(57)【要約】【課題】マイクロストリップアンテナにおいて給電素子の構造で高調波又は基本波の放射パワーを抑制する。【解決手段】  給電素子２２における、抑制したい波の電流振幅が最小の箇所の近傍で、且つ抑制したくない電流振幅が最大に近い領域内の点を接地する。例えば、基本波を抑制せずに、二次と三次高調波を抑制したい場合、基本波、二次高調波、三次高調波の基板上での波長をλｇ１、λｇ２、λｇ３で表すと、基本波の励振方向ｙにおける終端縁からλｇ１／６を越える距離範囲で、且つ二次高調波の励振方向ｘにおける終端縁からλｇ２／２±λｇ２／６の距離範囲で、さらに、三次高調波の励振方向ｙにおける終端縁からλｇ３／２±λｇ３／６の距離範囲の領域５０A、５０B内の点が接地される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料製の基板と、
前記基板上に形成された給電素子と、
前記給電素子に励振信号を印加する伝送線路と、
前記給電素子における１以上の接地点をグランドレベルに接続する接地手段と
を備え、
前記給電素子上の前記励振信号のｎ（ｎは２以上の所定の整数）次高調波の電流振幅値が最大値でない領域内に、前記接地点が配置される電波送信アンテナ。
【請求項２】
前記給電素子における前記ｎ次高調波の電流振幅値が最小値である箇所又は前記箇所の近傍の領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項３】
前記ｎ次高調波の前記基板上での波長をλｇｎで表した場合、前記給電素子における前記ｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇｎ／２−λｇｎ／６以上、λｇｎ／２＋λｇｎ／６以下の距離範囲内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項４】
前記給電素子における二次高調波と三次高調波の双方の電流振幅値が最大値でない領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項５】
前記給電素子における二次高調波と三次高調波の双方の電流振幅値が最小値である箇所又は前記箇所の近傍の領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項６】
前記励振信号の二次と三次の高調波の前記基板上での波長をλｇ２とλｇ３でそれぞれ表した場合、前記給電素子における前記二次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇ２／２−λｇ２／６以上、λｇ２／２＋λｇ２／６以下の距離範囲内であって、且つ、前記給電素子における前記三次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇ３／２−λｇ３／６以上、λｇ３／２＋λｇ３／６以下の距離範囲内である領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項７】
前記給電素子における前記励振信号の基本波の電流振幅値が最小値である箇所を除いた領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項８】
前記励振信号の基本波の前記基板上での波長をλｇ１で表した場合、前記給電素子における前記基本波の励振方向に交差する終端縁からλｇ１ ／６以下の距離範囲内を除く領域内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項９】
前記給電素子における前記励振信号の基本波とｎ次高調波の励振方向が異なる場合、前記ｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁の近傍の領域内に前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項１０】
前記給電素子における前記励振信号の基本波とｎ次高調波の励振方向が異なる場合、前記ｎ次高調波の前記基板上での波長をλｇｎで表した場合、前記給電素子における前記ｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇn ／６以下の距離範囲内に、前記接地点が配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項１１】
複数の前記接地点が、前記給電素子の中心線を基準にして対称の位置に配置される請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項１２】
前記接地手段が、前記接地点を前記グランドレベルに接続するか否かを選択できるようになっている請求項１記載の電波送信アンテナ。
【請求項１３】
電波を外部へ放出するための請求項1記載の電波送信アンテナと、
前記電波送信アンテナから放出された電波が物体で反射された反射波を受信するための、前記電波送信アンテナと同一又は別の電波受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信信号を処理することで、物体の存在又は動きを検出する信号処理回路と
を備えた物体センサ。
【請求項１４】
誘電体材料製の基板と、
前記基板上に形成された給電素子と、
前記給電素子に励振信号を印加する伝送線路と、
前記給電素子における１以上の接地点をグランドレベルに接続する接地手段と
を備え、
前記給電素子上の前記励振信号の基本波の電流振幅値が最大値でない領域内に、前記接地点が配置される電波送信アンテナ。
【請求項１５】
前記給電素子における前記基本波の電流振幅値が最小値である箇所又は前記箇所の近傍の領域内に、前記接地点が配置される請求項１４記載の電波送信アンテナ。
【請求項１６】
前記基本波の前記基板上での波長をλｇ１で表した場合、前記給電素子における前記基本波の励振方向に交差する終端縁からλｇ１ ／６以下の距離範囲内に、前記接地点が配置される請求項１４記載の電波送信アンテナ。
【請求項１７】
前記接地手段が、前記接地点を前記グランドレベルに接続するか否かを選択できるようになっている請求項１４記載の電波送信アンテナ。
