(57)【要約】本発明は、単純構成、低コスト及び高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報を取得可能な、マイクロ波・ミリ波センサ装置に関する。本発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置において、表面側誘電体基板（１０）と裏面側誘電体基板（１１）の間に内層ＧＮＤ（１２）を介在させた平面放射型発振器基板（Ｓ１）は、表面層（１６）側に一対の導体パッチ（４，４）を軸対象に備え、マイクロ波トランジスタ（１）のゲート（２）及びドレイン（３）を導体パッチ（４，４）に各々接続し、マイクロ波トランジスタ（１）のゲート（２）及びドレイン（３）にゲート側ＲＦチョーク回路５ａ及びドレイン側チョーク回路５ｂにより給電し、ソース（８）には発振条件を満たすインピーダンス線路（９）を接続し、平面放射型発振器としてＲＦ帯の送信ＲＦ信号を送信すると共に、被測定物からの反射波である受信ＲＦ信号を受信してホモダインミキシングによりＩＦ信号を検知情報として取得する。
2008120826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、
該放射型発振器の発振放射波が送信ＲＦ信号であり、該送信ＲＦ信号の被測定物による反射波が受信ＲＦ信号であり、
該受信ＲＦ信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダインミキシングによりＩＦ信号を取得し、
ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたことを特徴とする、マイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項２】
前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、
前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流入電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、
該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項３】
前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、
前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流出電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、
該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項４】
前記放射型発振器には発振安定化用共振キャビティを設け、該発振安定化用共振キャビティと放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項５】
前記放射型発振器の放射面側には、送信ＲＦ信号の放射指向性を高め得るホーン構造を設けるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第４項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項６】
前記放射型発振器の放射面から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性濾波手段を備えることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第５項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項７】
前記放射型発振器を搭載可能な接地導体面を備える筐体と、該筐体の接地導体面からλ／２波長又はその整数倍の電気長分離れた放射面側に部分透過性反射面を配置し、
相対向する部分透過性反射面と接地導体面とにより、ビーム放射型共振器を構成するようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第６項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項８】
前記放射型発振器の放射面側に、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を配置し、
一方の反射面の反射率をＲ１、他方の反射面の反射率をＲ２とし、Ｒ１＞Ｒ２の場合に、反射率の小さいＲ２面側を前記放射面側と対向させ、そのビーム放射型共振器と放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第６項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項９】
前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子へ給電する直流バイアス値を変化させることにより、発振周波数または発振振幅を変化させるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第８項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１０】
前記送信ＲＦ信号の発振周波数を決定する共振キャビティに、可変容量素子によるインピーダンス可変部を設け、可変容量素子に印加する外部信号により発振周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１項乃至第８項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１１】
前記放射型発振器へ外部インジェクションロック信号を供給可能とし、発振周波数を安定化するようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第８項の何れか１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１２】
前記外部インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、送信ＲＦ信号の発振周波数を変化させるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１１項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１３】
共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、
該放射型発振器の放射面より放射した発振ＲＦ信号の所望の高調波を選別して透過させる高調波選別手段を備え、
発振ＲＦ信号の所望の高調波が送信高調波信号であり、該送信高調波信号の被測定物による反射波が受信高調波信号であり、
該受信高調波信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、
ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたことを特徴とする、マイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１４】
前記高調波選別手段は、前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性回路パターン面としたことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１５】
前記高調波選別手段は、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置し、そのビーム放射型共振器の共振周波数が所望の高調波の周波数となるようにしたことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【請求項１６】
前記高調波選別手段は、所望の高調波を選別して通過させて放射する導波管濾波器としたことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載のマイクロ波・ミリ波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波・ミリ波帯の信号を被測定物に当て、被測定物からの反射波を受信して被測定物に関する情報を検知（例えば、動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等）するマイクロ波・ミリ波センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、トランジスタ発振器回路またはＧＵＮＮダイオード発振回路、ダイオードミキサ回路、アンテナ、結合器、分配器、送受分離用サーキュレータなど、それぞれ個別の機能回路をマイクロストリップラインなどの伝送線路により接続して構成されている。このような従来のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、一般に、発振回路の発振信号を送信ＲＦ信号として用い、かつ、その発振信号を分配回路にて一部取り出し、ミキサ回路用ローカル信号としても用い、このミキサをホモダイン型ダウンコンバータとして機能させることで、受信ＲＦ信号をＩＦ信号に変換するホモダイン型センサ方式のマイクロ波・ミリ波センサ装置である。
このような、個別の機能回路を接続することで構成したマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、回路の高密度集積化に限界があり、また、とりわけミリ波帯ではそれら機能回路間の接続部や伝送線路による損失が回路性能劣化の大きな原因となるため、発振器回路、ミキサ回路、アンテナなどを集積化した構成のホモダイン型センサまたはホモダイン型ダウンコンバータが提案されている。
例えば、非特許文献１”Ｃ．Ｍ．Ｍｏｎｔｉｅｌ，’Ａ  Ｓｅｌｆ−ｍｉｘｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ａｎｔｅｎｎａ  ｆｏｒ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｖｅｈｉｃｌｅ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ’，ＭＴＴ−Ｓ  Ｄｉｇｅｓｔ，１９９６”には、発振素子兼ミキシング素子として用いているＧＵＮＮダイオードを円形導体パッチ内に直接実装し、円形導体パッチに接続されているＤＣブロックキャパシタ付きバイアスＴｅｅ回路からＩＦ信号を取り出すものが開示されている。
また、非特許文献２”Ｒｏｂｅｒｔ  Ａ．Ｆｌｙｎｔ，’Ｌｏｗ  Ｃｏｓｔ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｃｔ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ  ｆｏｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ’，ＭＴＴ−１０  ｖｏｌ．４４  Ｏｃｔ．，１９９６”には、チップキャパシタにて容量的に結合した２つの半円形導体パッチの中央に発振素子として用いるＦＥＴを配置し、ドレイン側導体パッチ内にミキシング素子として用いるショットキー・バリア・ダイオードを直接実装したものが開示されている。
また、非特許文献３”Ｍ．Ｊ．Ｋｅｌｌｙ，’ＨＢＴ  ａｃｔｉｖｅ  ａｎｔｅｎｎａ  ａｓ  ａ  ｓｅｌｆ−ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｓｅｎｓｏｒ’，ＩＥＥ  Ｐｒｏｃ．Ｍｉｃｒｏｗ．Ａｎｔｅｎｎａｓ  Ｐｒｏｐｅｒｇ．，ｖｏｌ．１４７，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．，２０００”には、給電インピーダンスが５０オームの一般的な方形導体パッチアンテナの給電点に、そのパッチアンテナとは別個に設計された５０オーム負荷用の通常のマイクロストリップライン型トランジスタ発振回路を同一平面上で接続し、そのトランジスタを発振素子兼ミキシング素子として用い、受信ＲＦ信号は通常の方形導体パッチアンテナから入力し、コレクタとエミッタとの間に印加される、ＩＦ信号は、トランジスタのドレイン側ＲＦチョークと直流電源との間に２０オームの抵抗を配置し、その抵抗のチョーク側の端子から電圧として取り出す構造のものが開示されている。
しかしながら、非特許文献１に記載された発明のように、円形導体パッチ内にＧＵＮＮダイオードを直接実装した構成では、伝送線路による電力損失は無いものの、ＧＵＮＮダイオード自体のＤＣ／ＲＦ変換効率がトランジスタに比べて非常に悪いため、消費電力が多くなり、高い放熱構造を採用しなければ安定動作を期せない。また、ＧＵＮＮダイオードはトランジスタに比べて、高いＲＦ／ＩＦ変換利得を期待できないため、検出感度の点で不利である。さらに、非特許文献１に記載の発明では、平面導体パッチ型放射構造を採用しているものの、単純構成・低コスト・高電力効率を期せるセンサ装置を実現し得るものではない。
また、非特許文献１に記載された発明のように、チップキャパシタにて容量的に結合した２つの半円形導体パッチの中央に発振用ＦＥＴを配置し、ドレイン側導体パッチ内にミキシング用のショットキー・バリア・ダイオードを直接実装した構成では、複数のＲＦ帯部品を導体パッチ内に配置していることから、複雑な構成とならざるを得ない。加えて、チップキャパシタによる容量的結合は、ミリ波帯での実現が困難であり、ミキシング用にショットキー・バリア・ダイオードを用いているため、トランジスタに比べて高いＲＦ／ＩＦ変換利得を期待できず、検出感度の点で不利である。
また、非特許文献３に記載された発明のように、５０Ω給電用に設計した方形導体パッチアンテナの給電点に、５０Ω負荷用に設計されたマイクロストリップライン型トランジスタ発振回路を同一平面上で単に接続した構成では、方形パッチアンテナと発振回路のマイクロストリップライン導体との間に避け難い結合が生ずるため、発振回路の導体パターンが、放射出力、放射パターン、発振周波数特性に影響を及ぼす。非特許文献３に記載された発明は、このような欠点があるので、現実的に扱い難い。しかも、非特許文献３に記載された発明は、出力インピーダンスが５０オームの一般的なマイクロストリップライン発振回路に、入力インピーダンス５０オームの一般的なマイクロストリップライン方形パッチアンテナが接続された構成であるから、アンテナと発振回路が渾然一体となっておらず、特にミリ波帯においては、発振のためのフィードバック回路などを構成しているマイクロストリップライン部による電力損失が大きくなるため、効率の点で不利である。
そこで、本発明は、単純構成・低コスト・高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等を行うためのＩＦ信号）を取得可能なマイクロ波・ミリ波センサ装置の提供を目的とする。
【発明の開示】
【０００３】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、該放射型発振器の発振放射波が送信ＲＦ信号であり、該送信ＲＦ信号の被測定物による反射波が受信ＲＦ信号であり、該受信ＲＦ信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダインミキシングによりＩＦ信号を取得し、ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたことを特徴とする。
本発明の第２の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明において、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流入電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
本発明の第３の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明において、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流出電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたことを特徴とする。
本発明の第４の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第３発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器には発振安定化用共振キャビティを設け、該発振安定化用共振キャビティと放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第５の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第４発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器の放射面側には、送信ＲＦ信号の放射指向性を高め得るホーン構造を設けるようにしたことを特徴とする。
