(57)【要約】【課題】  従来の高周波回路は発振器とミキサの間に分配器・結合器があり、送信手段・受信手段からの送信波・受信波を分配・結合しているため、分配器・結合器の伝送線路による損失が発生し、高周波回路が大型、高価格になる問題があった。【解決手段】  発振器とミキサを直結し、送信波は発振器で生成されミキサを通過したマイクロ波やミリ波の透過電力を利用することにより、分配器・結合器をなくし分配器・結合器の伝送線路による損失を低減し、小型化、低価格の高周波回路を提供する。【選択図】    図１
2006275701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振器と複数の入出力端子をもつミキサとからなる高周波回路において、
前記ミキサの第１の端子に前記発振器の出力信号を局部発振信号として入力し、
前記ミキサの第２の端子より透過出力される前記局部発振信号を送信信号として取り出すことを特徴とする高周波回路。
【請求項２】
発振器と複数の入出力端子をもつミキサと送信手段と受信手段からなるマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサにおいて、
前記ミキサの第１の端子に前記発振器の出力信号を局部発振信号として入力し、
前記ミキサの第２の端子より透過出力される前記局部発振信号を送信信号として取り出し、
前記ミキサの前記第２の端子に接続する、前記送信信号を空間に放出する前記送信手段と、
前記ミキサの前記第２の端子に接続する、空間に放出された送信波が物体で反射した受信波を受信信号として取り込む前記受信手段とが一体化され、
前記送信信号と前記受信信号の周波数の差を前記ミキサにおいて生成し、第３の端子より検知信号として出力することを特徴とするマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波回路に関し、特に発振器とミキサからなる高周波回路に関し、中でも高周波（ＲＦ）信号から中間周波数（ＩＦ）信号への変換損失及び伝送線路による電力損失を低減し、小型化を実現したマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサは、送信手段から空間に向けてマイクロ波あるいはミリ波を送信し、物体（人を含む）での反射波を受信手段で受信し、物体が動いている場合にはドップラー効果により物体の動いている速度に比例して受信波の周波数がシフトするため、送信波と反射波（受信波）の周波数に差が生じ、これにより物体が動いているかどうかを検出するものである。
基本式：ΔＦ＝｜Ｆｓ−Ｆｏ｜＝２×Ｆｓ×ｖ／ｃ
Ｆｓ＝送信周波数
Ｆｏ＝反射（受信）周波数
ｖ＝物体の移動速度
ｃ＝光速
マイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサには、下記のような特徴がある。
【０００３】
第１に、雨、雪等の気象条件や直射日光、汚れ、温度、熱源等の環境条件の影響を受けづらい。
【０００４】
第２に、マイクロ波やミリ波が金属や厚い壁等を除き、建材、ガラス、陶器、プラスチック等を透過するので、センサの存在が分からないように設置できる。このため、防水や防滴構造が容易に実現でき、またいたずらを防止できる。
【０００５】
第３に、検知範囲をアンテナの指向特性の選択により容易に設定できる。
【０００６】
第４に、物体の反射面積に応じたドップラー出力信号が出るので、物体の大きさを検知できる。
【０００７】
一方、焦電センサや赤外線センサには次のような短所がある。
【０００８】
焦電センサは、温度変化をもとに物体の検知を行うため、例えば浴室など体温と同等まで高温となる環境では人体の動きを検知できない。
【０００９】
赤外線センサは、赤外線が物質を透過しないため、目にふれる状態で設置することになり覗かれているような不快感を与える。
【００１０】
このようにマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサは、他のセンサに対して多くの特徴を持つため、野球のスピードガン、自動ドアの移動体検知センサ等の用途が実用化されている。
【００１１】
また、トイレの自動洗浄、トイレや浴室での病気の発作などによる長時間転倒等の異常の検知、不法侵入者や車上荒らしを検知するセキュリティ分野への活用、人の出入りに応じた照明の自動点灯消灯や冷暖房の自動開始及び停止等の省エネルギーへの応用が検討されている。
【００１２】