【請求項１８】
前記給電素子に複数の励振信号をそれぞれ印加する複数の前記伝送線路と、
前記給電素子における前記複数の励振信号のそれぞれの基本波の電流振幅値がそれぞれ最大値でない複数の領域にそれぞれ配置された複数の前記接地点と、
前記複数の接地点を前記グランドレベルにそれぞれ接続する複数の前記接地手段と
を備えた請求項１７記載の電波送信アンテナ。
【請求項１９】
前記給電素子における前記複数の励振信号の基本波の励振方向が異なるようになっている請求項１８記載の電波送信アンテナ。
【請求項２０】
電波を外部へ放出するための請求項１４記載の電波送信アンテナと、
前記電波送信アンテナから放出された電波が物体で反射された反射波を受信するための、前記電波送信アンテナと同一又は別の電波受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信信号を処理することで、物体の存在又は動きを検出する信号処理回路と
を備えた物体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波又はそれより高い周波数の電波を送信するマイクロストリップアンテナに代表されるような電波送信アンテナに関し、特に、アンテナから発信される電波を制御するための技術に関する。
【０００２】
本発明はまた、そのような電波送信アンテナを用いた物体センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来より、誘電体基板の表面に薄膜状の１又は複数のアンテナ素子を配置し、そのアンテナ素子に発振回路からマイクロ波のような高周波信号を印加することによって、アンテナ電極から電波を発信させるマイクロストリップアンテナが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。また、マイクロストリップアンテナから電波を発信し、その電波が物体に当たって反射してくる電波を受信することで、物体を検知したりするための高周波センサも知られている。
【０００４】
発振回路は、アンテナ素子を励振するための所望周波数の高周波（以下、基本波という）を生成するが、その際、基本波と同時に不要な高調波が生成される。特に二次と三次の高調波は、無視できない程度のパワーをもつので、これらを抑制する方策が必要である。従来の装置は、発振回路とアンテナを接続する伝送線路に、又は発振回路に、フィルタ回路を設け、フィルタ回路で不要な二次や三次高調波を反射させることで、アンテナから高調波が放射されることを抑制している。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１２８４３５号公報
【特許文献２】特開平９−２１４２３８号公報
【特許文献３】特開平９−２９７１７４号公報
【特許文献４】特開２００３−１４２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のように、発振回路又は伝送線路上に設けられたフィルタ回路により高調波を抑制する場合、そのフィルタ回路において基本波の伝送損失も生じるため、効率が低下するという問題がある。また、フィルタ回路で反射された高調波が、発振回路を覆うシールドケース内で飛散し、シールドケースと基板の間に隙間があれば、そこから高調波が漏れるという不具合もあり得る。
【０００７】
従って、本発明の目的は、電波送信アンテナにおいて、アンテナ素子の構造で高調波の放射パワーを制御できるようにすることにある。
【０００８】
さらに、別の目的は、アンテナ素子の構造で電波の放射特性を制御できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの側面に従う電波送信アンテナは、誘電体材料製の基板と、基板上に形成された給電素子と、給電素子に励振信号を印加する伝送線路と、給電素子における１以上の接地点をグランドレベルに接続する接地手段とを備える。そして、給電素子上の励振信号のｎ（ｎは２以上の所定の整数）次高調波の電流振幅値が最大値でない領域内に、前記接地点が配置される。
【００１０】
この電波送信アンテナによると、励振信号に含まれる不要なｎ次高調波の放射パワーを給電素子で低下させることができる。すなわち、給電素子上のｎ次高調波の電流振幅値が最大値でない領域内に、グランドレベルに接続される接地点を設けることにより、ｎ次高調波の放射パワーが低減されるのである。したがって、励振信号を発生する発振回路内、或いは、発振回路と給電素子とを接続する伝送線路上などに、ｎ次高調波を低減するためのフィルタ回路を設けなくてもよい。そのようなフィルタ回路を設けない場合、発振回路にて生成された基本波をアンテナまで効率良く伝達することができ、また、電波送信アンテナや発振回路などを含めた全体的なサイズを小型化することができる。
【００１１】
ｎ次高調波の放射パワーを効果的に低減するために、好ましくは、給電素子におけるｎ次高調波の電流振幅値が最小値である箇所又はその箇所の近傍の領域内に、接地点を配置することができる。より具体的にいうと、好ましくは、ｎ次高調波の基板上での波長をλｇｎで表した場合、給電素子におけるｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇｎ／２−λｇｎ／６以上、λｇｎ／２＋λｇｎ／６以下の距離範囲内に、接地点を配置することができる。特に好ましくは、前記終端縁からλｇｎ／２−λｇｎ／１２以上、λｇｎ／２＋λｇｎ／１２以下の距離範囲内に、接地点を配置することができる。
【００１２】
通常、問題となる高調波は二次高調波と三次高調波である。二次と三次の双方の高調波の放射パワーを低減するためには、給電素子における二次高調波と三次高調波の双方の電流振幅値が最大値でない領域内に、接地点を配置することができる。好ましくは、給電素子における二次高調波と三次高調波の双方の電流振幅値が最小値である箇所又はその箇所の近傍の領域内に、接地点を配置することができる。より具体的にいうと、好ましくは、励振信号の二次と三次の高調波の基板上での波長をλｇ２とλｇ３でそれぞれ表した場合、給電素子における二次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇ２／２−λｇ２／６以上、λｇ２／２＋λｇ２／６以下の距離範囲内であって、且つ、給電素子における三次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇ３／２−λｇ３／６以上、λｇ３／２＋λｇ３／６以下の距離範囲内である領域内に、接地点を配置することができる。