本発明の第６の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第５発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器の放射面から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性濾波手段を備えることを特徴とする。
本発明の第７の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第６発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器を搭載可能な接地導体面を備える筐体と、該筐体の接地導体面からλ／２波長又はその整数倍の電気長分離れた放射面側に部分透過性反射面を配置し、相対向する部分透過性反射面と接地導体面とにより、ビーム放射型共振器を構成するようにしたことを特徴とする。
本発明の第８の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第６発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器の放射面側に、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を配置し、一方の反射面の反射率をＲ１、他方の反射面の反射率をＲ２とし、Ｒ１＞Ｒ２の場合に、反射率の小さいＲ２面側を前記放射面側と対向させ、そのビーム放射型共振器と放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第９の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第８発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子へ給電する直流バイアス値を変化させることにより、発振周波数または発振振幅を変化させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第１０の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第８発明のいずれかの発明において、前記送信ＲＦ信号の発振周波数を決定する共振キャビティに、可変容量素子によるインピーダンス可変部を設け、可変容量素子に印加する外部信号により発振周波数を変化させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第１１の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１発明から第８発明のいずれかの発明において、前記放射型発振器へ外部インジェクションロック信号を供給可能とし、発振周波数を安定化するようにしたことを特徴とする。
本発明の第１２の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１１発明において、前記外部インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、送信ＲＦ信号の発振周波数を変化させるようにしたことを特徴とする。
本発明の第１３の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、該放射型発振器の放射面より放射した発振ＲＦ信号の所望の高調波を選別して透過させる高調波選別手段を備え、発振ＲＦ信号の所望の高調波が送信高調波信号であり、該送信高調波信号の被測定物による反射波が受信高調波信号であり、該受信高調波信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたことを特徴とする。
本発明の第１４の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１３発明において、前記高調波選別手段が、前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性回路パターン面としたことを特徴とする。
本発明の第１５の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１３発明において、前記高調波選別手段が、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置し、そのビーム放射型共振器の共振周波数が所望の高調波の周波数となるようにしたことを特徴とする。
本発明の第１６の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、上記第１３発明において、前記高調波選別手段が、所望の高調波を選別して通過させて放射する導波管濾波器としたことを特徴とする。
本発明の第１の発明によれば、共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、該放射型発振器の発振放射波が送信ＲＦ信号であり、該送信ＲＦ信号の被測定物による反射波が受信ＲＦ信号であり、該受信ＲＦ信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダインミキシングによりＩＦ信号を取得し、ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたので、放射型発振器が元来もつ高効率放射特性および高効率受信特性に加え、３電極高周波増幅素子の増幅利得をＩＦ帯においても同時に利用して高いＲＦ／ＩＦ変換効率を達成し、単純構成・低コスト・高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等を行うためのＩＦ信号）を取得可能なマイクロ波・ミリ波センサ装置を実現できる。
また、本発明の第２の発明によれば、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流入電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたので、高周波トランジスタがＲＦ帯発振動作をすると同時にＩＦ帯増幅動作をし、総合的に高いＲＦ／ＩＦ変換効率を達成できる。よって、単純構成・低コスト・高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等を行うためのＩＦ信号）を取得可能なマイクロ波・ミリ波センサ装置を実現できる。言い換えれば、本発明の第２の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高効率受信特性による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、ＩＦ増幅による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、を単一センサ素子で実現し、相乗効果を得ている点が特徴である。つまり、ＲＦ送信アンテナ，ＲＦ受信アンテナ，ＲＦ発振器，ＲＦミキサ，ＩＦ増幅器の各機能が渾然一体となっており、単にそれらの各機能を密集して接続した装置ではないがゆえ、マイクロ波ミリ波帯において有利な構成のセンサ装置を提供することができる。
また、本発明の第３の発明によれば、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子における３電極は、被制御電流流入電極と被制御電流流出電極と制御電極であり、前記３電極高周波増幅素子の被制御電流流出電極に、直流バイアス電圧およびＩＦ信号が通過しＲＦ信号を阻止するＲＦチョーク回路を接続し、該ＲＦチョーク回路と直流電源の給電路との間にＩＦ帯負荷手段を挿入し、該ＩＦ帯負荷手段と前記ＲＦチョーク回路との間より前記ＩＦ信号を取り出すようにしたので、高周波トランジスタがＲＦ帯発振動作をすると同時にＩＦ帯増幅動作をし、総合的に高いＲＦ／ＩＦ変換効率を達成できる。よって、単純構成・低コスト・高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等を行うためのＩＦ信号）を取得可能なマイクロ波・ミリ波センサ装置を実現できる。言い換えれば、本発明の第３の発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高効率受信特性による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、ＩＦ増幅による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、を単一センサ素子で実現し、相乗効果を得ている点が特徴である。つまり、ＲＦ送信アンテナ，ＲＦ受信アンテナ，ＲＦ発振器，ＲＦミキサ，ＩＦ増幅器の各機能が渾然一体となっており、単にそれらの各機能を密集して接続した装置ではないがゆえ、マイクロ波ミリ波帯において有利な構成のセンサ装置を提供することができる。
また、本発明の第４の発明によれば、前記放射型発振器には発振安定化用共振キャビティを設け、該発振安定化用共振キャビティと放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたので、放射型発振器における発振周波数の安定化を期せる。
また、本発明の第５の発明によれば、前記放射型発振器の放射面側には、送信ＲＦ信号の放射指向性を高め得るホーン構造を設けるようにしたので、ある開口を確保して放射ビームを鋭くし、検知感度を高めることが可能となる。
また、本発明の第６の発明によれば、前記放射型発振器の放射面から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性濾波手段を備えるので、不要信号の輻射を抑圧することが可能である。
また、本発明の第７の発明によれば、前記放射型発振器を搭載可能な接地導体面を備える筐体と、該筐体の接地導体面からλ／２波長又はその整数倍の電気長分離れた放射面側に部分透過性反射面を配置し、相対向する部分透過性反射面と接地導体面とにより、ビーム放射型共振器を構成するようにしたので、放射型発振器の発振ＲＦ信号は安定化され、共振周波数以外の信号は放射されないことから、不要輻射を防止することができ、共振周波数以外の不要な外部電波は入射されないために誤動作を防止できる。
また、本発明の第８の発明によれば、前記放射型発振器の放射面側に、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を配置し、一方の反射面の反射率をＲ１、他方の反射面の反射率をＲ２とし、Ｒ１＞Ｒ２の場合に、反射率の小さいＲ２面側を前記放射面側と対向させ、そのビーム放射型共振器と放射型発振器とを電磁界結合させるようにしたので、放射型発振器の発振ＲＦ信号は安定化され、共振周波数以外の信号は放射されないことから、不要輻射を防止することができ、共振周波数以外の不要な外部電波は入射されないために誤動作を防止できる。
また、本発明の第９の発明によれば、前記放射型発振器の３電極高周波増幅素子へ給電する直流バイアス値を変化させることにより、発振周波数または発振振幅を変化させるようにしたので、ＦＭ−ＣＷセンサ動作、パルスセンサ動作などが可能となり、被測定物の位置情報などを検知できる。
また、本発明の第１０の発明によれば、前記送信ＲＦ信号の発振周波数を決定する共振キャビティに、可変容量素子によるインピーダンス可変部を設け、可変容量素子に印加する外部信号により発振周波数を変化させるようにしたので、ＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能となり、被測定物の位置情報などを検知できる。
また、本発明の第１１の発明によれば、前記放射型発振器へ外部インジェクションロック信号を供給可能とし、発振周波数を安定化するようにしたので、放射型発振器の発振をその外部インジェクションロック信号にロックさせ、発振周波数を安定化できる。
また、本発明の第１２の発明によれば、前記外部インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、送信ＲＦ信号の発振周波数を変化させるようにしたので、ＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能となり、被測定物の位置情報などを検知できる。
また、本発明の第１３の発明によれば、共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させるように放射型発振器を構成し、該放射型発振器の放射面より放射した発振ＲＦ信号の所望の高調波を選別して透過させる高調波選別手段を備え、発振ＲＦ信号の所望の高調波が送信高調波信号であり、該送信高調波信号の被測定物による反射波が受信高調波信号であり、該受信高調波信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段により解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うようにしたので、最大動作周波数（ｆｍａｘ）の小さい低コスト低性能の３電極高周波増幅素子を用いて放射型発振器を構成しても、比較的高い周波数でのセンサ装置を実現できる。
また、本発明の第１４の発明によれば、前記高調波選別手段は、前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置され、所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性回路パターン面としたので、簡易な構造で高調波選別手段を実現できる。
また、本発明の第１５の発明によれば、前記高調波選別手段は、部分透過性反射面を２つ対向させて構成したビーム放射型共振器を前記放射型発振器の放射面側から適宜距離を隔てて配置し、そのビーム放射型共振器の共振周波数が所望の高調波の周波数となるようにしたので、簡易な構造で高調波選別手段を実現できる。
また、本発明の第１６の発明によれば、前記高調波選別手段は、所望の高調波を選別して通過させて放射する導波管濾波器としたので、ある開口を導波管口から確保して放射ビームを鋭くし、検知感度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第２図は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第３図は、平面放射型発振器における導体パッチおよびマイクロ波トランジスタの構成説明図である。
第４図は、ＩＦ信号取出用の抵抗を変化させた場合における出力電圧の変化特性図である。