図３に、送信アンテナと受信アンテナを一体化した場合の従来の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図を示す。ＦＥＴや誘電体共振器からなる発振器１で生成されたマイクロ波やミリ波は、分配器・結合器７１で分配され送信信号ＴＸとして伝播し、送信アンテナ３を通して、送信波として送信される。送信波は物体（人を含む）で反射し反射波となり、受信アンテナ３で受信される。受信アンテナ３で受信されたマイクロ波やミリ波は、受信信号ＲＸとして伝播し、分配器・結合器７１で局部発振信号ＬＯと結合され、ショットキーバリアダイオードＳＢＤあるいはトランジスタを用いたミキサ２で検波が行われる。その際の基準波は分配器・結合器７１で分配された発振器１からのマイクロ波やミリ波である。ミキサ２からは、送信波と反射波の合成である検知信号としてのドップラー信号が得られ、ロー・パス・フィルターＬＰＦを介して中間周波数信号ＩＦを得る。
【００１３】
図６に、送信アンテナ４と受信アンテナ５を別構成とした場合の従来の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図を示す。発振器１で生成されたマイクロ波やミリ波は、分配器・結合器７２で分配され送信信号ＴＸとして伝播し、送信アンテナ４を通して、送信波として送信される。送信波は物体（人を含む）で反射し反射波となり、受信アンテナ５で受信される。受信アンテナ５で受信されたマイクロ波やミリ波は、受信信号ＲＸとして伝播し、分配器・結合器７２で局部発振信号ＬＯと結合され、ミキサで検波が行われる。その際の基準波は分配器・結合器７２で分配された発振器１からのマイクロ波やミリ波である。ミキサ２からは、送信波と反射波の合成である検知信号としてのドップラー信号が得られ、ロー・パス・フィルターＬＰＦを介して中間周波数信号ＩＦを得る（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５７６５号公報  （第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図４に、送信アンテナと受信アンテナを一体化した場合の従来のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの分配器・結合器７１を示す。分配器・結合器７１は例えば３つのウィルキンソン型分配器から構成されている。図５に示すように、ウィルキンソン型分配器はλｇ／４のマイクロストリップ線路からなる２つの伝送線路と１００Ωの抵抗からなる。分配回路として考えた場合、Ｐ１が入力、Ｐ２とＰ３が出力となる。２つの伝送線路は並列に接続され、Ｐ２とＰ３間に抵抗が接続されている。
【００１５】
分配器・結合器７１は、第１のウィルキンソン型分配器のＰ１が発振器１に接続され、第２のウィルキンソン型分配器のＰ１が送信手段と受信手段３に接続され、第３のウィルキンソン型分配器のＰ１がミキサ２に接続されている。第１のウィルキンソン型分配器のＰ２と第２のウィルキンソン型分配器のＰ２が接続され、第１のウィルキンソン型分配器のＰ３と第３のウィルキンソン型分配器のＰ２あるいはＰ３が接続され、第２のウィルキンソン型分配器のＰ３と第３のウィルキンソン型分配器のＰ３あるいはＰ２が接続される。
【００１６】
図７に、送信アンテナ４と受信アンテナ５を別構成とした場合の従来のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの分配器・結合器７２を示す。分配器・結合器７２は例えば２つのウィルキンソン型分配器から構成されている。
【００１７】
分配器・結合器７２は、第１のウィルキンソン型分配器のＰ１が発振器１に接続され、第１のウィルキンソン型分配器のＰ２が送信手段４に接続され、第２のウィルキンソン型分配器のＰ３あるいはＰ２が受信手段５に接続され、第２のウィルキンソン型分配器のＰ１がミキサ２に接続されている。第１のウィルキンソン型分配器のＰ３と第２のウィルキンソン型分配器のＰ２あるいはＰ３が接続される。
【００１８】
例えばマイクロ波ドップラーセンサに使用されるマイクロ波は、Ｘバンドの１０．５２５ＧＨｚ、あるいはＫバンド２４．１５ＧＨｚである。１０．５２５ＧＨｚのマイクロ波の場合、λｇ／４の伝送線路の伝送線路は約４ｍｍ(基板の比誘電率＝３．９の場合)となる。さらにウィルキンソン型分配器を構成するために抵抗を必要とする。
【００１９】
このように、ウィルキンソン型分配器による分配器・結合器７は、マイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサのうち大きな面積を占めることになる。
【００２０】
