(57)【要約】【課題】  ＦＥＴのような複数の出力端子を有するスイッチング素子であっても電波ビームを目的とする方向へ確実に走査できるマイクロストリップアンテナを提供する。また、検知精度を向上した高周波センサを提供する。【解決手段】基板と、接地電極と、高周波信号が給電される給電素子と、前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された無給電素子と、入力端子と出力端子を電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチと、一端が前記無給電素子に、他端が前記入力端子に接続された第１伝送線路と、基板上に配設され、一端が前記出力端子に接続される第２伝送線路とを備えるマイクロストリップアンテナにおいて、前記無給電素子が前記スイッチ短絡時に励振される場合、前記第１伝送線路は、スイッチ開放時に無給電素子のアンテナゲインがゼロ以下となる長さを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2008271173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された無給電素子と、
入力端子と出力端子を備え、入力端子と出力端子を電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチと、
一端が前記無給電素子に、他端が前記入力端子に接続された第１伝送線路と、
基板上に配設され、一端が前記出力端子に接続される第２伝送線路とを備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
前記第１伝送線路は、スイッチ開放時に無給電素子のアンテナゲインがゼロ以下となる長さを有することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
基板と、前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された無給電素子と、
入力端子と出力端子を備え、入力端子と出力端子を電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチと、
一端が前記無給電素子に、他端が前記入力端子に接続された第１伝送線路と、
基板上に配設され、一端が前記出力端子に接続される第２伝送線路とを備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
前記第２伝送線路は、前記無給電素子の励振方向と平行に配設することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
前記スイッチが複数の出力端子を有し、且つ、複数の出力端子同士が電気的に接続されている場合において、それぞれの出力端子に接続される第２伝送線路のそれぞれの長さは、前記出力端子との接合面から他端までの位相差がそれぞれ等しくなる長さを有することを特徴とする請求項１または２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、互いに並行に対向しない位置に配設することを特徴とする請求項１から３何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
請求項１から４何れか１項記載のマイクロストリップアンテナと、
所望の周波数の高周波信号を生成する発振回路と、
発振信号と受信信号をミキシングして被検知物のドップラー信号を生成するミキサ回路とを備えた高周波センサ。
【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高周波信号である電波を放射するマイクロストリップアンテナに関し、特に、複数のマイクロストリップアンテナから放射される総合的な電波ビームの指向方向を制御するための技術に関する。本発明はまた、マイクロストリップアンテナを用いた高周波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、指向性を電気的に切換え可能なアンテナとして、給電素子と複数の無給電素子とからなるアレーアンテナが知られている（特許文献１）。
指向性を切り換えるための高周波スイッチとしては、従来、ＰＩＮダイオードを用いたダイオードスイッチが用いられてきたが、バイアス回路が必要なため回路が複雑であり、回路モジュールが大型化するという問題点がある。そこで特許文献２には、上記のごとく、ダイオードスイッチに代えてＧａＡｓＦＥＴなどからなる高周波トランジスタを用いたスイッチモジュールが開示されている。従来、上記の高周波スイッチをダイオードスイッチからＧａＡｓスイッチに置き換えると、スイッチの開放／短絡のアイソレーションが向上すると共に、高レベルの受信信号に対して、スイッチの直線性に伴なう伝送歪を低減できるというメリットがある。