本発明の第２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第５図は、第２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第６図は、第３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第７図は、第４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第８図は、第５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第９図は、第６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１０図は、第７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１１図は、第８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１２図は、第９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１３図は、第１０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１４図は、第１１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１５図は、第１２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１６図は、第１３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１７図は、第１４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１８図は、第１５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第１９図は、第１６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第２０図は、第１７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第２１図は、第１８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第２２図は、第１９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第２３図は、第２０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第２４Ａ図、第２４Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第１構成例の模式図であり、第２４Ａ図は該模式図の表面図、第２４Ｂ図は第２４Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第２５Ａ図、第２５Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第２構成例の模式図であり、第２５Ａ図は該模式図の表面図、第２５Ｂ図は第２５Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第２６Ａ図、第２６Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第３構成例の模式図であり、第２６Ａ図は該模式図の表面図、第２６Ｂ図は第２６Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第２７Ａ図、第２７Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第４構成例の模式図であり、第２７Ａ図は該模式図の表面図、第２７Ｂ図は第２７Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第２８Ａ図、第２８Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第５構成例の模式図であり、第２８Ａ図は該模式図の表面図、第２８Ｂ図は第２８Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第２９Ａ図、第２９Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第６構成例の模式図であり、第２９Ａ図は該模式図の表面図、第２９Ｂ図は第２９Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３０Ａ図、第３０Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第７構成例の模式図であり、第３０Ａ図は該模式図の表面図、第３０Ｂ図は第３０Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３１Ａ図、第３１Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第８構成例の模式図であり、第３１Ａ図は該模式図の表面図、第３１Ｂ図は第３１Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３２Ａ図、第３２Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第９構成例の模式図であり、第３２Ａ図は該模式図の表面図、第３２Ｂ図は第３２Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３３Ａ図、第３３Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第１０構成例の模式図であり、第３３Ａ図は該模式図の表面図、第３３Ｂ図は第３３Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３４Ａ図、第３４Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第１１構成例の模式図であり、第３４Ａ図は該模式図の表面図、第３４Ｂ図は第３４Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３５Ａ図、第３５Ｂ図は、本発明に適用可能な共振キャビティの第１２構成例の模式図であり、第３５Ａ図は該模式図の表面図、第３５Ｂ図は第３５Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３６Ａ図、第３６Ｂ図、第３６Ｃ図は、第２１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第３７図は、第２１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第３８Ａ図、第３８Ｂ図は、第２２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図であり、第３８Ａ図は該模式図の表面図、第３８Ｂ図は第３８Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第３９Ａ図、第３９Ｂ図は、第２３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図であり、第３９Ａ図は該模式図の表面図、第３９Ｂ図は第３９Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第４０Ａ図、第４０Ｂ図は、第２４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図であり、第４０Ａ図は該模式図の表面図、第４０Ｂ図は第４０Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第４１Ａ図、第４１Ｂ図は、第２５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図であり、第４１Ａ図は該模式図の表面図、第４１Ｂ図は第４１Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。
第４２図は、第２６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略縦断面図である。
第４３図は、第２７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図である。
第４４Ａ図、第４４Ｂ図、第４４Ｃ図は、第２８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第４５Ａ図、第４５Ｂ図、第４５Ｃ図は、第２９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第４６Ａ図、第４６Ｂ図、第４６Ｃ図は、第３０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第４７Ａ図、第４７Ｂ図、第４７Ｃ図は、第３１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第４８Ａ図、第４８Ｂ図、第４８Ｃ図は、第３２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
第４９図は、第３３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成図である。
第５０Ａ図、第５０Ｂ図、第５０Ｃ図は、第３４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の実施形態につき説明する。
（第１実施形態〉
第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図は、第１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成を示すもので、第１Ａ図は放射型発振器基板Ｓ１の表面図、第１Ｂ図は第１Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第１Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ１の裏面図である。放射型発振器基板Ｓ１は、表面側誘電体基板１０と裏面側誘電体基板１１の間に接地導体層である内層ＧＮＤ１２を介在させた３層基板構造とし、この放射型発振器基板Ｓ１の高周波トランジスタ１に直流電源ＤＣ１及びＤＣ２から直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ１から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで処理する。
すなわち、放射型発振器基板Ｓ１は、「共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させる放射型発振器」として機能し、放射型発振器の発振放射波が送信ＲＦ信号であり、該送信ＲＦ信号の被測定物による反射波が受信ＲＦ信号であり、該受信ＲＦ信号を前記放射型発振器で受け、放射型発振器自身によるホモダインミキシングによりＩＦ信号を取得し、ＲＦ帯において発振動作中の前記３電極高周波増幅素子が有する直流からＩＦ帯における増幅利得によって増幅されたＩＦ信号を信号解析処理手段たる信号解析処理部Ｐにより解析及び処理することに基づいて、被測定物の検知を行うことができる。なお、信号解析処理部Ｐは、入力されたＩＦ信号のＡ／Ｄ変換、ＦＦＴ計算等の所望の信号処理、信号解析を行うもので、マイクロ波・ミリ波センサとして検知する検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等）に応じて、処理内容や解析手法を適宜設定すれば良い。また、３電極高周波増幅素子は、小さな電圧または電流によって大きな電流を制御することで増幅機能を実現する素子であり、単体のトランジスタ素子や、単体のトランジスタを複数用いて構成した素子を含むと共に、単体で取り扱えるパーツに限らず、半導体プロセスで半導体ウェハに作り込んだものも含む。この３電極高周波増幅素子における制御電極は、制御電圧を加えたり、制御電流を流入（または流出）させたりする電極で、ゲートやベースに相当する。また、被制御電流流入電極は制御される電流が流入する電極で、被制御電流流出電極は制御される電流が流出する電極であり、素子構造がＮ型かＰ型かに応じて、一方がドレインやコレクタに、他方がソースやエミッタに相当する。
放射型発振器基板Ｓ１の表面側誘電体基板１０の表面層１６側には、一対の導体パッチ４，４を軸対象に設けて放射面を形成すると共に、これら一対の導体パッチ４，４の間に配置した３電極高周波増幅素子としての高周波トランジスタ１に設けられた制御電極としてのゲート２および被制御電流流入電極としてのドレイン３を導体パッチ４，４に各々接続し、高周波トランジスタ１のゲート２にはゲート電圧供給用のゲート側ＲＦチョーク回路５ａを接続し、高周波トランジスタ１のドレイン３にはドレイン電圧供給用のドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂを接続し、高周波トランジスタ１の被制御電流流出電極としてのソース８には発振条件を満たすインピーダンス線路９を接続する。なお、ゲート電圧供給用のゲート側ＲＦチョーク回路５ａおよびドレイン電圧供給用のドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂは、スルーホール部１３を介して放射型発振器基板Ｓ１の裏面側誘電体基板１０の裏面層１７側に形成した導体線路と併せて構成されるものである。
また、放射型発振器基板Ｓ１の裏面層１７側には、ゲート電圧供給用のゲート側ＲＦチョーク回路５ａに直流ゲート電圧を供給するために直流電源ＤＣ１と接続される直流ゲート電圧供給端子６ａ、ドレイン電圧供給用のドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂに直流ドレイン電圧を供給するための直流電源ＤＣ２と接続される直流ドレイン電圧供給端子６ｂ、該直流路レイン電圧供給端子６ｂとドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂとの間に直列に接続されるＩＦ帯負荷手段としての抵抗７、該抵抗７とドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂとの間からＩＦ信号電圧を取り出すＩＦ出力端子１４を設ける。
第２図は、放射型発振器基板Ｓ１に実装する回路構成を示す概略回路図で、第１図と同一の構成には同一符号を付した。なお、三層基板構造の放射型発振器基板Ｓ１においては、表面層１６と内層ＧＮＤ１２と表面側誘電体基板１０とで放射型発振器のＲＦ回路部を構成し、内層ＧＮＤ１２と裏面層１７と裏面側誘電体基板１１とでＲＦチョーク回路およびＩＦ回路が構成されている。
また、導体パッチ４は、共振器、送信アンテナ、さらに受信アンテナとして機能すると共に、帰還回路を構成している。この導体パッチ４の面積・形状設定等と前記高周波トランジスタへの直流給電により波長λであるＲＦ帯の送信ＲＦ信号を発振放射する放射型発振器を実現する。
第３図は、一対の軸対称な導体パッチ４を示すもので、各導体パッチ４は、高周波トランジスタ１のゲート２またはドレイン３に接続される等傾斜角の尖鋭部を具備し、これら先鋭部が互いに近接配置され、この先鋭部を経て幅Ｗが等しくなる平行部の長さをＤ、一対の導体パッチ４の一方端から他方端までの全体の長さ（全長）をＬとする。
斯く構成した導体パッチ４において、高周波トランジスタ１のゲート２またはドレイン３が接続される尖鋭部の広がり角θを調整することで、高周波トランジスタ１と共振器との結合強度を調整でき、また、全長Ｌ、幅Ｗ、平行部の長さＤを適宜に選択することで、発振条件の設定に必要な諸条件の選択の自由度が得られる。また、図示を省略したが、導体パッチ４が設けられる表面層１６と内層ＧＮＤ１２との間隔ｈ（実質的には、表面側誘電体基板１０の厚さ）は、発振波長λの１／１５〜１／５倍の間で設定することにより、安定な発振状態を確保できる。なお、導体パッチ４の構成は特に限定されるものではなく、表面側誘電体基板１０および内層ＧＮＤ１２とで、発振ＲＦ信号に適した共振キャビティを構成できれば、如何様な構造でも構わない。共振キャビティの改変例については、後に説明する。
第１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を動作させるには、まず、直流ドレイン電圧供給端子６ａとＧＮＤ間に直流電圧を印加しＲＦ帯で発振させる。この発振で電波が放射されるので、これを送信ＲＦ信号として被測定物に照射する。このように、アンテナと発振回路が渾然一体となっている放射型発振器が本来有している高効率放射特性はすなわち高効率受信特性でもあり、被測定物からの反射波である受信ＲＦ信号は、高周波トランジスタ１のゲート２とドレイン３との間に低損失で入力印加される。発振中の高周波トランジスタ１に入力された受信ＲＦ信号は、発振ＲＦ信号とのホモダインミキシングによりＩＦ信号を生じさせる。
なお、受信ＩＦ信号電圧は、被測定物が移動時にはドップラービート信号であり、被測定物が静止時には定在波を検出したゼロビートのＤＣ信号である。
高周波トランジスタ１のゲート２とドレイン３、あるいはゲート２とソース８との間に生じたＩＦ信号は、高周波トランジスタ１のドレイン電流を変化させ、その結果、ドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂと直流電源ＤＣ２との間に直列に介挿した抵抗７のＲＦチョーク側端子６ｂに増幅されたＩＦ信号電圧が生じる。
ここで、高周波トランジスタ１は、ＭＯＳ−ＦＥＴを含むＩＧ−ＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  ＦＥＴ）、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＦＥＴ）などの電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、またはＨＢＴ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのバイポーラトランジスタ（ＢＪＴ：Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであり、ＲＦ帯で発振条件を満たす負性抵抗を有し、かつ、同時にＩＦ帯において増幅利得を有するトランジスタである。すなわち、高周波トランジスタ１は、ダイオードに比べ大きいＲＦ帯増幅利得を有するため、高感度なＲＦ受信特性を生じさせる能力があり、また、ＤＣからＩＦ帯においても増幅利得を持つため、ミキシングにより生じたＩＦ信号を増幅する能力がある。このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高周波トランジスタ１のＲＦ帯およびＤＣ〜ＩＦ帯の増幅利得を共に同時に利用することで実現できるものである。
例えば、発振中の高周波トランジスタ１のＩＦ帯におけるトランスコンダクタンス値がｇ［Ｓ］であれば、抵抗７のインピーダンス値Ｒｄが１／ｇ［Ω］より大きい場合に電圧増幅率Ａｖ＝ｇ×Ｒｄ＞１となり、ＩＦ帯での増幅がなされ、高ＲＦ／ＩＦ変換効率が得られる。