図４の送信アンテナと受信アンテナを一体化した場合の従来のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの分配器・結合器７１は、３つのウィルキンソン型分配器から構成され大きな面積を占める。
【００２１】
図６の送信アンテナ４と受信アンテナ５を別構成とした場合の従来のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの分配器・結合器７２は、２つのウィルキンソン型分配器から構成され、送信アンテナと受信アンテナを一体化した場合のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの分配器・結合器７１に比べ面積は小さくて済むが、アンテナを別構成としているためアンテナ部の面積が増え、十分小型化されていない。
【００２２】
また、発振器１からのマイクロ波は分配器・結合器７を通してミキサ２に入力されるため、分配器・結合器７での伝送線路による損失が発生していた。
【００２３】
このように分配器・結合器７は、λｇ／４の伝送線路を形成するのに大きな回路面積を取られること、伝送線路による損失が発生すること、抵抗の部品点数が多いことなど問題点があり、分配器・結合器７を用いたマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサも伝送線路による損失が大きく、大型で高価格になってしまう課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第1に、発振器と複数の入出力端子をもつミキサとからなる高周波回路において、前記ミキサの第１の端子に前記発振器の出力信号を局部発振信号として入力し、前記ミキサの第２の端子より透過出力される前記局部発振信号を送信信号として取り出すことを特徴とし、発振器の出力信号の分配器を不要とする。
【００２５】
第２に、発振器と入出力複数の端子をもつミキサと送信手段と受信手段からなるマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサにおいて、前記ミキサの第１の端子に前記発振器の出力信号を局部発振信号として入力し、前記ミキサの第２の端子より透過出力される局部発振信号を送信信号として取り出し、前記ミキサの前記第２の端子に接続する、前記送信信号を空間に放出する前記送信手段と、前記ミキサの前記第２の端子に接続する、空間に放出された送信波が物体で反射した受信波を受信信号として取り込む前記受信手段とが一体化され、前記送信信号と前記受信信号の周波数の差を前記ミキサにおいて生成し、第３の端子より検知信号として出力することを特徴し、発振器の出力信号の分配器を不要とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、発振器とミキサが直結しているので発振器電力をミキサへ全て入力することができ高周波（ＲＦ）信号から中間周波数（ＩＦ）信号への変換損失を向上させ、分配器・結合器がないので伝送線路による損失を低減し小型化した高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態を図１と図２を用いて詳細に説明する。
【００２８】
図１に、本発明の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図を示す。
【００２９】
本発明の高周波回路は、発振器１と複数の入出力端子をもつミキサ２とからなり、ミキサ２の入力端子に発振器１の出力信号を局部発振信号ＬＯとして入力し、ミキサ２の入出力端子より透過出力される局部発振信号を送信信号ＴＸとして取り出す。
【００３０】
本発明のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサは、上記の発振器１とミキサ２に加え、送信信号ＴＸを空間に放出する送信アンテナ等の送信手段４と、送信波が物体で反射した受信波を取り込む受信アンテナ等の受信手段５とが一体化され（以下送信手段４と受信手段５が一体化されたものを送信手段・受信手段３とする）、送信信号ＴＸと受信信号ＲＸの周波数の差をミキサ２において生成し出力端子より検知信号として出力し、ロー・パス・フィルターＬＰＦを介し中間周波数信号ＩＦとして出力される。
【００３１】
尚、図３と図６に示す従来のマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサと同一構成要素は同一符号とする。
【００３２】
ＦＥＴや誘電体共振器からなる発振器１で生成されたマイクロ波やミリ波は、局部発振信号ＬＯとして全てミキサ２に入力される。
【００３３】