【００１３】
高調波の放射パワーを低減する一方で、基本波の放射パワーをできるだけ低減させないようにするためには、給電素子における基本波の電流振幅値が最小値である箇所を除いた領域内に、接地点を配置することができる。好ましくは、基本波の基板上での波長をλｇ１で表した場合、給電素子における基本波の励振方向に交差する終端縁からλｇ１ ／６以下の距離範囲内を除く領域内に、接地点を配置することができる。
【００１４】
また、基本波とｎ次高調波の励振方向が異なる場合には、高調波の放射パワーを低減するために、上述した領域に代えて又は併用して、ｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁の近傍の領域内に接地点を配置することもできる。より具体的に言うと、ｎ次高調波の基板上での波長をλｇｎで表した場合、給電素子におけるｎ次高調波の励振方向に交差する終端縁からλｇｎ ／６以下の距離範囲内に、接地点を配置することができる。
【００１５】
接地点の個数は1個でも複数でも良い。複数の接地点を設ける場合、その複数の接地点が、給電素子の中心線を基準にして対称の位置に配置されるようにすることができる。それにより、アンテナから放射される基本波の放射パターン（指向性）に接地点が与える影響を小さくすることができる。
【００１６】
前記接地手段が、接地点をグランドレベルに接続するか否かを選択できるように構成されることが出来る。例えば、スイッチで接地点とグランドレベルとを接続する線路を開閉するように構成することができる。これにより、高調波の放射パワーを抑制するか否かが選択可能である。これを応用することで、意図的に特定の高調波を選択的に放射させるようにすることができる。
【００１７】
本発明はまた、本発明に従う電波送信アンテナを送信アンテナとして用いた物体センサも帝位要する。この物体センサは、上述した電波送信アンテナを用いた送信アンテナと、その送信アンテナから放出された電波が物体で反射された反射波を受信するための受信アンテナと、その受信アンテナからの受信信号を処理することで、物体の存在又は動きを検出する信号処理回路とを備える。受信アンテナには、上記送信アンテナが併用されてもよいし、或は、送信アンテナとは別に受信アンテナが設けられてもよい。本発明に従う電波送信アンテナを送信アンテナに用いることで、発振回路内又は伝送線路上に高調波を低減するためのフィルタ回路を設けなくてもよくなる。フィルタ回路を省略した場合、基本波について効率が向上し、物体センサのサイズを小型化することができる。
【００１８】
本発明の別の側面に従う電波送信アンテナは、誘電体材料製の基板と、基板上に形成された給電素子と、給電素子に励振信号を印加する伝送線路と、給電素子における１以上の接地点をグランドレベルに接続する接地手段とを備える。そして、給電素子上の励振信号の基本波の電流振幅値が最大値でない領域内に、前記接地点が配置される。
【００１９】
電波送信アンテナによると、基本波の放射パワーが給電素子で低減される。基本波の放射パワーを意図的に制限したい場合、例えば、複数の励振信号を印加して、その中から特定の励振信号の基本波だけを放射したい場合や、基本波を抑えて二次高調波だけを選択的に放射したいというような場合に、この発明が応用できる。
【００２０】
基本波の放射パワーを効果的に低減するために、好ましくは、給電素子における基本波の電流振幅値が最小値である箇所又はその箇所の近傍の領域内に、前記接地点を配置することができる。具体的にいうと、好ましくは、給電素子における基本波の励振方向に交差する終端縁からλｇ１ ／６以下の距離範囲内に、接地点を配置することができる。
【００２１】
前記接地手段は、接地点をグランドレベルに接続するか否かを選択できるように構成されてよい。それにより、基本波を低減するか否かを選択できる。
【００２２】
好適な実施形態では、複数の伝送線路が給電素子に接続され、複数の励振信号が給電素子に印加される。そして、複数の励振信号のそれぞれの基本波の放射パワーを個別に低減できるような複数の位置に、複数の接地点が設けられ、各接地点は、スイッチを介して、任意のときにグランドレベルに接続され得るようになっている。スイッチの操作により、複数の励振信号中から選ばれた一つの励振信号による電波が放射される。上記複数の励振信号の基本波の励振方向は異なるようにすることができる。スイッチの操作で、どの励振
方向の基本波を放射させるかを選ぶことができる。励振方向を選ぶことで、放射される電波の振動方向を選ぶことができる。このアンテナを、ドップラ効果を利用した物体センサに用いた場合、放射される電波の振動方向を選ぶことで、どの方向に動いている物体に対して高い検出感度をもつかを選択することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一つの側面に従えば、給電素子の構造で高調波の放射パワーを制御することができる。
【００２４】
また、本発明によれば、給電素子の構造で電波の放射特性を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２６】
図1は、本発明の一実施形態にかかる電波送信アンテナ、とりわけ、マイクロ波又はそれより高い周波数の高周波で励振されるマイクロストリップアンテナにおける一つのアンテナ素子を示す平面図である。また、図２は、図１のA-A線に沿った断面図である。
【００２７】
マイクロストリップアンテナの全体的構造には、種々のものがあり得る。例えば、誘電体基板上に１つのアンテナ素子が配置された最も単純な構造や、同一の誘電体基板上に、高周波信号の伝送線路に接続された１以上のアンテナ素子（以下、「給電素子」という）だけでなく、高周波信号の伝送線路には接続されていない１以上のアンテナ素子（以下、「無給電素子」という）も配置されている構造や、同一の誘電体基板上に多数の給電素子が配置されている構造などがあり得る。これらの全体的構造のいずれをもつマイクロストリップアンテナにおいても、その給電素子について、図１及び図２に示したアンテナ素子（給電素子）の構造が適用可能である。