ただし、ドレイン側ＲＦチョーク回路５ｂと直流電源ＤＣ２との間に抵抗７を設ける場合、電圧増幅率を上げるためには高抵抗を用いる必要があり、その高抵抗によりドレイン電圧がドロップしてしまうため、直流電源ＤＣ２の給電電圧を上げる必要がある。しかし、あまりに高い抵抗値の抵抗７を用いると、その抵抗内での消費電力が圧倒的になり、放射型発振器の高効率特性を生かすことができない。通常の小信号高周波トランジスタの使用を想定した場合、ドレイン電圧が１〜３［Ｖ］程度、ドレイン電流は５〜２０［ｍＡ］程度、トランスコンダクタンス値は数１０［ｍＳ］であり、５０［Ω］系回路との整合性を考慮しても、現実的な抵抗の値は１０〜５ｋ［Ω］程度が適当である。例えば、ドレイン電圧２［Ｖ］、ドレイン電流が１５［ｍＡ］の場合、１０ｋ［Ω］の抵抗を用いてしまうと、電源電圧は１５２［Ｖ］（＝２［Ｖ］＋（１０ｋ［Ω］×１５［ｍＡ］））と試算され、１００［Ｖ］以上の高電圧が必要となるため、実用上困難が伴う。また，高周波トランジスタ自身のドレイン抵抗ｒｏにより，実効的な負荷抵抗Ｒｅｆｆの値は，抵抗７とｒｏとを並列接続した合成抵抗値となるため，いくら抵抗７の値を大きくしてもＲｅｆｆの値はｒｏの値に近づくだけとなる。
そこで、ＩＦ帯負荷手段として、抵抗よりも低電圧ドロップの定電流回路を用いれば、その定電流源の高インピーダンスを利用できるので、高抵抗による電圧ドロップと消費電力増大を回避しつつＩＦ帯の電圧増幅率を上げることができる。
第４図に示すのは、放射型発振器を試作し、抵抗７の抵抗値Ｒｄを変えつつ実測したＩＦ出力端子１４のＩＦ信号電圧特性である。なお、ＲＦ発振周波数は１０．３５ＧＨｚ、被測定物を４［ｍｍ／ｓｅｃ］で放射型発振器基板Ｓ１の放射面に近づけた場合の結果である。抵抗７の抵抗値Ｒｄをパラメータとして測定した結果、ＩＦ出力電圧振幅と抵抗値とがほぼ比例することが確認できる。
上述したように、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の第１実施形態においては、表面側誘電体基板１０と裏面側誘電体基板１１との間に導電性の接地導体層１２を介在させた３層基板の表面層１６側に一対の導体パッチ４，４を軸対象に設けて放射面を形成し、これら一対の導体パッチ４，４の間に配置した３電極高周波増幅素子である高周波トランジスタ１のゲート２およびドレイン３を各導体パッチ４に接続すると共に、発振条件を満たすインピーダンス線路９を介して高周波トランジスタ１のソース８を接地した放射型発振器基板Ｓ１と、放射型発振器基板Ｓ１の高周波トランジスタ１に給電する直流電源ＤＣ１，ＤＣ２と、から構成した放射型発振器によって、「共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させる放射型発振器」を実現し、放射型発振器が元来もつＲＦ帯における高効率放射特性および高効率受信特性を得、加えて、抵抗７をＩＦ帯負荷としてドレイン側チョーク回路５ｂと直流電源ＤＣ２との間に設け、高周波トランジスタ１が前記ＲＦ帯発振動作をすると同時にＩＦ帯増幅動作をするようにしたことで、総合的に高いＲＦ／ＩＦ変換効率を達成したので、単純構成・低コスト・高電力効率を実現しつつ、高感度な検知情報（動作検出、速度検出、存在検出、位置検出等を行うためのＩＦ信号）を取得可能なマイクロ波・ミリ波センサ装置を実現できる。
言い換えれば、このマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高効率受信特性による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、ＩＦ増幅による高いＲＦ／ＩＦ変換効率と、を単一センサ素子で実現し、相乗効果を得ている点が特徴である。つまり、ＲＦ送信アンテナ，ＲＦ受信アンテナ，ＲＦ発振器，ＲＦミキサ，ＩＦ増幅器の各機能が渾然一体となっており、単にそれらの各機能を密集して接続した装置ではないがゆえ、マイクロ波ミリ波帯において有利な構成のセンサ装置を提供することができる。
なお、ＲＦチョーク回路の機能は、ＲＦ信号が直流電源側に漏れるのを防ぐ事であるが、たとえＲＦ信号が直流電源側に漏れたとしても、その漏れによる損失を上回る負性抵抗を３電極高周波増幅素子により得ることができれば、検知情報取得用のＩＦ信号を取り出すことが可能である。よって、ＲＦチョーク回路を設けない放射型発振器により本発明を構成しても、マイクロ波・ミリ波センサ装置を実現でできるのである。また、ＲＦチョーク回路を構成するために、３層基板構造の放射型発振器基板を用いる必要もない。
また、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、ＨＭＩＣ（混成マイクロ波集積回路：ｈｙｂｒｉｄ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現してもよいし、ＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路：Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）で実現してもよい。また、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で実現してもよい。
以上、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の第１実施形態を説明したが、本発明は本実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全てのマイクロ波・ミリ波センサ装置を権利範囲として包摂するものである。以下に、他の実施形態につき説明する。
（第２実施形態）
第５図に示すのは、第２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ２に直流電源ＤＣ１及びＤＣ２から直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ２から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置と、ＩＦ信号の取り出し位置を変えたものである。なお、第１実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
放射型発振器基板Ｓ２においては、高周波トランジスタ１のソース８に、ソース側ＲＦチョーク回路５ｃを接続し、このソース側ＲＦチョーク回路５ｃと接地導体との間に、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７を直列に挿入し、抵抗７とソース側ＲＦチョーク回路５ｃとの間からＩＦ信号を取り出す。本発明においては、前述したようにＩＦ信号による高周波トランジスタ１のドレイン電流変化からＩＦ信号電圧を得ているので、そのドレイン電流変化とほぼ同じであるソース電流変化からもＩＦ信号電圧を得ることが可能である。
（第３実施形態〉
第６図に示すのは、第３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ３に直流電源ＤＣ１，ＤＣ２から直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ３から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置において、導体パッチ４の取り付け位置を変えたものである。なお、第１実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
放射型発振器基板Ｓ３においては、高周波トランジスタ１のゲートとソースに各々導体パッチ４，４を取り付けたものである。導体パッチ４は、高周波トランジスタ１のゲートとソースに接続しても、共振器と放射器の機能を兼ねた帰還回路として機能することから、放射型発振器を構成でき、第１実施形態のマイクロ波・ミリ波発振装置と同様のセンサとして動作する。
（第４実施形態〉
第７図に示すのは、第４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ４に直流電源ＤＣ１，ＤＣ２から直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ４から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置において、直流電源ＤＣ２の極性と接地位置を変えたものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
放射型発振器基板Ｓ４においては、ＩＦ帯負荷手段である抵抗７の接続側を接地電位側とし、負電圧の直流電源ＤＣ２をソース側に接続したものである。この放射型発振器基板Ｓ４では、基準電位が変わっただけで、第１実施形態のマイクロ波・ミリ波発振装置と同様のセンサとして動作する。なお、高周波トランジスタ１として電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタを用いる場合、電界効果トランジスタにおけるＮ型とＰ型の違いやバイポーラトランジスタにおけるＮＰＮ型とＰＮＰ型の違いについては、電極電位の正負の極性が逆になるだけである。
（第５実施形態〉
第８図に示すのは、第５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ５に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ５から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高周波トランジスタ１としてデプレション型電界効果トランジスタを用い、デプレション型電界効果トランジスタの自己バイアス回路構造を採用したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第６実施形態〉
第９図に示すのは、第６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ６に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ６から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高周波トランジスタ１としてバイポーラトランジスタを用い、バイポーラトランジスタの自己バイアス回路構造を採用したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第７実施形態〉
第１０図に示すのは、第７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ７に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ７から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高周波トランジスタ１としてバイポーラトランジスタを用い、バイポーラトランジスタの自己バイアス回路構造を採用したもので、第６実施形態の放射型発振器基板Ｓ６との違いは、抵抗７による電圧降下後にゲート側ＲＦチョーク回路５ａへ給電するように分岐させた点である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第８実施形態〉
第１１図に示すのは、第８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ８に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ８から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、電圧分割型自己バイアス回路構造を採用し、第１ゲート側ＲＦチョーク回路５ａ１と第２ゲート側ＲＦチョーク回路５ａ２との間にゲートを接続したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第９実施形態〉
第１２図に示すのは、第９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ９に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ９から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、ソース抵抗バイパス型の電圧分割型自己バイアス回路構造を採用したもので、ソース側の接地抵抗にキャパシタを並列接続したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
上述した第４実施形態〜第９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置では、第１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置で採用した固定バイアス方法とは異なるバイアス方法を適用した構成を示したが、これらのほかにも、種々の直流バイアス方法があり、ＲＦ帯における所望の発振条件、ＩＦ帯における所望の利得条件、ＩＦ帯における所望の帰還条件、デプレション型やエンハンスメント型など、高周波トタンジスタの種類などにより、適切なバイアス方法を採用して構わない。また、サーミスタやポジスタ、ＰＮ接合順方向電圧Ｖｆの温度特性などを利用し、それら感温素子を直流バイアス回路内に用いて、環境温度による本センサ装置の特性の温度補償をするなどして、センサ特性を向上させるようにしても良い。
（第１０実施形態〉
第１３図に示すのは、第１０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１０に直流電源ＤＣ２のみから直流給電を行い、放射型発振器基板Ｓ１０から取り出した検知信号（ＩＦ信号）を信号解析処理部Ｐで解析及び処理を行う。本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第８実施形態にて採用した電圧分割（直列帰還）型自己バイアス回路構造において、ＩＦ帯負荷手段である抵抗７にキャパシタ７ｃを並列に接続したドレイン負荷バイパス型の電圧分割型自己バイアス回路構造を採用したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
放射型発振器基板Ｓ１０においては、キャパシタ７ｃの容量値を適宜設定することで、ＩＦ信号増幅機能に、低域増幅（高域減衰）の周波数特性を持たせることができ、不要な帯域のノイズや信号を減衰させ、センサ特性の向上に効果がある。例えば、抵抗７の値が１００［Ω］で、ＩＦ信号がＤＣ〜１ｋＨｚの帯域の信号である場合、キャパシタ７ｃの値を１．５［μＦ］とすれば、カットオフ周波数ｆｃ＝１／（２π×１．５×１０−６×１００）≒１ｋＨｚの高域減衰特性となり、１ｋＨｚ以上の不要な帯域のノイズや信号を減衰させることができる。
（第１１実施形態〉
第１４図に示すのは、第１１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１１は、同一構造の第１放射型発振器Ｓ１１ａと第２放射型発振器Ｓ１１ｂを備え、第１，第２放射型発振器Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂの各高周波トランジスタ１のソース同士を接続して、２つの高周波トランジスタ１のソース電流の和が一定となるようバイアスし、ＩＦ帯にて差動増幅動作するようにしたものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
放射型発振器基板Ｓ１１においては、第１放射型発振器Ｓ１１ａと第２放射型発振器Ｓ１１ｂの差動構成とすることで、直流増幅時に特に問題となる温度ドリフトを減少できるという利点がある。また、第１放射型発振器Ｓ１１ａの発振ＲＦ信号と第２放射型発振器Ｓ１１ｂの発振ＲＦ信号とを空間的に電磁界結合させるなどして同期させ、第１放射型発振器Ｓ１１ａと第２放射型発振器Ｓ１１ｂとの間の距離を適宜設定すれば、第１放射型発振器Ｓ１１ａと第２放射型発振器Ｓ１１ｂに入射する受信ＲＦ信号（被測定物からの反射波）の位相差の情報をＩＦ信号から得ることができる。また、第１放射型発振器Ｓ１１ａあるいは第２放射型発振器Ｓ１１ｂのどちらか一方は導体パッチを設けないで発振させずに適当なバイアスを印加して、もう一方のみをセンサ装置として使用しても良い。
（第１２実施形態〉
第１５図に示すのは、第１２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１２は、高周波トランジスタ１のゲートにＲＦチョーク回路を接続せずに導体パッチ４のみを接続し、発振中の高周波トランジスタ１自身による自己バイアスによりゲート側バイアス回路を省略したものである。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１３実施形態〉
第１６図に示すのは、第１３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１３は、高周波トランジスタ１に代えて、複数のトランジスタの組み合わせで構成した３電極高周波増幅素子１ａａを用いたものである。この３電極高周波増幅素子１ａａは、ダーリントン接続バイポーラトランジスタの例である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１４実施形態〉