発振器には通常、利得の大きいＧａＡｓＦＥＴ（ガリウム砒素Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用されるが、本発明の実施例では、発振器に安価なＳｉ（シリコン）バイポーラトランジスタを使用している。バイポーラトランジスタでは発振器の出力がＧａＡｓＦＥＴを使用した場合に比べ小さい。
送信信号ＴＸは発振器１で生成されミキサ２を通過したマイクロ波やミリ波の透過電力を利用する。バイポーラトランジスタによる発振器の出力は小さいが、局部発振信号ＬＯを全てミキサ２に入力しているため、ミキサ２に入力される電力が大きくなり、ミキサ２を通過するマイクロ波やミリ波の透過電力も大きくなり、送信波として十分な電力を確保することができる。
【００３４】
この透過電力を送信手段・受信手段３の送信アンテナ３で、送信波として送信する。送信波は物体（人も含む）で反射し反射波となり、送信アンテナと一体化された送信手段・受信手段３の受信アンテナ３で受信される。
【００３５】
ここで、送信周波数と、送信波がドップラー効果により反射した受信周波数はほぼ等しく、ミキサ２を介して出力される中間周波数信号ＩＦ（検知信号）は限りなく直流に近い。ここで、通常の通信機器では、中間周波数信号ＩＦと局部発振信号ＬＯからより高い周波数の送信信号ＴＸを作り出すアップコンバータ機能が必要であり、局部発振信号ＬＯと送信信号ＴＸの周波数が近い場合には、分配器・結合器などで局部発振信号ＬＯを送信信号ＴＸとして送信しないようにする必要がある。一方、マイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサでは、中間周波数信号ＩＦを取り出すダウンコンバータ機能だけあればよい。このため、アンテナ部の分岐には、分配器・結合器７を使用する必要がない。
【００３６】
受信アンテナ３で受信されたマイクロ波やミリ波は、ショットキーバリアダイオードＳＢＤを用いたミキサ２に入力され検波が行われる。その際の基準波は発振器１からのマイクロ波やミリ波である。ミキサ２からは、送信信号と反射信号の合成である検知信号としてドップラー信号が得られ、不要波成分、すなわちドップラー信号の送信波と受信波の差の成分以外を除去するロー・パス・フィルターＬＰＦを介して中間周波数信号ＩＦを得る。
【００３７】
図２に、マイクロストリップ線路で構成したロー・パス・フィルターＬＰＦを示す。図２（Ａ）はλｇ／４の伝送線路を用いたＬＰＦであり、図２（Ｂ）はλｇ／４の伝送線路と接地されたコンデンサからなるＬＰＦであり、図２（Ｃ）はλｇ／４の伝送線路と伝送線路で構成したλｇ／４のオープンスタブからなるＬＰＦである。
【００３８】
以上より、本発明の実施形態では、発振器１とミキサ２は直結され、分配器・結合器７をなくすことができる。
【００３９】
このため、発振器１で生成された局部発振信号ＬＯをミキサ２へ全て入力することができ、高周波（ＲＦ）信号から中間周波数（ＩＦ）信号への変換損失を向上させ、分配器・結合器７を構成するウィルキンソン型分配器の伝送線路による損失を低減し、ウィルキンソン型分配器の抵抗が不要になり、小型で低価格の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図である。
【図２】本発明の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサのマイクロストリップ線路で構成したＬＰＦの構成図である。
【図３】従来の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図である。
【図４】従来の分配器・結合器の構成図である。
【図５】ウィルキンソン型分配器の構成図である。
【図６】従来の高周波回路およびマイクロ波あるいはミリ波ドップラーセンサの構成図である。
【図７】従来の分配器・結合器の構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      発振器
２      ミキサ
３      送信手段・受信手段
４      送信手段
５      受信手段
７      分配器・結合器
７１    分配器・結合器
７２    分配器・結合器
ＬＰＦ  ロー・パス・フィルター
ＬＯ    局部発振信号
ＴＸ    送信信号
ＲＸ    受信信号
ＩＦ    中間周波数信号
【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】
2006275701.tif 000008
【図７】
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