【００２８】
図１に示すように、誘電体材料製の基板２０の前側の表面に、金属などの導体材料製の薄膜のような平面的なアンテナ素子（給電素子）２２が配置される。給電素子２２の平面形状は典型的には例えば方形であり、図示の例では正方形である。ここで、説明の都合上、給電素子２２の一つの終端縁に沿った方向（図中、横方向）をｘ方向とよび、それに直交する方向（図中、縦方向）をｙ方向とよぶ。
【００２９】
給電素子２２のｘ方向で中央に位置し、ｙ方向で下側の終端縁寄りの位置に、給電点２４が設けられる。給電点２４は、図２に示すように、基板２０を貫通する導体製の信号伝送線（以下、基板２０を貫通する導体線を「スルーホール」という）２５を介して、基板２０の裏側に搭載された発振回路３０の出力端子３１に接続される。発振回路３０は高周波信号を出力し、その高周波信号は出力端子３１から接続線としてのスルーホール２５を通じて給電素子２２の給電点２４に印加される。その高周波信号には、給電素子２２を励振するための所定周波数の基本波が含まれるだけでなく、そのｎ倍（ｎは２以上の正の整数、つまり、ｎ＝２，３，４，…）の周波数をもつｎ次の高調波も含まれる。それら高調波のパワーは、いずれも基本波のパワーよりは小さいものの、特に二次と三次の高調波のパワーは無視できない程度の大きさがあり、抑制される必要がある。
【００３０】
給電素子２２のｙ方向の寸法Lｙは、上述した基本波により励振されるのに適した寸法であり、典型的には基本波の基板２０上での波長λｇ１の約１／２である。ここで、実際には、ｙ寸法Lｙは、種々の理由から、正確にλｇ１／２ではなく、それから若干ずれた寸法（例えば０．８×λｇ１／２程度）に設計されることが多いが、本明細書の説明では、このように正確なλｇ１／２から若干ずれた実際のｙ寸法も含めて、「約λｇ１／２」という。図示の例の場合、給電素子２２は正方形であるので、そのｘ方向の寸法Lｘも、約λｇ１／２である。具体例を挙げれば、基本波の周波数が約１０GHzである場合、ｙ寸法Lｙとｘ寸法Lｘはいずれも約７．６６ｍｍである。また、給電点２４の下側の終端縁からの距離L1は、例えば約λｇ１／４である。
【００３１】
上記のような給電素子２２の寸法と給電点２４の配置によると、給電素子２２は基本波により通常はｙ方向（図中、縦方向）に励振される。給電素子２２が励振される方向を、以下「励振方向」という。
【００３２】
給電素子２２のｘ方向で中央に位置し、ｙ方向で異なる２つの位置に、２つの接地点２６A，２６Bが設けられる。接地点２６A，２６Bは、図２に示すように、２本の接続線としてのスルーホール２７A，２７Bをそれぞれ介して、基板２０の裏側(又は内部）に設けられた、グランド電位を提供するためのアース電極２８に接続される。給電素子２２上での接地点２６A，２６Bのｙ方向の位置は、後に詳述するように、ｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波の基板２０上での波長をλｇｎと表した場合、給電素子２２のｎ次高調波（特に、二次及び三次高調波）の励振方向において、その励振方向に交差する終端縁（以下、「その励振方向における終端縁」という）からλｇｎ／２−λｇｎ／６以上、λｇｎ／２＋λｇｎ／６以下の距離範囲内に選ばれている。このような接地点２６A，２６Bの位置は、別の言い方をすると、給電素子２２上でのｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波（特に、二次及び三次高調波）の電流振幅値が最小である位置又はその位置の近傍の領域内であって、且つ基本波の電流振幅値が最小でない（好ましくは、出来るだけ大きい）位置であるということができる。或いは、上記のような接地点２６A，２６Bの位置は、給電素子２２上でのｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波（特に、二次及び三次高調波）の電圧振幅値が最大である位置又はその位置の近傍の領域内であって、且つ基本波の電圧振幅値が最大でない（好ましくは、出来るだけ小さい）位置であるということもできる。このように接地点２６A，２６Bを配置すると、給電素子２２からの基本波の放射パワーを大きく維持したまま、ｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波（特に、二次及び三次高調波）の放射パワーを低減させることができる。
【００３３】
また、図１に示すように、２つの接地点２６A，２６Bは、給電素子２２の中心線を基準にして対称の位置に配置されている。このように給電素子２２の中心線を基準とした対称の位置に複数の接地点が配置されることで、アンテナから放射される基本波の放射パターン（指向性）への接地点による影響（例えば、放射パターンが傾いたり、偏ったりするなど）が生じない。なお、接地点の個数は必ずしも２つである必要はなく、１個であっても、或いは２個以上であってもよい。
【００３４】
以下では、図３〜図９を参照して、ｎ次高調波（特に、二次と三次高調波）の放射パワーを低減するための給電素子上の接地点の好ましい配置とその原理について説明する。
【００３５】
図３と図４は、図１に示した実施形態における、二次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【００３６】
まず、基本的な原理は、基本波およびｎ次高調波のいずれについても、給電素子上の設置される位置(接地点）での当該波の電流振幅値がより小さいほど、給電素子上での当該波の放射パワーがより効果的に低減されるということである。なお、給電素子上での波の電流と電圧の分布は約９０度位相が異なっているので、上記基本原理は、接地点での当該波の電圧振幅値がより大きいほど、給電素子上での当該波の放射パワーがより効果的に低減されると言換えることもできる。よって、当該波の電流振幅値が最小である位置（つまり、電圧振幅値が最大である位置）を接地すれば、当該波の放射パワーが最も効果的に低減されることにまる。また、当該波の電流振幅値が最小である位置の近傍の領域内の位置を接地した場合にも、当該波の放射パワーをかなり低減することができる。
