊのより正確な定義については前節を参照のこと）と、そのスロット１１ｄｊの共振周波数ｆｊとの間には、以下の関係がある。すなわち、距離ｄｘｊを小さくすると、共振周波数ｆｊは高くなる、という関係である。
【００５９】
このため、あるスロット１１ｄｊの長さＬｓｊを長くすると共に、そのスロット１１ｄｊから対応する制御壁１２ｃｊまでの距離ｄｘｊを小さくすれば、そのスロット１１ｄｊの共振周波数を殆ど変化させることなく、そのスロット１１ｄｊの結合量Ｃｊを大きくすることができる。また、あるスロット１１ｄｊの長さＬｓｊを短くすると共に、そのスロット１１ｄｊから対応する制御壁１２ｃｊまでの距離ｄｘｊを大きくすれば、そのスロット１１ｄｊの共振周波数ｆｊを殆ど変化させることなく、そのスロット１１ｄｊの結合量Ｃｊを小さくすることができる。
【００６０】
図４は、（１）Ｌｊ＝１．６５ｍｍ、ｄｘｊ＝０．６２ｍｍ、ｄｙｊ＝０．８８７ｍｍ、Δｊ＝０．６５ｍｍと設定した場合と、（２）Ｌｊ＝１．９ｍｍ、ｄｘｊ＝０．４２ｍｍ、ｄｙｊ＝１．０１２ｍｍ、Δｊ＝０．６５ｍｍと設定した場合とについて、スロット１１ｄｊの結合量Ｃｊの周波数依存性を示すグラフである。
【００６１】
図４を参照すると、以下のことが確かめられる。すなわち、オフセット量Δｊを同一の値（０．６５）が同一の値に設定されていても、長さＬｊが異なる値（１．６５，１．９）に設定されていれば、各周波数における結合量Ｃｊを異なる値にできることが確かめられる。また、長さＬｊが大きな値（１．９）に設定されている場合の方が、長さＬｊが小さな値（１．６５）に設定されている場合よりも、結合量Ｃｊが大きくなることが確かめられる。
【００６２】
本実施形態においては、これらの事実に基づいて、各スロット１１ｄｊに関するパラメータＬｓｊ，ｄｘｊ，ｄｙｊ，Δｊを、下記の表１に示すように設定する。
【００６３】
【表１】
0006033349.tif 000002
【００６４】
各スロット１１ｄｊに関するパラメータＬｓｊ，ｄｘｊ，ｄｙｊ，Δｊを、上記の表１に示すように設定すると、各スロット１１ｄｊの結合量Ｃｊは、以下のようになる。
【００６５】
Ｃ１＝0.166（≒1/6）、
Ｃ２＝0.2  （＝1/5）、
Ｃ３＝0.25 （＝1/4）、
Ｃ４＝0.33 （≒1/3）、
Ｃ５＝0.50 （＝1/2）、
Ｃ６＝0.65。
【００６６】
したがって、１Ｗの電力を入力したときに各スロット１１ｄｊから出力される電力Ｐｊは、以下のようになる。
【００６７】
Ｐ１＝1×0.166＝0.166 Ｗ、
Ｐ２＝（1−0.166）×0.2＝0.1668 Ｗ、
Ｐ３＝（1−0.166−0.1668）×0.25＝0.1688 Ｗ、
Ｐ４＝（1−0.166−0.1668−0.1668）×0.33＝0.165132 Ｗ、
Ｐ５＝（1−0.166−0.1668−0.1668−0.165132）×0.5＝0.167634 Ｗ、
Ｐ６＝（1−0.166−0.1668−0.1668−0.165132−0.167634）×0.65＝0.1089 Ｗ。
【００６８】
すなわち、各スロット１１ｄｊに関するパラメータＬｓｊ，ｄｘｊ，ｄｙｊ，Δｊを上記の表１に示すように設定すると、給電部から最も遠いスロット１１ｄ６以外のスロット１１ｄ１〜１１ｄ５において、等振幅励振が実現される。
【００６９】
表１において注目すべきは、以下の点である。
【００７０】
（１）スロット１１ｄ１〜１１ｄ６（スロット群）に含まれる４つの連続するスロット１１ｄ１〜１１ｄ４に関して、長さＬｓ１〜Ｌｓ４を給電部から遠ざかるに従って次第に大きくすることによって、オフセット量Δ１〜Δ４が均一であっても、結合量Ｃ１〜Ｃ４を給電部から遠ざかるに従って次第に大きくすることができ、その結果、これらのスロット１１ｄ１〜１１ｄ４から出力される電磁波の振幅を均一又は略均一にすることができる点。
【００７１】
（２）スロット１１ｄ１〜１１ｄ６（スロット群）に含まれる４つの連続するスロット１１ｄ１〜１１ｄ４に関して、対応する制御壁１２ｃ１〜１２ｃ４までの距離ｄｘ１〜ｄｘ４を給電部から遠ざかるに従って次第に小さくすることによって、長さＬｓ１〜Ｌｓ４が給電部から遠ざかるに従って次第に大きくなっても、共振周波数ｆ１〜ｆ４を概ね一律にすることができる点。
【００７２】
（３）オフセット量Δｊが０．６５ｍｍ以下であり、その結果、スロット１１ｄｊと導波路１Ａ１の左狭壁との間の間隔（Ｗ／２−Ｗｓｊ−Δｊ）が０．３ｍｍ以上である点。
【００７３】
なお、上述したとおり、等振幅励振を実現するために要求される結合量Ｃｊが比較的小さい（具体的には０．５よりも小さい）スロット１１ｄ１〜１１ｄ４、すなわち、給電部に近いスロット１１ｄ１〜１１ｄ４については、長さＬｓｊを変化させることによって、オフセット量Δ１〜Δ４を変化させることなく、所望の結合量Ｃ１〜Ｃ４を得ている。これに対して、等振幅励振を実現するために要求される結合量Ｃｊが比較的大きい（具体的には０．５以上）スロット１１ｄ５〜１１ｄ６、すなわち、給電部から遠いスロット１１ｄ５〜１１ｄ６については、長さＬｓ５〜Ｌｓ６を変化させると共に、オフセット量Δ５〜Δ６を変化させることによって、所望の結合量Ｃ５〜Ｃ６を得ている。
【００７４】