第１７図に示すのは、第１４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１４は、高周波トランジスタ１に代えて、複数のトランジスタの組み合わせで構成した３電極高周波増幅素子１ｂｂを用いたものである。この３電極高周波増幅素子１ｂｂは、カスコード接続電界効果トランジスタの例である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１５実施形態〉
第１８図に示すのは、第１５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１５は、高周波トランジスタ１に代えて、デュアルゲート電界効果トランジスタ１ｃｃを用いたものである。デュアルゲート電界効果トランジスタ１ｃｃは、４つの端子を持つが、その内２つの端子は制御端子に相当するゲートであることから、このデュアルゲート電界効果トランジスタ１ｃｃも３電極高周波増幅素子として用いることができる。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
上述した第１３〜第１５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、複数のトランジスタの組み合わせで構成した３電極高周波増幅素子として、ダーリントン接続バイポーラトランジスタ、カスコード接続電界効果トランジスタ、デュアルゲート電界効果トランジスタを用いる構成を例示したが、これらに限定されるものではなく、ＲＦ帯で発振条件を満たす負性抵抗を有し、かつ、同時にＤＣ〜ＩＦ帯において増幅利得を有する３電極増幅回路素子であれば、本発明に適用できる。
（第１６実施形態〉
第１９図に示すのは、第１６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１６は、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７に代えて、定電流回路７ａａを用いたものである。この定電流回路７ａａは、電界効果トランジスタの定電流特性を利用した回路構成である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１７実施形態〉
第２０図に示すのは、第１７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１７は、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７に代えて、定電流回路７ｂｂを用いたものである。この定電流回路７ｂｂは、トランジスタと定電圧ダイオードを利用した回路構成である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１８実施形態〉
第２１図に示すのは、第１８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１８は、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７に代えて、定電流回路７ｃｃを用いたものである。この定電流回路７ｃｃは、トランジスタによるカレントミラー回路構成である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第１９実施形態〉
第２２図に示すのは、第１９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ１９は、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７に代えて、定電流回路７ｄｄを用いたものである。この定電流回路７ｄｄは、上記第１７実施形態における吐き出し型の定電流回路７ｂｂを吸い込み型に変えた回路構成である。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
（第２０実施形態〉
第２３図に示すのは、第２０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の回路構成図で、放射型発振器基板Ｓ２０は、ＩＦ帯負荷手段としての抵抗７に代えて、定電流回路７ｅｅを用いたものである。この定電流回路７ｅｅは、電流量を検知する電流センス部７ｅｅ１と、制御基準値を出力する基準部７ｅｅ２と、電流センス部７ｅｅ１から供給される検知値と基準部７ｅｅ２からの基準値とを比較して差分を出力する基準比較部７ｅｅ３と、基準比較部７ｅｅ３からの差分情報に基づいて電流を制御基準値へ近づけるように制御する電流制御部７ｅｅ４によって構成したものである。各部の回路構成は種々考えられるが、例えば、電流センス部７ｅｅ１を小さい値の抵抗器とし、基準部７ｅｅ２を基準定電圧源とし、基準比較部７ｅｅ３をオペアンプによる電圧誤差アンプとし、電流制御部７ｅｅ４をトランジスタとすれば、その抵抗器に電流が流れることによる電位降下と基準電圧源電圧が比較されて電流制御がなされ、簡易な回路構成で定電流動作を実現できる。なお、前述した各実施形態にて示したマイクロ波・ミリ波センサ装置と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
上述した第１６〜第２０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、ＩＦ帯負荷手段として定電流回路を用いたが、これらに限定されるものではなく、ＩＦ帯において所望のインピーダンスを得られる負荷手段で、高周波トランジスタの有するＩＦ帯増幅利得を利用できれば良い。また、ＩＦ信号の周波数が比較的高いときは、その周波数で高インピーダンスが得られるインダクタンス値のインダクタ（コイルなど）をＩＦ帯負荷手段として用いても良い。また、感温素子をＩＦ帯負荷手段内に用いて、環境温度による本センサ装置の特性の温度補償をしてもよい。
また、上述した各実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板に一対の略扇形導体パッチ４を備えるものとしたが、共振キャビティを構成する導体パッチの形状は特に限定されるものではないし、一対の軸対象な導体パッチを必須とするものでもない。以下、本発明に適用可能な共振キャビティの改変例について説明する。
第２４Ａ図及び第２４Ｂ図は矩形状の導体パッチ４ａを軸対象に一対設けた第１改変例の概略構成を、第２５Ａ図及び第２５Ｂ図は矩形状の導体パッチ４ｂを軸対象に一対設けた第２改変例の概略構成を、第２６Ａ図及び第２６Ｂ図は、円形の導体パッチ４ｃを軸対象に一対設けた第３改変例の概略構成をそれぞれ示す。その他、三角形などの多角形や、楕円形、扇形などの導体パッチを用いてもよい。第２４Ａ図、第２５Ａ図、第２６Ａ図には、主な偏波面を表すために、電界の向きを矢印Ｅで示した。上記改変例と同様に、以下に示す共振キャビティの第４改変例から第１２改変例の概略構成図において、電界の向きを矢印Ｅで示した。ＧＮＤ導体面２５５は、導体パッチ４ａ〜４ｃにとって、内層ＧＮＤ１２に相当する。誘電体基板２５９は、導体パッチ４ａ〜４ｃにとって、表面側誘電体基板１０に相当する。導体パッチ４ａ〜４ｃおよびＧＮＤ導体面２５５、誘電体基板２５９は、共振キャビティを構成し、発振動作のための帰還回路の一部を構成しているが、その帰還が適切に得られさえすれば、誘電体基板２５９やＧＮＤ導体面２５５は必ずしも設ける必要はない。例えば、導体パッチを板金加工で作製し、その導体パッチ板を保持する機構があれば、誘電体基板２５９の部分は中空でもよい。また、第２７Ａ図及び第２７Ｂ図に示す第４改変例のように、上記帰還を促すためのチップキャパシタなどの帰還用部品２４８を導体パッチ４ｂ上に搭載してもよい。なお、ＧＮＤ導体面２５５が無い場合の放射は、導体パッチ板の両面方向になされるため、この両面放射を利用すれば、ＧＮＤ導体面２５５がある場合よりも広角度範囲を検知するセンサとして機能させることができる。
第２８Ａ図及び第２８Ｂ図に示す第５改変例は、略扇形状の導体パッチ４，４の周囲に、ＧＮＤ導体面２５６と、そのＧＮＤ導体面２５６とＧＮＤ導体面２５５を接続するスルーホール３５を設けて、誘電体基板２５９内部を信号が伝達して基板の端から漏れ出て損失となるのを防止した例である。ＧＮＤ導体面２５６の寸法・形状を適当に設定すれば、誘電体基板２５９内部を信号が伝達する代わりに、その損失分の信号エネルギーを本来の放射エネルギーとして利用できる。
第２９Ａ図及び第２９Ｂ図に示すのは、矩形状の導体パッチ４ｄ，４ｄと、これら導体パッチ４ｄ，４ｄと適宜な空隙２４４を保って配置した接地導体面２５６ｄとにより、発振用の共振キャビティを構成した第６改変例である。
第３０Ａ図及び第３０Ｂ図に示すのは、高周波トランジスタ１に接続される矩形状の導体パッチ４ｅ１，４ｅ１の付近に、高周波トランジスタ１とは接続されていない矩形状の導体パッチ４ｅ２，４ｅ２を設け、導体パッチ４ｅ１と導体パッチ４ｅ２との間および接地導体面２５６ｅとを空隙２４４ｅで隔てて、発振用の共振キャビティを構成した第７改変例である。
第３１Ａ図及び第３１図に示すのは、半楕円状の導体パッチ４ｆ，４ｆと、これら導体パッチ４ｆ，４ｆと適宜な空隙２４４ｆを保って配置した接地導体面２５６ｆとにより、発振用の共振キャビティを構成した第８改変例である。この空隙２４４ｆの幅は、場所に応じて変化させ、発振条件を満たすようにする。
導体パッチおよび空隙の形状は、上述した第２８Ａ図〜第３１Ｂ図に示した構成例に限定されるものではなく、発振条件を満たしていれば、如何様な構成であっても、本発明に適用可能である。また、導体パッチおよび空隙、ＧＮＤ導体面、誘電体基板は、発振動作のための帰還回路の一部を構成しているが、その帰還が適切に得られさえすれば、誘電体基板２５９やＧＮＤ導体面２５５は必ずしも設ける必要はない。なお、ＧＮＤ導体面２５５が無い場合の放射は、導体パッチ面の両側方向になされる。
第３２Ａ図及び第３２Ｂ図に示すのは、スロット２４５と接地導体面２５６とにより発振用の共振キャビティを構成した第９改変例である。このスロット２４５は、第２４Ａ図にて例示した矩形状の導体パッチ４ａに対して、補対の関係にあり、発振条件を満たす。無論、発振条件を満たしていれば、スロット２４５の形状は特に限定されるものではない。本構成例では、高周波トランジスタ１のゲートとドレインに異なる直流バイアス電圧を印加するために、ゲートとドレインを直流的に分離し、高周波的に導通させる容量結合部２４６を設けてある。この容量結合部２４６は、間隙による容量やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）容量、キャパシタ部品などを用いて実現でき、誘電体基板２５９やＧＮＤ導体面２５５は必ずしも設ける必要はない。なお、ＧＮＤ導体面２５５が無い場合の放射は、導体パッチ面の両側方向になされる。
上述した導体パッチは、何れも一対の導体パッチを高周波トランジスタ１に対して対象に設けた例を示したが、非対称形状の導体パッチを用いてもよい。
第３３Ａ図及び第３３Ｂ図に示すのは、矩形状の第１導体パッチ４ｇ１と矩形状の第２導体パッチ４ｇ２を非対称に構成した第１０改変例である。このように第１導体パッチ４ｇ１と第２導体パッチ４ｇ２を非対称形状としても、共振周波数は導体パッチ部全体の寸法（第３３図Ａ中、Ｌで示す）で基本的に決まることから、発振条件さえ満たしていれば、アンテナと発振回路が渾然一体となったタイプの放射型発振器として動作させることが可能である。
第３４Ａ図及び第３４Ｂ図に示すのは、略半円形の導体パッチ４ｈ，４ｈと、これら導体パッチ４ｈ，４ｈと適宜な空隙２４５ｈを保って配置した接地導体面２５６ｈとにより、リングスロット型アンテナを放射面側に形成し、発振用の共振キャビティを構成した第１１改変例である。
第３５Ａ図及び第３５Ｂ図に示すのは、矩形状の導体パッチ４、４の周辺に、高周波トランジスタ１と接続されていない導体パッチ２４７を適宜に配置して、放射指向性を制御可能とした第１２改変例である。導体パッチ４ｉ，４ｉと導体パッチ２４７との位置関係や、寸法関係を適宜設定することにより、例えば八木アンテナのような動作をさせることができる。
（第２１実施形態〉
次に、第３６Ａ図〜第３７図までの図面に基づいて、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の第２１実施形態を説明する。なお、第３６Ｂ図及び第３６Ｃ図は、第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略縦断面を模式的に示した、第３６Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図である。第３７図は、第２１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成を示す回路図である。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、「共振キャビティに負性抵抗を発生するように３電極高周波増幅素子を集積化させるとともに、電磁波を空間へ放射するアンテナ機能を共用させる放射型発振器」として機能する放射型発振器基板Ｓ２１を用いる。この放射型発振器基板Ｓ２１は、前述した第１実施形態における放射型発振器基板Ｓ１と同様に、表面側誘電体基板１０と裏面側誘電体基板１１の開に接地導体層である内層ＧＮＤ１２を介在させた３層基板で構成し、放射型発振器基板Ｓ２１の放射面に設ける高周波トランジスタ１と導体パッチ４の付近の内層ＧＮＤ１２にスロット２１ａを設けることで、誘電体共振器２１ｂと導体パッチ４とが電磁界結合する構造とした（第３６Ｂ図を参照）。
このように、誘電体共振器２１ｂと導体パッチ４とを電磁界結合させることで、発振周波数の安定化を期せる。なお、第３６Ｃ図に示すように、空洞共振器２１ｃをスロット結合することによる発振周波数安定化も可能である。或いは、外部の安定したＲＦ信号を外部インジェクションロック信号としてマイクロストリップラインなどでスロット２１ａに供給し、放射型発振器の発振をその外部インジェクションロック信号にロックさせることで、発振周波数を安定化することも可能である。また、導体パッチ４を形成する表面層１６側に各種共振器を配置しておけば、スロット２１ａを介さずに直接に電磁界結合することもできる。
また、放射型発振器基板Ｓ２１の放射面側には、金属導体または金属導体を必要部分にコーティングしたプラスチック樹脂材等で作製したホーン状の放射構造部３０を設け、該放射構造部３０の放射面側開口は、周波数選択性回路パターンをパターニングした基板３１で閉塞してある。すなわち、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、ホーン状の放射構造部３０を放射型発振器基板Ｓ２１の放射面側に設けたホーン構造とすることにより、ある開口を確保して放射ビームを鋭くし、検知感度を高めることが可能である。更に、周波数選択性回路パターンをパターニングした基板３１が所要周波数の電波を選択的に濾波する周波数選択性濾波手段として機能することにより、不要信号の輻射を抑圧することが可能である。
上記周波数選択性濾波手段として機能させる基板３１は、例えば、発振周波数の２倍の不要な高調波出力を減衰させたい場合には、その高調波の波長の１／２波長の電気長を長辺に有する長方形ストリップ導体３１ａを適当な間隔でパターニングすることで実現できる。すなわち、これらのストリップ導体３１ａに高調波を共振・トラップさせ、高調波放射を抑制することができる。この場合の周波数選択性濾波手段はバンドリジェクションフィルタとして機能している。
ここで、周波数選択性回路パターンは、一般にＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ）と呼ばれるもので、第３６Ａ図に示した長方形ストリップ導体３１ａによるバンドリジェクションフィルタ以外にも、導体パターンの形状を適宜設定することにより、バンドパスフィルタやハイパスフィルタ、ローパスフィルタなどを実現できる。抑圧したい不要信号が複数ある場合など、それぞれの周波数に応じたフィルタを用いれば良い。
一方、放射型発振器基板Ｓ２１の裏面層１７側（誘電体共振器２１ｂ配置側）には、金属導体または金属導体がコーティングされたプラスチック樹脂材等で作られた遮蔽カバー３２が取り付けてある。また、放射型発振器基板Ｓ２１の表面層１６側に設けた表面ＧＮＤ導体パターン２１ｄと内層ＧＮＤ導体パターン１２と裏面層１７側に設けた裏面ＧＮＤ導体パターン２１ｅは、ＧＮＤスルーホール２１ｆを介して電気的に接続させておく。なお、表面側誘電体基板１０あるいは裏面側誘電体基板１１内を発振ＲＦ信号が伝わって基板の縁の側面から放射するのを防ぐために、導体パッチ４の周囲および基板外周における各ＧＮＤ導体パターン１２，２１ｄ，２１ｅは、発振波長の１／１０程度の間隔でＧＮＤスルーホー２１ｆを配置して電気的に接続しておくことが望ましい。
さらに、放射型発振器基板Ｓ２１の裏面側誘電体基板１１上には、電源安定化回路３３や、ＩＦ信号電圧をデジタルデータ化するためのＡ／Ｄ変換回路３４を設け、外来ノイズによる検知信号劣化を防止する。Ａ／Ｄ変換回路３４でアナログ値をデジタル値に変換されたＩＦ信号電圧値は、データ出力端子３５より出力する。また、電源安定化回路３３は、直流ドレイン電圧供給端子３５より供給される直流を安定化させる。