【０００３】
高周波スイッチとして用いるＦＥＴはゲート・ソース間の電圧を変化させることによってスイッチの開放、及び短絡機能を実現している。開放及び短絡切り換え時にその伝送線路長が変化することから、スイッチを流れる電波の位相変化が生じる。
上述したスイッチによる位相変化を用いて移相器を実現することが出来る（特許文献２）。図３に上記文献に示されている簡易的回路図を示す。図２（ａ）では上述したスイッチ１３０自身の位相変化を利用して位相変化を実現している。
【０００４】
しかし、スイッチ分の位相変化のみでは、位相の調整が一つの伝送線路のみでしか行えないため、スイッチの開放時、短絡時に要求される位相を同時に満足しない場合が生じる。特に複数の無給電素子を配設するアンテナの場合、ある目的とする方向に指向性を持たせようとした場合、指向性の変化に寄与しない無給電素子が給電素子からの電波に干渉されてしまうと目的とする方向以外の方向成分を持つ電波が放射され、それらの干渉により、結果的に放射される電波の指向性に悪影響を及ぼす。このような条件においては、スイッチの開放時、短絡時どちらの場合においても厳密な位相の制御が必要となる。
【０００５】
「厳密な位相」とは、一つに、指向性の変化に関与するアンテナが目的とする方向に電波を傾けるために必要な位相であり、二つ目に、指向性の変化に関与しないアンテナは、電波の放射に全く干渉されない、すなわちアンテナゲインがゼロ以下になるための位相である。特に後者の位相は、複数の無給電素子を有するアンテナにおいては、指向性の制御に大きく関わる条件である。
【０００６】
そのような観点から、アンテナとスイッチを接続する伝送線路（以下、第１伝送線路）１４０に加え、スイッチと接地電極とを接続する伝送線路（以下、第２伝送線路）１５０を設けて、スイッチ開放時、および短絡時の位相をそれぞれ調整する方法が特許文献２図７などに開示されている。特許文献図７に開示されている回路構成を簡略化した図を図２（ｂ）に示す。このようにスイッチ開放時においては第１伝送線路によって位相を調整し、スイッチ短絡時には上記長さの第一伝送線路と、素子特有の線路長を有するスイッチに加え、自由に調整が可能な第２伝送線路が配設されたことにより開放及び短絡時両方の位相を調整することが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−１１８４１４
【特許文献２】特開２００２−２８０９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目的とする位相を得るための伝送線路の配設方法には様々な方法が考えられるが、上記特許文献には、そのような複数の出力端子と伝送線路との関係に関しては明記されていない。しかし、上記伝送線路の配設方法が不適切であると、電波の不適切な干渉を生じ、厳密な位相制御に悪影響を及ぼし、電波ビームを目的とする方向へ走査できない。
【０００８】
また、前記ＧａＡｓＦＥＴなどは、高周波部品であり、部品の動作安定性のため、十分な接地面積の確保が求められる。このような観点から、部品面積全体にわたって接地を強化するために、接地端子として用いるソース電極が２箇所設けられているものが一般的である。
これら複数のソース端子に接続される第２伝送線路の配設方法によっても、厳密な位相制御に悪影響を及ぼす。
【０００９】
このような伝送線路の配設方法が位相制御に及ぼす影響は特に同一平面上にアンテナと伝送線路が配設されるマイクロストリップアンテナに顕著な問題である。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、マイクロストリップアンテナにおいて伝送線路への電波の不適切な干渉を抑える伝送線路の配設形態を開示し、スイッチ短絡時、開放時両方の位相をより厳密に設計でき、電波ビームをより確実に目的とする方向へ走査することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するためになされた第１の発明は、
基板と、前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された無給電素子と、
入力端子と出力端子を備え、入力端子と出力端子を電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチと、
一端が前記無給電素子に、他端が前記入力端子に接続された第１伝送線路と、
基板上に配設され、一端が前記出力端子に接続される第２伝送線路とを備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