【００３７】
さて、図１に示した実施形態においては、図３に示すように、給電素子２２の基本波による励振方向はｙ方向であり、基本波の電流振幅値i1は、給電素子２２上のｙ方向（基本波の励振方向）の位置に応じて、図中左側のグラフに示すように分布する。一方、二次高調波による励振方向はｘ方向であり、二次高調波の電流振幅値i２は、給電素子２２のｘ方向（二次高調波の励振方向）の位置に応じて、図中の上側のグラフに示すように分布する。
【００３８】
二次高調波を低減する目的で、グランド電位に接続される接地点を配置するのに好適な領域は、ハッチングで示した領域４０である。この領域４０は、具体的には、二次高調波の基板上での波長をλｇ２と表した場合、給電素子２２の二次高調波の励振方向（ｘ方向）における終端縁（左側又は右側の終端縁）からλｇ２／２−λｇ２／６以上、λｇ２／２＋λｇ２／６以下の距離範囲である。上側のグラフに示す二次高調波の電流振幅値i２の分布から分かるように、この領域４０では、二次高調波の電流振幅値i２が最大ではなく、比較的に小さいので、そこに接地点を設けることで、二次高調波の放射パワーを低減することができる。この領域４０の中でも特に、左側又は右側の終端縁からλｇ２／２の位置（給電素子２２のｘ方向における中央）は、二次高調波の電流振幅値i２が最小であるから、ここに接地点を設けることで、二次高調波の放射パワーを最も効果的に低減することができる。
【００３９】
しかし、図３に示した領域４０中には、そこに接地点を設けることで、二次高調波だけでなく基本波の放射パワーも低減してしまう部分が含まれている。その部分とは、基本波の基板上での波長をλｇ１と表した場合、図４に示すように、基本波の励振方向（ｙ方向）における終端縁（上側又は下側の終端縁）からλｇ１／６以下の距離範囲の部分であり、そこでは、基本波の電流振幅値i1は最大ではなく、比較的に小さい。そこで、この部分を図３に示した領域４０から除いた残りの部分の領域（図４中、ハッチングで示される領域）４２が、基本波の放射パワーを大きく維持しつつ、二次高調波の放射パワーを低減するための、接地点を設けるのに好ましい領域である。
【００４０】
ところで、給電素子２２の形状又は寸法が変わると、基本波又はｎ次高調波による励振方向や電流振幅値分布が変り、その結果、ｎ次高調波を抑制するための好ましい接地点の配置が変る。例えば、図５に示す例では、給電素子２２のｙ方向の寸法は、図１や図３に示した例と同様に約λｇ１／２であるが、ｘ方向の寸法は、図１や図３に示した例とは異なり、λｇ１／２よりかなり短い。図５に示した給電素子２２の場合、二次高調波の励振方向は基本波のそれと同様にｙ方向となり、二次高調波の電流振幅値i２は、給電素子２２のｙ方向（二次高調波の励振方向）の位置に応じて、図中の右側のグラフに示すように分布する。よって、図５でハッチングで示した領域４４、すなわち、給電素子２２の上側又は下側の終端縁からｙ方向にλｇ２／２−λｇ２／６以上、λｇ２／２＋λｇ２／６以下の距離範囲が、二次高調波の放射パワーを低減させるために、接地点を配置するのに適した領域である。また、この領域４４では、基本波の電流振幅値i1が最大又は最大に近いので、そこに接地点を配置しても、基本波の放射パワーを大きいまま維持できる。
【００４１】
次に、図１に示した実施形態において三次高調波を低減させるための、接地点の好ましい配置について説明する。
【００４２】
図６と図７は、図１に示した実施形態における、三次高調波を低減させるための給電素子２２上で接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【００４３】
図１に示した実施形態の場合、図６に示すように、給電素子２２の三次高調波による励振方向は基本波によるそれと同様にｙ方向であり、三次高調波の電流振幅値i３は、給電素子２２上のｙ方向（三次高調波の励振方向）の位置に応じて、図中右側のグラフに示すように分布する。三次高調波を低減する目的で接地点を配置するのに好適な領域は、ハッチングで示した２つの領域４６Aと４６Bである。この領域４６A，４６Bはそれぞれ、具体的には、三次高調波の基板上での波長をλｇ３と表した場合、給電素子２２の三次高調波の励振方向（ｙ方向）における終端縁（上側又は下側の終端縁）からλｇ3／２−λｇ３／６以上、λｇ３／２＋λｇ３／６以下の距離範囲である。右側のグラフに示す三次高調波の電流振幅値i３の分布から分かるように、この領域４６A，４６Bでは、三次高調波の電流振幅値i３が最大ではなく、比較的に小さいので、そこに接地点を設けることで、三次高調波の放射パワーを低減することができる。この領域４６A，４６Bの中でも特に、左側又は右側の終端縁からλｇ３／２の位置（給電素子２２のｙ方向における三分の一の位置）は、三次高調波の電流振幅値i３が最小であるから、ここに接地点を設けることで、三次高調波の放射パワーを最も効果的に低減することができる。
【００４４】
しかし、図６に示した領域４６A，４６B中には、そこに接地点を設けることで、三次高調波だけでなく基本波の放射パワーも低減してしまう部分が含まれている。その部分とは、既に説明したとおりであり、すなわち、図７に示すように、基本波の励振方向（ｙ方向）における終端縁（上側又は下側の終端縁）からｙ方向にλｇ１／６以下（すなわち、λｇ3／２以下）の距離範囲である。そこで、図７に示すように、この部分を図６に示した領域４６A，４６Bから除いた残りの部分の領域（図７中、ハッチングで示される領域、すなわち、上側又は下側の終端縁からλｇ3／２以上、λｇ３／２＋λｇ３／６以下の距離範囲の領域）４８A，４８Bが、基本波の放射パワーを大きく維持しつつ、三次高調波の放射パワーを低減するための、接地点を設けるのに好ましい領域である。
【００４５】
次に、図１に示した実施形態における二次と三次の双方の高調波を低減させるための接地点の好ましい配置について説明する。
【００４６】