次に、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置における放射型発振器基板Ｓ２１に形成する回路構成を第３７図に基づいて説明する。マイクロ波トランジスタ１のゲート２とドレイン３とにそれぞれ導体パッチ４が接続されており、ゲート２とドレイン３とソース８にはそれぞれＲＦチョーク回路５ａ〜５ｃが接続されている。ドレイン３には接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）のゲート接地ドレイン電流（Ｉｄｓｓ）を利用した定電流回路３７を通じて電源安定化回路３３を接続し、ゲート２とソース８には自己バイアス用の抵抗器をそれぞれ接続して接地する。
ドレイン３側のＲＦチョーク回路５ｂと定電流回路３７との間からＩＦ信号電圧が取り出され、Ａ／Ｄ変換回路３４でアナログ値をデジタル値に変換する信号処理を行った後に、データ出力端子３５より出力される。つまり、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置では、定電流回路３７の高インピーダンス（数ｋΩ〜）をトランジスタのＩＦ帯におけるドレイン負荷とすることで、十分なＩＦ帯増幅利得を確保しながら、単に高抵抗をドレイン負荷とした場合に比べ、ドレイン負荷における消費電力を抑制している。
なお、本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置を動作させるには、直流ドレイン電圧供給端子３６に直流電源を接続して、放射型発振器を発振させ、その発振放射信号を送信ＲＦ信号として被測定物に照射し、被測定物からの反射波を受信ＲＦ信号としてゲート２とドレイン３との間に入力し、ホモダインミキシング動作によりゲート２とドレイン３、またはゲート２とソース８との間に生じたＩＦ信号電圧がマイクロ波トランジスタ１のドレイン電流を変化させる。その結果、定電流回路３７のＲＦチョーク回路５ｂ側に増幅されたＩＦ信号電圧が生じ、このＩＦ信号電圧をＡ／Ｄ変換回路３４によりデジタル信号化してデータ出力端子３５より出力し、図示を省略した信号解析部により解析する。
なお、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ２１の構造は特に限定されるものではなく、第１〜第２０放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２０に対して、放射構造部３０および遮蔽カバー３２、周波数選択性回路パターンを設けるようにしても良い。また、放射構造部３０と放射型発振器基板Ｓ２１とを共にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で構成してもよい。
（第２２実施形態〉
次に、第３８Ａ図及び第３８Ｂ図に基づいて、本発明の第２２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成は、前述した第１〜第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置で用いた放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１の何れがと同様な構成の放射型発振器基板Ｓ２２を、ビーム放射型共振器内部に収容したもので、図示を省略した直流電源から筐体内の放射型発振器基板Ｓ２２へ直流給電すると共に、放射型発振器基板Ｓ２２からＩＦ信号（アナログ信号もしくはＡ／Ｄ変換されたデジタル信号）を取り出して、適宜に処理する。
放射型発振器基板Ｓ２２は、金属導体あるいは金属導体を必要部分にコーティングしたプラスチック樹脂材等による筐体４０の外縁部から擂り鉢状に窪んだ平坦な底部である接地導体面４１に搭載し、この接地導体面４１から距離ｄ（発振波長λのＮ／２程度、Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長だけ離れた放射面側に部分透過性反射手段たる部分透過性反射基板５０を配置してある。部分透過性反射基板５０は、その一方の面（例えば、接地導体面面４１に臨む内側面）に格子状導体パターンを形成した格子状導体パターン形成領域５１および導体パターンを持たない導体領域５２とからなる部分透過性反射面を有するように構成してあり、部分透過性反射面（格子状導体パターン形成領域５１および導体領域５２からなる面）と接地導体面４１とによりビーム放射型共振器を構成する。
このように構成することにより、放射型発振器基板Ｓ２２の放射型発振器は上記ビーム放射型共振器に内包される形となり、放射型発振器の発振ＲＦ信号はビーム放射型共振器により安定化される。また、共振周波数以外の信号は放射されないことから、不要輻射を防止することができ、共振周波数以外の不要な外部電波は入射されないために誤動作防止に有効である。また、格子状導体パターン形成領域５１の格子間隔や格子幅、格子状導体パターン形成領域５１の広さ、形状等を適宜設計することにより、低サイドローブ高ゲインの放射指向性を得ることができる。
本実施形態にて示した筐体４０の接地導体面４１は、ビーム放射型共振器の反射面としての役割と、放射型発振器基板Ｓ２２の接地導体としての役割を兼ねているが、ビーム放射型共振器の共振周波数にて発振周波数が安定化されるよう、ビーム放射型共振器内部の適切な位置に放射型発振器を収容してあれば、必ずしもそれぞれの役割を兼ねさせなくともよい。また、本実施形態で示したビーム放射型共振器は、部分透過性反射基板５０の片面に金属膜をパターニングして部分透過性反射面を構成してあるが、部分透過性反射面を接地導体面４１から距離ｄの位置に保持することができれば、特に基板を必要とするものではない。
なお、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ２２の構造は特に限定されるものではなく、第１〜第２１放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１に対して、放射構造部３０および遮蔽カバー３２、周波数選択性回路パターンを形成した部分透過性反射面を設けるようにしても良い。また、ビーム放射型共振器と放射型発振器基板Ｓ２２とを共にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で構成してもよい。
〈第２３実施形態〉
次に、第３９Ａ図及び第３９Ｂ図に基づいて、本発明の第２３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成は、前述した第１〜第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置で用いた放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１の何れかと同様な構成の放射型発振器基板Ｓ２３の放射面側に、格子状導体パターン形成領域５１ａおよび導体領域５２ａからなる第１部分透過性反射面と格子状導体パターン形成領域５１ｂおよび導体領域５２ｂからなる第２部分透過性反射面を距離ｄ２（発振波長λのＮ／２程度、Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長を置いて対向させた部分透過性反射基板５０′を配置し、この部分透過性反射基板５０′によりビーム放射型共振器を構成する。ここで、第１部分透過性反射面の反射率をＲ１、第２部分透過性反射面の反射率をＲ２とした場合、Ｒ１＞Ｒ２の条件に設定して、反射率の小さい部分透過性反射面側からビーム放射型共振器と放射型発振器とを電磁界結合させるように構成したもので、図示を省略した直流電源から筐体内の放射型発振器基板Ｓ２３へ直流給電すると共に、放射型発振器基板Ｓ２３からＩＦ信号（アナログ信号もしくはＡ／Ｄ変換されたデジタル信号）を取り出して、適宜に処理する。
なお、本実施形態における放射型発振器基板Ｓ２３は、前述した第２２実施形態と同様に、筐体４０の接地導体面４１上に載置し、筐体４０の外縁上端に部分透過性反射基板５０′を載置することで、放射型発振器基板Ｓ２３とビーム放射型共振器との間が適宜に保持される構造としたが、この筐体４０は共振器の構成に関係ないので、放射型発振器基板Ｓ２３と透過性反射基板５０′とを適宜に保持できる保持構造であれば、如何様に変更しても構わない。
また、本実施形態においては、ビーム放射型共振器を実現する部分透過性反射基板５０′の構造として、厚さがｄ２の誘電体基板の一方の面に金属膜パターンをパターニングして第１部分透過性反射面を、他方の面に金属膜パターンをパターニングして第２部分透過性反射面を形成するものとしたが、第１部分透過性反射面と第２部分透過性反射面とを距離ｄ２隔てて保持できる構造であれば、誘電体基板を用いる必要はない。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置によれば、部分透過性反射基板５０′により実現したビーム放射型共振器を備えるので、放射型発振器基板Ｓ２３の発振ＲＦ信号はビーム放射型共振器に電磁界結合して周波数安定化がなされる。また、共振周波数以外の信号は放射されないために不要輻射を防止することができ、共振周波数以外の不要な外部電波は入射されないために誤動作防止に有効である。また、格子状導体パターン形成領域５１ａ，５１ｂの格子間隔や格子幅、格子状導体パターン形成領域５１ａ，５１ｂの広さ、形状等を適宜設計することにより、低サイドローブ高ゲインの放射指向性を得ることができる。
また、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の部分透過性反射基板５０′のように、低損失・低熱膨張率の誘電体基板に、薄膜技術による高寸法精度の金属膜パターンを施したビーム放射型共振器を部品化しておけば、それと組み合わせる放射型発振器基板Ｓ２３の発振周波数特性ばらつきや、組み立て寸法誤差による発振周波数特性ばらつきなどを吸収できる。従って、本発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置の量産化を考えた場合、高い歩留まりで安定した品質のセンサ装置を提供できるという利点がある。
なお、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ２３の構造は特に限定されるものではなく、第１〜第２１放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１に対して、放射面側にビーム放射型共振器を配置するようにしても良い。また、部分透過性反射基板５０′と同様な構成のビーム放射型共振器と放射型発振器基板Ｓ２３とを共にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で構成してもよい。
（第２４実施形態〉
次に、第４０Ａ図及び第４０Ｂ図に基づいて、本発明の第２４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成は、前述した第１〜第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置で用いた放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１の何れかと同様な構成の放射型発振器基板Ｓ２４を、周波数選別手段と組み合わせたもので、図示を省略した直流電源から筐体４０′内の基板装着面４２に装着した放射型発振器基板Ｓ２４へ直流給電すると共に、放射型発振器基板Ｓ２４からＩＦ信号（アナログ信号もしくはＡ／Ｄ変換されたデジタル信号）を取り出して、適宜に処理する。
放射型発振器基板Ｓ２４の放射面側には、高調波選別手段として機能させる高調波選別基板６０を配置し、発振ＲＦ信号の所望の高調波を、その高調波選別基板６０により選別し、送信高調波信号として被測定物へ放射し、被測定物から反射された反射高調波信号を放射面で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、被測定物を検知する。なお、本実施形態においても、高調波選別手段である高調波選別基板６０と放射型発振器基板Ｓ２４は筐体４０′によって保持するものとしたが、この筐体４０′は高調波選別手段の機能に関係ないので、放射型発振器基板Ｓ２４と高調波選別基板６０とを適宜に保持できる保持構造であれば、如何様に変更しても構わない。
高調波選別基板６０は、基本波を阻止し所望の高調波を通す濾波器の機能を有するもので、誘電体基板の一方の面（例えば、基板装着面４２に臨む内側面）に、周波数選択性回路パターンとして、導体領域６１に長方形のスロット部６２を設けた構成である。仮に、発振周波数の２倍の高調波を放射させたい場合には、その高調波の波長の１／２波長の電気長を長辺に有するスロット部６２を適当な間隔で配置することで、そのスロット部６２に高調波を共振させ、その高調波を通過させることができる。この場合の高調波選別手段はバンドパスフィルタとして機能している。
周波数選択性回路パターンは、一般にＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｓｕｒｆａｃｅ）と呼ばれるもので、長方形のスロット部６１によるバンドパスフィルタ以外にも、導体パターンの形状を適宜設定することにより、バンドリジェクションフィルタやハイパスフィルタなどが実現できる。例えば２倍波を放射させたいとして、放射型発振器基板Ｓ２４の有する放射出力特性が、基本波と２倍波の電力は強大で、３倍波以上の電力は微弱である場合、基本波だけを阻止するためのバンドリジェクションフィルタやハイパスフィルタを用いればよく、本実施形態で採用した高調波選別基板６０のようなバンドパスフィルタを常に用いる必要はない。
ここで、筐体４０′の基板装着面４２が金属の場合、高調波選択基板６０における周波数選択性回路パターン面と基板装着面４２とが反射面として機能し、それらの距離を発振波長λのＮ／２程度（Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長とすれば、第２３実施形態のような動作となる。しかしながら、本実施形態では、必ずしも周波数選択性回路パターン面をビーム放射型共振器の反射面として利用する訳ではなく、所望の高調波のみを通過させる濾波器として利用できればよい。よって、筐体４０′の基板装着面４２が金属であることは必須ではなく、筐体４０′は単なる保持機構でもよい。
本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置によれば、発振ＲＦ信号の所望の高調波を送信高調波信号として被測定物へ放射し、被測定物から反射された反射高調波信号を放射面で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、被測定物を検知できるので、ｆｍａｘの小さい低コスト低性能トランジスタを用いて放射型発振器基板を構成しても、比較的高い周波数でのセンサ装置を実現できる利点があり、基本波を用いる場合に比べて放射電力が微弱となるが、近距離のセンサ装置として利用できる。
なお、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ２４の構造は特に限定されるものではなく、第１〜第２１放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１に対して、放射面側に高調波選択回路パターン面を形成した高調波選択基板６０を配置するようにしても良い。また、高調波選択基板６０と放射型発振器基板Ｓ２４とを共にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で構成してもよい。
（第２５実施形態〉
次に、第４１Ａ図及び第４１Ｂ図に基づいて、本発明の第２５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成は、前述した第１〜第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置で用いた放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１の何れかと同様な構成の放射型発振器基板Ｓ２５を、周波数選別手段と組み合わせたもので、図示を省略した直流電源から筐体４０内の接地導体面４１に装着した放射型発振器基板Ｓ２５へ直流給電すると共に、放射型発振器基板Ｓ２５からＩＦ信号（アナログ信号もしくはＡ／Ｄ変換されたデジタル信号）を取り出して、適宜に処理する。
本実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第２４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、発振ＲＦ信号の所望の高調波を送信高調波信号として被測定物へ放射し、被測定物から反射された反射高調波信号を放射面で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、被測定物を検知するもので、周波数選別手段としてビーム放射型共振器を用いた。