前記第１伝送線路は、スイッチ開放時に無給電素子のアンテナゲインがゼロ以下となる長さを有することを特徴とする。
【００１２】
上記の場合、無給電素子は、スイッチ短絡時に導波器として働き、スイッチ開放時には反射器として働く。厳密な位相の制御を行うにあたり、スイッチの出力端子側にその線路長を自由に変化できる第２伝送線路を設けることによって、スイッチ短絡時、開放時両方の位相を自由に設計することが可能となる。本発明では、そのようなアンテナ構成により、開放時の無給電素子のアンテナゲインがゼロ以下となるように第１伝送線路の長さを調整することができ、目的とする方向のみに電波を放射することが可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するためになされた第２の発明は、
基板と、前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された無給電素子と、
入力端子と出力端子を備え、入力端子と出力端子を電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチと、
一端が前記無給電素子に、他端が前記入力端子に接続された第１伝送線路と、
基板上に配設され、一端が前記出力端子に接続される第２伝送線路とを備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
前記第２伝送線路は、前記無給電素子の励振方向と平行に配設することを特徴とする。
【００１４】
通常、伝送線路長を延長すると、その分だけ移相量が増加する。しかし第２伝送線路を励振方向と垂直方向に配設して線路を延長した場合、その伝送線路を延長しているにもかかわらず、移相量が減少し、目的とする位相の設計に悪影響を及ぼす。
本発明では、第２伝送線路を、電波の励振方向と平行に延長しているため、上述した不具合を生じずに安定したアンテナのスイッチング性能を確保することが可能となるため、電波を目的とする方向へ確実に放射することが可能となる。
【００１５】
上記目的を達成するためになされた第３の発明は、
前記スイッチが複数の出力端子を有し、且つ、複数の出力端子同士が電気的に接続されている場合において、それぞれの出力端子に接続される第２伝送線路のそれぞれの長さは、前記出力端子との接合面から他端までの位相差がそれぞれ等しくなる長さを有することを特徴とする。
【００１６】
複数の出力端子に接続される第２伝送線路の位相差を統一することにより、複数の共振モードの発生を抑え、厳密な位相差を与えることが容易になる。
【００１７】
上記目的を達成するためになされた第４の発明は、  
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路は、互いに並行に対向しない位置に配設することを特徴とする。
【００１８】
第１伝送線路と第２伝送線路が並列に配設される場合、相互の伝送線路間の干渉が生じ、位相の設計に悪影響を及ぼす。
このようにスイッチの入力端子と出力端子が同方向に並列して配設される場合、その出力端子には第２伝送線路を設けず、それ以外の第２伝送線路の長さで位相を調整することにより、上述した伝送線路間の干渉を防ぐことが出来る。
【００１９】
上記目的を達成するためになされた第５の発明は、上述したマイクロストリップアンテナを高周波センサに搭載している。上述した電波の指向性制御の効果は、特に非対象物の到来方向を検知するセンサ用途に顕著である。厳密な指向性の制御により、到来方向の誤検知を低減し、検知精度を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、電波ビームの位相を厳密に制御することが出来、ＦＥＴのような複数の出力端子を有するスイッチング素子であっても電波ビームを目的とする方向へ確実に走査できる。また、上記マイクロストリップアンテナを高周波センサに搭載することによって、高周波センサの検知精度を向上することが出来る。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明におけるマイクロストリップアンテナの実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は複数のアンテナ電極を備えた一般的なマイクロストリップアンテナ１００の斜視図である。
【００２３】
図１において、絶縁性の基板１０１のある一面には電波を放射する給電素子１１０と、前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れた位置に無給電素子１２０が配設され、基板１０１の他面には接地電極１０２が配設されている。
【００２４】