このように、長さＬｓｊ及びオフセット量Δｊの両方を変化させることにより、給電部から遠いスロット１１ｄ５についても、等振幅励振を実現するために要求される結合量Ｃ５（０．５）を得ることができる。なお、給電部から最も遠いスロット１１ｄ６について、等振幅励振を実現するために要求される結合量Ｃ６は、１である。しかしながら、スロット１１ｄ６の結合量Ｃ６を１にすることは、原理的に不可能である。そこで、本実施形態では、スロット１１ｄ６の結合量Ｃ６ができるだけ大きくなるように（具体的には０．６５になるように）、すなわち、照度分布ができるだけ等振幅励振に近づくように、パラメータＬｓ６、ｄｘ６、ｄｙ６、Δ６の値を設定している。
【００７５】
（効果の検証）
次に、各スロット１１ｄｊに関するパラメータＬｓｊ、ｄｘｊ、ｄｙｊ、Δｊを上記の表１に示すように設定した場合（実施例）と、パラメータＬｓｊ、ｄｘｊ、ｄｙｊ、Δｊを各スロット１１ｄｊの結合量Ｃｊが一律０．３４となるように設定した場合（比較例）とで、得られる利得を比較する。
【００７６】
図５は、実施例及び比較例に関するｚｘ面内における利得の方向依存性を示すグラフである。図５に示すグラフにおいて、横軸θは、ｘ軸正方向が＋９０°、ｚ軸正方向が０°、ｘ軸負方向が−９０°となるように取っている。
【００７７】
図５を参照すると、以下のことが確かめられる。すなわち、実施例においても比較例においても、ｚ軸正方向における利得が最も高くなることが確かめられる。また、実施例と比較例とを比べると、実施例の指向性の方が比較例の指向性よりも鋭く、実施例の最大利得（ｚ軸正方向の利得）の方が比較例の最大利得よりも大きいことが確かめられる。
【００７８】
〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施形態に含まれる各技術的手段を適宜組み合わせて得られる他の実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７９】
例えば、上述した実施形態においては、導波路の広壁に形成されたスロット群に含まれる、給電部に最も近いスロットを含む連続する４個のスロットが、（１）導波路の管軸に沿って測ったスロットの長さが給電部から遠ざかるに従って長くなり、（２）導波路の広壁に直交する方向から見たスロットから対応する制御壁までの距離が上記給電部から遠ざかるに従って短くなるという条件を満たすものとしているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、これらの条件を満たす２個以上の連続するスロットが存在する場合、それらのスロットが給電部に最も近いスロットを含むか否かに依らず、これらの条件を満たす２個以上の連続するスロットが存在しない場合と比べて、利得を最大値（全てのスロットを等振幅励振した場合の利得）に近づけるという効果を奏する。
【００８０】
例えば、上述した実施形態においては、導波路型スロットアレイアンテナに対する給電を、導波管を用いて行う構成（図１参照）を採用したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、例えば、導波路型スロットアレイに対する給電を、マイクロストリップ線路を用いて行う構成を採用してもよい。
【００８１】
また、上述した実施形態においては、スロットを左狭壁に沿って配置し、その右側に対応する制御壁を配置する構成（図３参照）を採用したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、例えば、スロットを右狭壁に沿って配置し、その左側に対応する制御壁を配置する構成を採用してもよい。また、右狭壁に沿うスロットと左狭壁に沿うスロットとを交互に配置し、右狭壁に沿うスロットの左側と左狭壁に沿うスロットの右側とに制御壁を配置する構成を採用してもよい。この場合、導波路の管軸に沿って測った、互いに隣接する右側スロットと左側スロットとの中心間隔は、管内波長λｇの１／２にすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、例えば、通信装置やレーダ装置などに搭載される、導波管スロットアレイアンテナや導波路スロットアレイなどに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１                アンテナモジュール
１Ａ                導波路型スロットアレイアンテナ
１Ａ１              導波路
１１                第１の導体層（広壁）
１１ｄｊ            スロット
１２                第１の誘電体層
１２ａ              ポスト壁
１２ａｉ            導体ポスト
１２ｃｊ            制御壁
１２ｃｊｋ          導体ポスト
１３                第２の導体層
１３ａ              開口
１Ｂ                導波管
１Ｂ１              導波路
Ｌｓｊ              スロットの長さ
ｄｘｊ              スロットから対応する制御壁までの距離
Δｊ                スロットのオフセット
【図１】
0006033349.tif 000003
【図２】
0006033349.tif 000004
【図３】
0006033349.tif 000005
【図４】
0006033349.tif 000006
【図５】
0006033349.tif 000007
【図６】
0006033349.tif 000008