放射型発振器基板Ｓ２５の放射面側に、格子状導体パターン形成領域５１ａおよび導体領域５２ａからなる第１部分透過性反射面と格子状導体パターン形成領域５１ｂおよび導体領域５２ｂからなる第２部分透過性反射面を距離ｄ２（発振ＲＦ信号の高調波の波長λ′のＮ／２程度、Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長を置いて対向させた部分透過性反射基板５０′を配置し、この部分透過性反射基板５０′によりビーム放射型共振器を構成する。斯く構成したビーム放射型共振器は、その共振周波数付近の信号を通過させる濾波器として機能するので、この場合は高調波信号が通過する。
一方、放射型発振器基板Ｓ２５は、金属導体あるいは金属導体を必要部分にコーティングしたプラスチック樹脂材等による筐体４０の外縁部から擂り鉢状に窪んだ平坦な底部である接地導体面４１に搭載し、この接地導体面４１から距離ｄ１（発振波長λのＮ／２程度、Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長だけ離れた放射面側に部分透過性反射基板５０′が保持される。なお、ビーム放射型共振器を実現する部分透過性反射基板５０′の構造として、厚さがｄ２の誘電体基板の一方の面に金属膜パターンをパターニングして第１部分透過性反射面を、他方の面に金属膜パターンをパターニングして第２部分透過性反射面を形成するものとしたが、第１部分透過性反射面と第２部分透過性反射面とを距離ｄ２隔てて保持できる構造であれば、誘電体基板を用いる必要はない。
そして、本実施形態においては、筐体４０の接地導体面４１が導電性であることから、部分透過性反射基板５０′の第２部分透過性反射面と接地導体面４１とが反射面として機能し、両者の距離ｄ１を発振波長λのＮ／２程度（Ｎ＝１、２、３・・・）の電気長とすることで、発振ＲＦ信号が共振するビーム放射型共振器が構成される。さらに、距離ｄ２離れた第１部分透過性反射面（格子状導体パターン形成領域５１ａおよび導体領域５２ａからなる面）と第２部分透過性反射面（格子状導体パターン形成領域５１ｂおよび導体領域５２ｂからなる面）とによって、高調波信号が共振するビーム放射型共振器が構成される。この場合、部分透過性反射基板５０′の第２部分透過性反射面は、発振ＲＦ信号が共振するビーム放射型共振器と高調波信号が共振するビーム放射型共振器の部分透過性反射面を兼ねている。
斯く構成したマイクロ波・ミリ波センサ装置によれば、放射型発振器基板Ｓ２５の発振周波数は、部分透過性反射基板５０′の第２部分透過性反射面と筐体４０の接地導体面４１とによるビーム放射型共振器で安定化され、かつ、部分透過性反射基板５０′の第１部分透過性反射面と第２部分透過性反射面とによるビーム放射型共振器により高調波が選別され出力されるのである。従って、前述した第２４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、ｆｍａｘの小さい低コスト低性能トランジスタを用いて放射型発振器基板を構成しても、比較的高い周波数でのセンサ装置を実現できる利点がある。なお、放射型発振器基板Ｓ２５を保持する筐体の基板載置面を非導電性とした場合には、ビーム放射型共振器が構成されないので、部分透過性反射基板５０′の第１部分透過性反射面と第２部分透過性反射面とからなる濾波器としてのビーム放射型共振器が存在するだけとなる。
なお、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ２５の構造は特に限定されるものではなく、第１〜第２１放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１に対して、発振ＲＦ信号が共振するビーム放射型共振器と高調波が共振するビーム放射型共振器を形成するようにしても良い。また、筐体４０と部分透過性反射基板５０′と放射型発振器基板Ｓ２５とを共にＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）などを用いた３次元形態の集積回路で構成してもよい。
（第２６実施形態〉
次に、第４２図に基づいて、本発明の第２６実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の概略構成は、前述した第１〜第２１実施形態のマイクロ波・ミリ波センサ装置で用いた放射型発振器基板Ｓ１〜Ｓ２１の何れかと同様な構成の放射型発振器基板Ｓ２６を基板保持プレート７０にて保持し、放射型発振器基板Ｓ２６の放射面側に周波数選別手段として導波管濾波器８０を配置したものである。
導波管濾波器８０は、放射型発振器の放射波を導波管の伝送波に変換する変換部８１と、アイリス板などの導波管回路で構成した濾波器８２と、該濾波器８２により所望の高調波を選別して通過させ、通過した高調波を放射させるホーンアンテナ８３を備える。なお、変換部８１は、例えばテーパー状構造により所望の大きさの導波管口まで徐々に管の太さを変化させたものであり、仮に放射型発振器基板Ｓ２６が所望の大きさの導波管口より小さいサイズであればテーパー状構造の必要はなく、放射型発振器基板Ｓ２６からの放射波を導波管の伝送波に効率よく変換できる構造であればよい。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、前述した第２４実施形態および第２５実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、発振ＲＦ信号の所望の高調波を送信高調波信号として被測定物へ放射し、被測定物から反射された反射高調波信号を放射面で受け、放射型発振器自身によるホモダイン高調波ミキシングによりＩＦ信号を取得し、被測定物を検知するもので、ｆｍａｘの小さい低コスト低性能トランジスタを用いて放射型発振器基板を構成しても、比較的高い周波数でのセンサ装置を実現できる利点がある。
（第２７実施形態〉
次に、第４３図に基づいて、本発明の第２７実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ２７における高周波トランジスタ１に対し、ゲート電圧またはドレイン電圧を変化させることにより、発振周波数または発振振幅を変化させるようにしたものである。
放射型発振器基板Ｓ２７は、例えば、第１実施形態で採用した放射型発振器基板Ｓ１において、直流電源ＤＣ１またはＤＣ２の代わりに信号源を用い、高周波トランジスタ１のゲートまたはドレインのバイアス電圧値を変化させることで、発振周波数または発振振幅を変化させて変調を行うのである。周波数変調は、トランジスタ自身が持つ容量成分や誘導性分のバイアス依存性を利用して共振キャビティの共振周波数を変化させ、発振周波数を変化させることで実現する。振幅変調は、発振振幅のバイアス依存性を利用して実現する。
第４３図に示す放射型発振器基板Ｓ２７においては、高周波トランジスタ１のドレインのバイアス条件を変化させ、発振周波数または発振振幅を変化させて変調を行えるようにした。これは、前述した第１実施形態で採用した放射型発振器基板Ｓ１において、抵抗７の代わりに、バイアス制御回路９０を設けたものである。
斯く構成した放射型発振器基板Ｓ２７における変調動作は、電流制御端子９１を介して変調信号源ＳＳからの変調信号をバイアス制御回路９０へ入力し、その変調信号に応じて、バイアス制御回路９０を構成するトランジスタ９２のコレクタ電流が変化し、すなわち、高周波トランジスタ１のドレインバイアスが変化し、発振周波数または発振振幅が変化することで行われる。また、ＩＦ信号は、第１実施形態と同様にＩＦ出力端子１４から取り出すが、バイアス制御回路９０は、高周波トランジスタ１のＩＦ帯負荷手段としても機能している。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置では、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作、パルスセンサ動作
などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。
（第２８実施形態〉
次に、第４４Ａ図〜第４４Ｃ図に基づいて、本発明の第２８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第４４Ａ図は放射型発振器基板Ｓ２８の表面図、第４４Ｂ図は第４４Ａ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第４４Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ２８の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ２８における放射型発振器に電磁界結合した電圧制御のインピーダンス可変部を設けたものである。このインピーダンス可変部に、所望の変調信号電圧を印加して発振周波数を変化させ、発振ＲＦ信号を変調する。
本実施形態のマイクロ波ミリ波センサ装置では、放射型発振器基板Ｓ２８の導体パッチ４，４付近に、発振ＲＦ信号と共振しないような、波長に比べて十分小さい寸法の導体パターン１００を設け、この導体パターン１００に可変容量素子としてバラクタダイオード１０１を接続する。なお、導体パターン１００は、基板上の導体パッチ４と同一の表面層１６側に設ける必要はなく、放射型発振器と電磁界結合すればよいので、導体パッチ４付近の内層１２に設けてもよい。前記バラクタダイオード１０１のカソードは導体パターン１００に、アノードは内層ＧＮＤ１２に設けたスルーホール１０２に接続されている。バラクタダイオード１０１に印加する変調信号は、電流制御端子１０４に接続された変調信号源ＳＳよりＲＦチョーク回路１０３を通してカソードに入力する。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の発振周波数を決定する共振器は、内層ＧＮＤ１２と表面側誘電体基板１０を挟んだ導体パッチ４とで構成されており、発振ＲＦ信号の電磁界は表面側誘電体基板１０の導体パッチ４付近に集中していることから、導体パッチ４付近のインピーダンスをバラクタダイオード１０１にて変化させることで発振周波数が変化する。導体パターン１００が発振ＲＦ信号と共振するような寸法の場合でも周波数変調は行えるが、放射指向性に影響を与えたくない場合は、波長に比べて十分小さい寸法の導体パターン１００を設けることが望ましい。また、可変容量素子による周波数変調は、マイクロ波トランジスタ１のバイアス電圧変化による周波数変調に比べて、発振出力電力の変動が少ないという利点がある。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置では、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。
（第２９実施形態〉
次に、第４５Ａ図〜第４５Ｃ図に基づいて、本発明の第２９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第４５Ａ図は放射型発振器基板Ｓ２９の表面図、第４５Ｂ図は第４５Ｃ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第４５Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ２９の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ２９における放射型発振器に電磁界結合する誘電体共振器を設け、さらに、この誘電体共振器近傍のインピーダンスを変化させる可変容量素子を設けたものである。この可変容量素子に所望の変調信号電圧を印加して発振周波数を変化させ、発振ＲＦ信号を変調する。
放射型発振器基板Ｓ２９の導体パッチ４付近の内層ＧＮＤ１２に結合スロット１１０を設けることで、誘電体共振器１１１と導体パッチ４とが電磁界結合する構造とした。さらに、誘電体共振器１１１とマイクロストリップライン１１２とが電磁界結合するように配置し、そのマイクロストリップライン１１２に可変容量素子としてバラクタダイオード１１３を接続する。バラクタダイオード１１３のカソードはマイクロストリップライン１１２に、アノードは内層ＧＮＤ１２にスルーホール１１４を通じて接続されている。バラクタダイオード１１３に印加する外部変調信号は、ＲＦチョーク回路１１５を通してカソードに入力する。ＲＦチョーク回路１１５には、給電端子１１６を介して変調信号源ＳＳから給電される。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器の発振周波数を決定する共振器が、主に誘電体共振器１１１であることから、誘電体共振器１１１近傍のインピーダンスをバラクタダイオード１１３にて変化させることで周波数変調を行い、ＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能となる。また、可変容量素子による周波数変調は、マイクロ波トランジスタ１のバイアス電圧変化による周波数変調に比べて、発振出力電力の変動が少ないという利点がある。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、上述した第２８実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。
（第３０実施形態〉
次に、第４６Ａ図〜第４６Ｃ図に基づいて、本発明の第３０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第４６Ａ図は放射型発振器基板Ｓ３０の表面図、第４６Ｂ図は第４６Ｃ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第４６Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ３０の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ３０における放射型発振器へインジェクションロック信号を供給可能とし、インジェクションロック信号に発振ＲＦ信号を同期させた、あるいは、前記インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期した発振ＲＦ信号の発振周波数を変化させるようにしたものである。
放射型発振器基板Ｓ３０は、内層ＧＮＤ１２に設けたスロット１２０を介して誘電体共振器１２１と導体パッチ４とを電磁界結合させ、この誘電体共振器１２１と電磁界結合するようなマイクロストリップライン１２２を設けて、そのマイクロストリップライン１２２に信号源１２３からインジェクションロック信号を入力することで、放射型発振器の発振ＲＦ信号をインジェクションロック信号に同期させるように構成したものである。
なお、信号源１２３から放射型発振器基板Ｓ３０へ供給するインジェクションロック信号の周波数ｆｉは、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数ｆｏの１／Ｎ（Ｎ＝１、２、３・・・）でよい。Ｎ＝２、３・・の場合は、放射型発振器内部で発生したインジェクションロック信号の所望の高調波信号に発振ＲＦ信号が同期している場合である。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数を変化させれば、上述した第２８〜第２９実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。しかも、安定したインジェクションロック信号を使用し、それと発振ＲＦ信号を同期させることで、発振周波数を安定化できるという利点もある。
（第３１実施形態〉
次に、第４７Ａ図〜第４７Ｃ図に基づいて、本発明の第３１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第４７Ａ図は放射型発振器基板Ｓ３１の表面図、第４７Ｂ図は第４７Ｃ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第４７Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ３１の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ３１における放射型発振器へインジェクションロック信号を供給可能とし、インジェクションロック信号に発振ＲＦ信号を同期させた、あるいは、前記インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期した発振ＲＦ信号の発振周波数を変化させるようにしたものである。
放射型発振器基板Ｓ３１は、内層ＧＮＤ１２に設けたスロット１３０を介して導体パッチ４とマイクロストリップライン１３１を電磁界結合させ、そのマイクロストリップライン１３１に信号源１３２からインジェクションロック信号を入力することで、放射型発振器の発振ＲＦ信号をインジェクションロック信号に同期させるように構成したものである。なお、信号源１３２から放射型発振器基板Ｓ３１へ供給するインジェクションロック信号の周波数ｆｉは、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数ｆｏの１／Ｎ（Ｎ＝１、２、３・・・）でよい。Ｎ＝２、３・・の場合は、放射型発振器内部で発生したインジェクションロック信号の所望の高調波信号に発振ＲＦ信号が同期している場合である。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数を変化させれば、上述した第２８〜第３０実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。しかも、安定したインジェクションロック信号を使用し、それと発振ＲＦ信号を同期させることで、発振周波数を安定化できるという利点もある。