図８は、図１に示した実施形態における二次と三次の双方の高調波を低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【００４７】
図８において、ハッチングで示された領域５０Aと５０Bは、そこに接地点を配置することで、基本波の放射パワーを大きいまま維持しつつ二次と三次の双方の高調波の放射パワーを低減させることができる領域である。すなわち、この領域５０Aと５０Bは、図４に示された好ましい領域４２と図７に示された好ましい領域４８A，４８Bとが重なり合う領域である。図４に示された好ましい領域４２は、そこに接地点を配置することで、基本波の放射パワーを大きいまま維持しつつ二次高調波の放射パワーを低減させることができる。また、図７に示された好ましい領域４８A，４８Bは、そこに接地点を配置することで、基本波の放射パワーを大きいまま維持しつつ三次高調波の放射パワーを低減させることができる。従って、それらの共通の領域である図８に示された領域５０A，５０Bに接地点を配置すれば、基本波の放射パワーを大きいまま維持しつつ二次と三次の双方の高調波の放射パワーを効果的に低減させることができる。図８に示された領域５０A，５０B中でも、特に、更に細かいハッチングで示した領域５２A，５２Bは一層好ましい。すなわち、この領域５２A，５２Bは、二次高調波の励振方向（ｘ方向）において終端縁（左又は右側の終端縁）からλｇ２／２以上、λｇ２／２＋λｇ２／１２以下の距離範囲で、三次高調波の励振方向（ｙ方向）において終端縁（上側又は下側の終端縁）からλｇ3／２−λｇ３／１２以上、λｇ３／２＋λｇ３／１２以下の距離範囲である。この領域５２A，５２Bでは、二次と三次の高調波の電流振幅値i２とi３が特に小さく、且つ基本波の電流振幅値i１が特に大きい。図１に示した実施形態では、この領域５２A，５２Bに接地点２６A，２６Bが配置されている。そのため、二次と三次の双方の高調波の放射パワーが効果的に低減される。
【００４８】
図９は、図１に示した実施形態において二次の高調波を低減させるための給電素子２２上の接地点の別の好ましい配置を説明する平面図である。
【００４９】
既に説明した原理によれば、二次の高調波の放射パワーを低減させるためには、二次高調波の電流振幅値i２ができるだけ小さい場所に接地点を配置することが好ましい。この原理によれば、図９に示すように、二次高調波の励振方向（ｘ方向）における終端縁（左側又は右側の終端縁）の近くの（例えば、終端縁からλｇ２／６以下の距離範囲の）領域５４A，５４Bに、接地点を配置してもよい。なお、領域５４A，５４Bに接地点を配置する場合、基本波の放射パワーの低減を避けるために、図４を参照して既に説明したように、基本波の励振方向（ｙ方向）における終端縁からλｇ１／６以下の距離範囲を除いた部分に接地点を配置することが望ましい。
【００５０】
図９に例示したように低減したい高調波の励振方向における終端縁の近くに接地点を配置することは、図９の場合の二次高調波のように、その高調波の励振方向が基本波の励振方向と異なる場合に有効である。何故なら、励振方向が同じ場合には、基本波も一緒に低減されてしまうからである。よって、給電素子の形状やサイズが図１に示した実施形態とは異なるために、三次高調波の励振方向が基本波の励振方向とは異なる場合には、三次高調波に関しても同様な原理に基づく接地点配置が採用できる。
【００５１】
なお、四次以上の高調波については、元々パワーが問題にならないほど小さいので、格別のパワー低減対策を講じる必要は通常は無い。しかし、四次以上の高調波に対しても、本発明の原理を適用してその放射パワーを一層小さくすることも可能である。
【００５２】
図１０は、本発明の原理に従う構造をもつ給電素子を複数備えたマイクロストリップアンテナの一実施形態の全体を示す平面図である。
【００５３】
図１０に示すマイクロストリップアンテナでは、同一の誘電体基板６０上に、複数、例えば４つの給電素子６２，６４，６６，６８が、例えば２×２マトリックス状に配置されている。給電素子６２，６４，６６，６８は、それぞれ、グランド電位に接続せる１つ以上の接地点７２，７４，７６，７８を有する。接地点７２，７４，７６，７８の各々は、給電素子６２，６４，６６，６８の各々における、基本波の電流振幅値が最大値又はそれに近く且つ二次及び三次高調波の電流振幅値が最小値又はそれに近いという位置に、配置されている。なお、参照番号７０は、給電素子６２，６４，６６，６８で高周波信号を供給する伝送線路を示している。伝送線路７０は、給電素子６２，６４，６６，６８と同様に基板６０の前面上に配置されてもよいし、或いは、基板６０の裏面上又は内部に配置されてスルーホールを通じて給電素子６２，６４，６６，６８に接続されてもよい。また、接地点７２，７４，７６，７８は、それが給電素子６２，６４，６６，６８の央部に配置される場合には、スルーホールを通じてアース電極へ接続されることになるが、他方、給電素子６２，６４，６６，６８の終端縁又はその近傍に配置される場合には、スルーホールを通じてアース電極へ接続されてもよいし、或いは、基板６０の表面上に配置されたマイクロストリップ線路を通じてアース電極へ接続されてもよい。
【００５４】
ところで、図１０は、本発明の原理が適用されるマイクロストリップアンテナの全体的なアンテナ素子構成の一例を示すに過ぎない。他の種類のアンテナ素子構成をもつマイクロストリップアンテナにも、本発明の原理は適用可能である。例えば、１以上の給電素子と１以上の無給電素子とを備えたマイクロストリップアンテナにおいて、各給電素子に、本発明の原理に従う構成を適用することもできる。
【００５５】
上述したような本発明に従う電波送信アンテナの用途の一つとして、人やその他の物体の存在や動きを検出するための物体センサがある。その物体センサでは、本発明に従う電波送信アンテナが送信アンテナとして用いられ、その送信アンテナから電波が外部へ放射され、その電波が物体に当って反射されて戻って来た反射波が受信アンテナで受信され、その受信信号が信号処理回路で処理されることで、人やその他の物体の存在や動きが検出される。このような物体センサにおいて、本発明に従う電波送信アンテナは、送信アンテナとしてだけでなく、受信アンテナとしても使用でき、一つのアンテナで送信アンテナと受信アンテナを兼ねることもでき、或いは、送信アンテナとは別に受信アンテナが設けられてもよい。ドップラ効果を利用して物体の動きが検出する物体センサの場合、信号処理回路には、送受信した電波を混合するミキサー回路や、ミキサー回路から出力されるドップラ信号を処理するドップラ回路などが含まれる。本発明に従う電波送信アンテナを用いた物体センサは、小型に作ることが容易である。