マイクロストリップアンテナ構造をなす（接地電極１０２との電磁界結合を利用し給電素子１１０の正面方向に効率よく電波を放射する）給電素子１１０の励振方向寸法は使用周波数の半波長（λｇ／２：λｇ…基板１０１を伝播する高周波信号の波長）である。また、真空中における高周波信号、電波の波長をλ、基板１０１の誘電率をεｒとすると、λ＝εｒ１／２・λｇである）を少なくとも一辺に持つ矩形状の薄膜電極であり、インピーダンスが５０Ωとなるように高周波信号を給電するための給電点１１１が設けられている。
【００２５】
無給電素子１２０は、第１伝送線路１４０によってスイッチ１３０に接続されている。スイッチはさらに第２伝送線路１５０に接続されており、スイッチの短絡、開放を切り替えることによって位相変化を実現し、給電素子から放射される電波と干渉して電波の指向方向が変化する。
【００２６】
本実施例において第２伝送線路１５０は、スルーホール１５１を介して接地電極１０２に接続される。このように、スルーホール１５１は、第２伝送線路１５０が接地電極１０２と同一平面上にない場合に第２伝送線路１５０の一端を接地する際に用いられる。また、本実施例においては図示していないが、第２伝送線路１５０を接地電極１０２と同一平面上に配設する場合、基板両面に存在する第２伝送線路同士を接合する際にも用いることが出来る。
スルーホール１５１も、電波の位相変化に影響を及ぼすため、スルーホールによる移相量を考慮した設計が必要になるが、その移送量は、基板材の材質、厚さ、穴径などによって定まるため、伝送線路に比べ、位相設計の自由度が制限される。
【００２７】
前記スイッチ１３０として用いる部材としては、ＧａＡｓＦＥＴでも良いし、所望の高周波に対応したトランジスタでも良い。
【００２８】
スイッチ１３０周辺の回路構成を拡大した図を図３に示す。スイッチ１３０は筐体１３１と複数の端子１３２〜１３５からなる。第１の端子１３２は第１伝送線路１４０と接続されており、無給電素子から励振された高周波をスイッチ１３０に入力する。第４の端子１３５はスイッチ１３０内の電位差を与えるバイアス線路１６０と接続されており、バイアス線路１６０に供給する電圧を切り換えることによって、スイッチの開放、短絡を切り換える。第２の端子１３３と第３の端子１３４は共に出力端子であり第２伝送線路１５０に接続される。本実施例おいては、各々の第２伝送線路１５２，１５３は共に接地端であり、スイッチ短絡時には、スルーホール１５１を電波が通過して接地電極１０２に接地される。特に第１伝送線路１４０と隣接して配設される第２の端子１３３に接続される第２伝送線路を、第２伝送線路ａ１５２、バイアス線路１６０と隣接して配設される第三の端子１３４に接続される伝送線路を第２伝送線路ｂ１５３とする。
【００２９】
回路の伝送線路幅がある一定値を有する場合、スイッチ開放時においては、給電素子１１０の位相に対する無給電素子１２０の位相変化量は、主に第１伝送線路１４０の長さによって決定される。一方、スイッチ短絡時においては、第１伝送線路１４０の長さに加え、スイッチ１３０が有する位相変化、第２伝送線路１５０の長さ、さらにはスルーホール１５１が位相変化に影響する。本実施例においては、スイッチ短絡時に無給電素子１２０上の給電点に当たる箇所から、第２伝送線路１５０に配設されているスルーホール１５１と接地電極１０２との境界面までの総合的な長さが、無給電素子を流れる電波の波長に対して略２分の１波長分となるよう、線路長を調整している。この場合、スイッチ短絡時に無給電素子１２０は反射器として働く。
【００３０】
図４は複数の無給電素子を有するマイクロストリップアンテナの外観図である。この図においては、矢印（ｂ）の方向に電波の指向方向を変化させる。この場合、無給電素子１２４（ＳＷ１）の無給電素子は導波器として働き、残り三つの無給電素子１２１（ＳＷ２），１２２（ＳＷ３），１２３（ＳＷ４）は反射器として動作させる必要がある。その際、反射器として働く無給電素子は、アンテナゲインがゼロ以上あると、（ｂ）の方向以外にも電波の放射を生じてしまい、誤検知を生じてしまう恐れがある。したがって、電波の指向性に寄与しない無給電素子のアンテナゲインはゼロもしくはマイナスである事が求められる。
【００３１】
図５は第１伝送線路１４０と無給電素子１２０の電極部との境界から第２伝送線路の端面までの長さを一つの伝送線路に置き換え、その長さＬを変化させた場合の、無給電素子１２０の整合点（給電素子において給電点が設置される位置）における振幅（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ：ｄＢ）、位相（度）及び無給電素子１２０のアンテナゲイン（アンテナ利得：ｄＢ）のシミュレーション結果を表すグラフ図である。このように、無給電素子の位相とアンテナゲインの関係をシミュレートした結果から、アンテナゲインがゼロ以下になる無給電素子の整合点Ｐにおける位相はマイナス１７５乃至マイナス１８０度、及びプラス１６５乃至１８０度の範囲となることがわかる。