（第３２実施形態〉
次に、第４８Ａ図〜第４８Ｃ図に基づいて、本発明の第３２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第４８Ａ図は放射型発振器基板Ｓ３２の表面図、第４８Ｂ図は第４８Ｃ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第４８Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ３２の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ３２の高周波トランジスタ１の直流バイアス回路を通してインジェクションロック信号を放射型発振器に入力し、放射型発振器の発振ＲＦ信号をインジェクションロック信号に同期させるように構成したものである。
放射型発振器基板Ｓ３２は、ＲＦチョーク回路５ａと直流電源ＤＣ１の間にインジェクションロック信号源１４０を接続し、直流電源ＤＣ１側にインジェクションロック信号が入り込むのを防ぐためのインジェクションロック信号周波数で有効なチョーク回路１４１を設け、インジェクションロック信号を放射型発振器へ入力している。
放射型発振器基板Ｓ３２におけるＲＦチョーク回路５ａは、放射型発振器の発振ＲＦ信号周波数付近に対して有効であるので、発振ＲＦ信号周波数付近の周波数のインジェクションロック信号を入力すると、ＲＦチョーク回路５ａによってインジェクションロック信号は反射されて放射型発振器にあまり入力されないので、インジェクションロック信号の電力を増加させるか、または、インジェクションロック信号周波数を発振ＲＦ信号周波数の１／２や１／３などに設定して、インジェクションロック信号の高調波に発振ＲＦ信号を同期させる。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数を変化させれば、上述した第２８〜第３１実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。しかも、安定したインジェクションロック信号を使用し、それと発振ＲＦ信号を同期させることで、発振周波数を安定化できるという利点もある。
（第３３実施形態〉
次に、第４９図に基づいて、本発明の第３３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ３３へ空間を通してインジェクションロック信号を入力し、放射型発振器の発振ＲＦ信号をインジェクションロック信号に同期させるように構成したものである。
本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、放射型発振器基板Ｓ３３から適宜離れた位置（少なくとも、被測定物Ｔへの発振ＲＦ信号の放射および被測定物Ｔからの反射波の受信に障害とならない位置）に、インジェクションロック信号源１５０と放射器１５１を設置し、インジェクションロック信号を放射型発振器に照射し、放射型発振器の発振ＲＦ信号をインジェクションロック信号に同期させるのである。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においても、インジェクションロック信号の周波数を変化させることで、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数を変化させれば、上述した第２８〜第３２実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。しかも、安定したインジェクションロック信号を使用し、それと発振ＲＦ信号を同期させることで、発振周波数を安定化できるという利点もある。
（第３４実施形態〉
次に、第５０Ａ図〜第５０Ｃ図に基づいて、本発明の第３４実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を説明する。第５０Ａ図は放射型発振器基板Ｓ３４の表面図、第５０Ｂ図は第５０Ｃ図におけるＡ−Ａ’線の矢視断面図、第５０Ｃ図は放射型発振器基板Ｓ３４の裏面図である。本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、放射型発振器基板Ｓ３４の放射型発振器をＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）として用いて、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を構成したものである。
放射型発振器基板３４は、内層ＧＮＤ１２に設けたスロット１６０を介して導体パッチ４とマイクロストリップライン１６１を電磁界結合させ、そのマイクロストリップライン１６１をＰＬＬ部１６２へ接続し、放射型発振器の発振ＲＦ信号の電力の一部がＰＬＬ部１６２へ入力し、ＰＬＬ部１６２から制御電圧Ｖｔをゲート電圧供給端子６ａへ印加させるように構成したものである。この場合の放射型発振器は、ゲート電圧によって発振周波数が制御される放射型ＶＣＯとして動作している。なお、ＰＬＬ部１６２は、放射型発振器基板Ｓ３４に設けるなどして集積化してもよい。
放射型発振器の発振ＲＦ信号電力の一部を取り出してＰＬＬ部１６２へ伝送する方法は、本実施例のようなスロット１６０を用いた方法以外にも種々考えられる。例えば、ＲＦチョーク回路からの発振ＲＦ信号の漏洩をＰＬＬ部に入力する方法、第２８実施形態における放射型発振器基板２８のように導体パターン１００を設けて放射型発振器との電磁界結合部から発振ＲＦ信号を取り出してＰＬＬ部に入力する方法、第２９実施形態における放射型発振器基板２９のマイクロストリップライン１１２のような誘電体共振器との結合線路から発振ＲＦ信号を取り出してＰＬＬ部に入力する方法、放射型発振器の放射ＲＦ信号の一部を外部アンテナなどで空間的に収集してＰＬＬ部に入力する方法などが考えられる。
また、ＰＬＬ部１６２の回路構成も特に限定されるものではなく、種々の構成が考えられる。例えば、水晶振動子による基準周波数発振回路、位相比較器、分周回路、ループフィルタ回路で構成し、放射型発振器の発振ＲＦ信号を分周した周波数と基準周波数とを位相比較し、位相比較回路の出力を制御電圧Ｖｔとして放射型発振器へ入力する構成などが挙げられる。
このように、本実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置においては、安定した基準周波数信号と発振ＲＦ信号を同期させることで、発振周波数を安定化することが可能である。また、ＰＬＬ部にプログラマル分周回路を用いて分周比を変化可能とし、発振ＲＦ信号の周波数を変化させることで、それと同期する発振ＲＦ信号の周波数を変化させれば、上述した第２８〜第３３実施形態に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と同様に、一般のマイクロ波・ミリ波センサ装置にて行われているＦＭ−ＣＷセンサ動作などが可能であり、被測定物の位置情報などを検知するセンサ装置を提供できる。
以上、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を幾つかの実施形態に基づき説明したが、本発明は、これらの実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全てのマイクロ波・ミリ波センサ装置を権利範囲として包摂するものである。
また、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置における低コスト・低消費電力といった特徴は、多数のセンサを使用したシステムや計測試験装置に使用する場合に実用上有利であり、特に部品コストが高く、伝送損失の増加やデバイス性能により低電力効率になるミリ波帯センサシステム・装置において大きな優位性が見込まれる。
特に、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の特徴である単純な構成は、精密で微細な薄膜加工技術に依存するミリ波デバイスとそれらを用いたミリ波帯装置の製造工程における品質管理において、特性のばらつきを抑制し、製造上の高い歩留まりを確保する上で有利であり、高信頼性・低コストを実現できる本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、車載センサ（レーダ）システム、防犯・医療・看護等のための電波モニターシステム、精密振動センサシステム、アクティブイメージングアレーなどに好適である。
前記車載センサシステムは、車体の前後左右に本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を複数搭載し、それぞれ適当な変調動作をさせるなどし、その複数のマイクロ波・ミリ波センサ装置の中の任意の装置から得たＩＦ信号の位相情報や遅延時間差などを総合的に信号処理、信号解析し、自動制御や運転者への通知などを行うシステムである。これは、単独のセンサ装置を用いた場合に比べ、多角的で正確なセンシングや高解像度センシングが可能であり、また、モーターなどにより機械的にセンサの方角を振る必要が無く、電気的に高速に目標物の方角を特定することも可能である。特に、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は低コスト・低消費電力で提供できるので、多数のセンサ装置を用いた高度な衝突防止等の安全走行機能、車庫入れ時の運転補助機能、車体周囲の死角に起因する事故防止機能などを有する車載センサシステムを普及価格帯にて実現できる。
前記防犯・医療・看護等のための電波モニターシステムは、住宅の周囲の多数箇所に本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置を設置し、それぞれの箇所のセンサ装置から得るＩＦ信号から不審な侵入者の存在や場所、移動経路などの情報を警告するシステム、或いは病院内の多数の患者用ベッド上天井部に本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置をそれぞれ設置してネットワークを構成し、それぞれの患者の存在、呼吸の様子などをモニターし、異常時に警告するシステムなどである。このような多数のセンサ装置を用いるシステムの構築には、単体のセンサ装置が低コストであることが重要であり、本発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置が有利である。特に、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高感度特性であるがゆえに放射電力を弱めて動作させることが可能であり、また、携帯電話などで利用が進んでいる準マイクロ波帯の電波に比べて他の電子機器の動作に与える影響が小さい準ミリ波帯、ミリ波帯の電波を用いるセンサ装置として低コストでの供給を実現できることから、医療機器や心臓ペースメーカなどに誤動作をもたらす外部電波の影響を排除する必要がある病院内において、その有用性は特に高いものである。
前記精密振動センサシステムは、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置の出力電波（送信ＲＦ信号）を建築物の壁面などの任意の箇所へスポット的に照射し、壁面等からの反射波（受信ＲＦ信号）を受信してＩＦ信号を取得し、その面の微小振動や、長時間にわたりゆっくりと変化する面位置や面歪、平面度などを、ＩＦ信号電圧の変化として検知するシステムである。本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置と被測定物との間の定在波によるゼロビートのＩＦ信号、すなわちＤＣ電圧値を、検知前にあらかじめ記録してキャリブレーションを行うことにより、マイクロメートルオーダーの被測定物の変化を検出することが可能である。例えば、ビルの壁面タイルを複数箇所モニターすることで、壁面の老朽化によるタイル剥がれ・ひび割れ・落下などを高感度に検知でき、危険回避システムの構築を低コストで実現できる。目視や光センサでは検知不可能な、タイルの内側（接着面）の剥がれ・ひび割れさえ検知可能なシステムが低コストにて構築できる。
前記アクティブイメージングアレーは、本発明に係るマイクロ波・ミリ波センサ装置において、放射型発振器をＮ行Ｍ列のマトリックス状に配置して、マトリックス制御により任意の放射型発振器あるいは全ての放射型発振器を動作・スキャンさせ、それぞれの放射型発振器より取得したＩＦ信号を総合的に信号処理、信号解析することで、被測定物の形状や形状変動などのイメージングを行うものである。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
以上説明したように、本発明のマイクロ波・ミリ波センサ装置は、高電力効率且つ高感度でありながら、単純構成であり、低コストに実現できるので、計測試験装置、車載センサシステム、各種医療機器等への有用性が極めて高い。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2008120826.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008120826.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
2008120826.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2008120826.tif 000014
【図１１】
2008120826.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３Ａ】
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【図３３Ｂ】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【図３６Ｃ】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図４０Ａ】
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【図４０Ｂ】
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【図４１Ａ】
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【図４１Ｂ】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４Ａ】
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【図４４Ｂ】
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【図４４Ｃ】
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【図４７Ａ】
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【図４７Ｂ】
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【図４７Ｃ】
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【図４８Ａ】
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【図４８Ｂ】
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【図４８Ｃ】
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【図４９】
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【図５０Ａ】
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【図５０Ｂ】
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【図５０Ｃ】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４５Ｃ】
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【図４６Ａ】
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【図４６Ｂ】
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【図４６Ｃ】
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【国際調査報告】
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