【００５６】
さて、上述した原理によれば、マイクロストリップアンテナの給電素子中のｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波の電流振幅値が比較的に小さい箇所に、グランド電位に接続される接地点を設けることで、そのｎ次高調波の放射パワーを選択的に低減することができる。しかし、この原理は、ｎ次高調波だけでなく、基本波に対しても適用できる。すなわち、給電素子中の基本波の電流振幅値が比較的に小さい箇所に、グランド電位に接続される接地点を設けることで、基本波の放射パワーを選択的に低減することができる。
【００５７】
この原理を応用することで、マイクロストリップアンテナから、基本波とｎ（ｎ＝２，３，…）次高調波のうちから所望のものを選んで電波として放射させることができる。そのような応用例としての一実施形態を以下に説明する。
【００５８】
図１１は、本発明に従うマイクロストリップアンテナの第２の実施形態における給電素子の構成を変形例を示す平面図である。
【００５９】
図１１に示すように、給電素子１１０は、基板（図中の背景）の前面上に形成された導体製の方形の薄膜であり、その直交する２つの終端縁、例えば図中下側と右側の終端縁、のそれぞれの中央部の近傍に２つの給電点１１２Ａ，１１２Ｂを有し、給電点１１２Ａ，１１２Ｂにはそれぞれ、高周波信号の伝送線１１４Ａ，１１４Ｂが接続される。ここで、伝送線１１４Ａ，１１４Ｂは、図示の例では、基板の前面上に形成されたマイクロストリップラインであるが、これに代えて、基板を貫通するスルーホールであってもよい。伝送線１１４Ａ，１１４Ｂは、互いに同一の又は異なる周波数をもつ高周波信号を給電点１１２Ａ，１１２Ｂにそれぞれ印加する。給電素子１１０の図中横方向（以下、「ｘ方向」という）の長さは、右側の給電点１１２Ａに印加される高周波信号の基本波で励振されるのに適した長さ、すなわち、基本波基板上での波長λｇ１Ａの約１／２に選ばれている。同様に、給電素子１１０の図中縦方向（以下、「ｙ方向」という）の長さは、下側の給電点１１２Ｂに印加される高周波信号の基本波で励振されるのに適した長さ、すなわち、その基本波の基板上での波長λｇ１Ｂの約１／２に選ばれている。よって、右側の給電点１１２Ａに印加され高周波信号の基本波による励振方向はｘ方向（横方向）であり、これに対し、下側の給電点１１２Ｂに印加され高周波信号の基本波による励振方向はｙ方向（縦方向）である。
【００６０】
また、給電素子１１０の給電点１１２Ａ，１１２Ｂの近傍の終端縁とは励振方向で反対側に位置する終端縁、例えば図中上側と左側の終端縁、のそれぞれの中央部の近傍（それぞれの終端縁からλｇ１Ａ／６、λｇ１B／６の距離以内）に、２つの接地点１１６Ａ，１１６Ｂが設けられ、接地点１１６Ａ，１１６Ｂはそれぞれ基板を貫通するスルーホール（図示せず）と接続され、それらのスルーホールは、基板の裏面に配置されたスイッチ（図示せず）を介して、グラント電位のアース電極（図示せず）に任意の時に接続され得るようになっている。そして、それらのスイッチのオンオフ操作により、給電素子１１０の２つの接地点１１６Ａ，１１６Ｂのうちの一方だけがアース電極に接続されると、その一方の接地点と反対側にある給電点に加えられる高周波信号の基本波の放射パワーが低減されるので、その高周波信号による励振は実質的に無効になり、他方の給電点に加えられる高周波信号による励振だけが有効になる。
【００６１】
例えば、図中上側の接地点１１６Ｂがアース電極に接続されると、下側の給電点１１２Ｂに加えられる高周波信号の基本波によるｙ方向の励振が実質的に無効にされ、実質的に、右側の給電点１１２Ａに加えられる高周波信号の基本波によるｘ方向の励振だけが有効になる。このｘ方向の励振により、ｘ方向に電磁界強度の振動波形を有する電波１２０Ａがアンテナから放射されることになる。他方、図中左側の接地点１１６Ａがアース電極に接続されると、右側の給電点１１２Ａの高周波信号によるｘ方向の励振が実質的に無効にされ、実質的に、下側の給電点１１２Ｂの高周波信号によるｙ方向の励振だけが有効になる。このｙ方向の励振により、ｙ方向に電磁界強度の振動波形を有する電波１２０Ｂがアンテナから放射されることになる。また、給電点１１２Ａ，１１２Ｂに供給される高周波信号の周波数が異なる場合には、スイッチ操作で接地点１１６Ａ，１１６Ｂを選択的にアース電極に接続することで、アンテナから放射される電波の周波数を切り替えることができる。
【００６２】
このように、給電素子１１０に、これを異なる方向に励振する複数の給電点１１２Ａ，１１２Ｂと、それぞれの給電点１１２Ａ，１１２Ｂの高周波信号による励振を実質的に無効にする接地点１１６Ａ，１１６Ｂとを設けて、接地点１１６Ａ，１１６Ｂのスイッチングでいずれかの給電点１１２Ａ，１１２Ｂを選択的に有効にすることで、振動波形の方向が違う又は周波数の異なる電波を選択的に放射することができる。この手法は、垂直偏波型のアンテナにおいて有効である。
【００６３】
図１２は、図１１示した給電素子を有する本発明に従うマイクロストリップアンテナに好適な用途の一つを示す。
【００６４】
図１２に示された用途は、人などの物体１３６の動きを電波のドップラ効果を利用して検知するための物体センサ１３２である。この物体センサ１３２は、例えば部屋の天井面又は壁面１３０などに取り付けられ、本発明に従うマイクロストリップアンテナ（図示せず）と、そのマイクロストリップアンテナに接続されたドップラ信号処理回路（図示せず）とを内蔵する。マイクロストリップアンテナは、電波を発するための送信アンテナとして使われる。送信アンテナであるマイクロストリップアンテナが受信アンテナとしても用いられてもよいし、或いは、受信アンテナが送信アンテナとは別に設けられてもよい。物体センサ１３２内のマイクロストリップアンテナは、図１１に示した構成の給電素子１１０を有し、その励振方向を変えることで、そのマイクロストリップアンテナから物体センサ１３２外へと放射される電波１３４の振動波形の方向が変わるようになっている。
【００６５】
図１３と図１４は、この物体センサ１３２のマイクロストリップアンテナの励振方向を変えることで生じる検知特性の違いを示している。
【００６６】
図１３に示すように、物体センサ１３２内のマイクロストリップアンテナの励振方向が図中の横方向であるときには、その振動波形の方向が横方向である電波１３８が、物体センサ１３２から放射される。この場合、物体センサ１３２の検出感度は、電波１３８の振動波形方向と同じ横方向への物体１３６の移動に対して最も良好である。他方、図１４に示すように、マイクロストリップアンテナの励振方向が図中縦方向であるときには、その振動波形の方向が縦方向である電波１４０が、物体センサ１３２から放射される。この場合、物体センサ１３２の検出感度は、縦方向への物体１３６の移動に対して最も良好である。このように、励振方向を切り替えることで、検出感度が良好である物体の移動の方向成分を変えることができる。そのため、この異なる励振方向を例えば高速に交互に切り替えるというように組み合わせて使用することにより、異なる励振方向で検出されたドップラ信号のレベルを比較して物体１３６の移動方向を推定したり、或いは、異なる励振方向で物体が検出されたか否かという判断結果を論理的に組み合わせて物体１３６がどの方向に移動してもそれを感度良く検出できるようにしたりすることができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。例えば、特定の高調波（例えば二次高調波）だけを選択的にアンテナから放射させることを目的として、その特定の高調波の放射パワーはあまり低減しないが、それ以外の次数の高調波（例えば三次高調波）基本波の放射パワーを効果的に低減できる給電素子上の位置に、接地点を配置することもできる。また、基本波やｎ次高調波の放射パワーをそれぞれ低減するための接地点とアース電極とを結ぶ線路の各々に、その線路を開閉するスイッチを設けることで、どの波の放射パワーを低減し又はしないかを選択可能にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電波送信アンテナ、とりわけマイクロストリップアンテナ、における一つのアンテナ素子を示す平面図である。
【図２】図１のA-A線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した実施形態における、二次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図４】図１に示した実施形態における、二次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図５】図１に示した実施形態とは異なる形状の給電素子２２上における、二次高調波の放射パワーを低減させるための接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図６】図１に示した実施形態における、三次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図７】図１に示した実施形態における、三次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図８】図１に示した実施形態における、二次と三次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の好ましい配置とその原理を説明する平面図である。
【図９】図１に示した実施形態における、二次高調波の放射パワーを低減させるための給電素子２２上の接地点の別の好ましい配置を説明する平面図である。
【図１０】本発明の原理に基づく構造をもつ給電素子を複数備えたマイクロストリップアンテナの一実施形態例を示す平面図である。
【図１１】本発明に従うマイクロストリップアンテナの第２の実施形態における給電素子の構成を変形例を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した給電素子を有するマイクロストリップアンテナに好適な用途の一つを示す側面図である。
【図１３】図１２に示した物体センサ１３２の励振方向が横方向であるときの検知特性を示す平面図。
【図１４】図１３に示した物体センサ１３２の励振方向が縦方向であるときの検知特性を示す平面図。
【符号の説明】
【００６９】
２０，６０  基板
２２，６２，６３，６４，６６，１１０  給電素子
２４  給電点
２５，１１４A、１１４B  高周波信号の伝送線
２６A，２６B，７２，７３，７４，７６，１１６A，１１６B  接地点
２７A，２７B  接続線（スルーホール）
２８  アース電極
３０  発振回路
４０  二次高調波を低減するための接地点に好ましい領域
４２  基本波の低減を避けつつ二次高調波を低減するための接地点に好ましい領域
４４  基本波の低減を避けつつ二次高調波を低減するための接地点に好ましい領域
４６A，４６B  三次高調波を低減するための接地点に好ましい領域
４８A，４８B  基本波の低減を避けつつ三次高調波を低減するための接地点に好ましい領域
５０A，５０B  基本波の低減を避けつつ二次と三次の双方の高調波を低減するための接地点に好ましい領域
５２A，５２B  基本波の低減を避けつつ二次と三次の双方の高調波を低減するための接地点に一層好ましい領域
５４A，５３B  基本波の低減を避けつつ二次高調波を低減するための接地点に好ましい別の領域
【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５】
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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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