【００３２】
図６は、図４における第１の高周波スイッチ１３０ａ，第２の高周波スイッチ１３０ｂ、第３の高周波スイッチ１３０ｃ、第４の高周波スイッチ１３０ｄをそれぞれに開放短絡した場合におけるアンテナゲインのシータ依存性を表し、それぞれ励振方向と平行な面をＨ面、励振方向と垂直な面をＥ面とする。また、図７は、図６に対応したＨ面及びＥ面における垂直放射パターンを表している。
これらいずれも、高周波スイッチを開放にした時の無給電素子の位相は１１０度であり
、図５から分かるようにアンテナゲインがプラスで且つ位相がプラスとなって導波器として作用す
る。一方、高周波スイッチを短絡にした時の無給電素子の位相がマイナス１８０度の場合
は、図６（ａ）及び図７（ａ）が対応する。図５から分かるように、無給電素子の位相が１８０度の時に、アンテナゲインはマイナスとなる。一方、高周波スイッチが短絡時の無給電素子の位相がマイナス９０度（図６（ｂ）及び図７（ｂ））、または０度（図６（ｃ）及び図７（ｃ））の場合は図５から分かるように、これらの位相においては、無給電素子のアンテナゲインはプラスになる。
【００３３】
４つの高周波スイッチのうちいずれか１つを開放とし、あとの３つを短絡として電波の
放射方向を切り替えるとき、接続された高周波スイッチが短絡している無給電素子の位相
がマイナス９０度（図６（ｂ）及び図７（ｂ））、または０度（図）７（ｃ）及び
図７（ｃ））である比較例の場合、θ＝０°付近にも高いアンテナゲインが確認される。このことはすなわち、指向性の制御が不完全であり、目的とする方向以外に放射する電波が依然強いことを意味する、 この結果、目的とする方向以外に存在する物体をも検知してしまうため、センサとして用いる場合、精度が不十分となることがある。
【００３４】
これに対して、高周波スイッチが短絡の時の位相がマイナス１８０度となる場合は、図
７（ａ）及び図７（ａ）から分かるように、サイドローブは抑制されている。すなわ
ち、高周波スイッチを短絡にした時の無給電素子のアンテナゲインがゼロまたはマイナスとなるよ
うにすると、サイドローブを抑制して電波ビームを所定の方向に放射させることができる
。
【００３５】
一方、図８は、本具体例において無給電素子の一方を１１０度、他方を１７０度とし
た場合のアンテナゲインのシータ依存性を表す。図６（ａ）、図７（ａ）に表したように、無
給電素子の他方の位相をマイナス１８０度にした場合と近似した特性が得られることが分
かる。これは、図５から分かるように、無給電素子の位相が１７０度の時、そのアンテナゲインは
ゼロまたはマイナスの領域にあるからである。つまり、無給電素子１２１、１２２及び１２３の位相をマイナス１８０度にした場合と１７０度にした場合とにおいて、無給電素子１２１、１２２及び１２３のアンテナゲインは殆どゼロから放射される電波の放射量が非常に小さく、電波の放射形態に殆ど影響を与えないためである。すなわち、無給電素子１２１、１２２及び１２３は無いに等しい状態である。
これらの結果より、電波の指向方向に変化を与えない無給電素子のアンテナゲインがゼロ以下であれば、サイドローブを十分に抑圧でき、高精度のセンサ機能を備えるだけでなく、広範囲かつ近距離にて人の移動や位置を検知できる。
【００３６】
ここで、比較例においてサイドローブが大きくなる理由を以下に説明する。
図５０（ｂ）では、無給電素子の位相をマイナス９０度としており、終端短絡とすると
、無給電素子のアンテナゲインは約５．５ｄＢである。また、図５０（ｃ）では、無給電
素子の位相を０度としており、終端短絡線路とすると、無給電素子のアンテナゲインは約
５．７ｄＢである。このように無給電素子が高いアンテナゲインを有する程、サイドローブが大きくなると考えられる。
【００３７】
図９に、第２伝送線路１５０の長さと配設方向を変化させ、スイッチ１３０を短絡した際の位相特性を示す。このグラフにおいて、二つの第２伝送線路の幅および長さは等しい。第２伝送線路を設けず、各出力端子の足元にスルーホール１５１を設けたアンテナの位相は例えば電波法で定められる屋内における人体検知用途の周波数である１０．５２５ＧＨｚにおいてマイナス１６０度程度であるのに対し、第２伝送線路を配設したものはいずれもマイナス１８０度に近づいていることがわかる。しかし、電波の励振方向と垂直に１．０ｍｍ延長させた位相特性は、電波の励振方向と平行に０．５ｍｍ延長させたものに比べ、延長させた長さは長いにも関わらず、位相特性は劣化していることがわかる。このように、第２伝送線路を電波の励振方向に対して垂直に配設すると、目的とする位相の設計に悪影響を及ぼすことから、第２伝送線路の延長方向は、電波の励振方向に対して平行方向に延長させることが望ましい。
【００３８】
図１０に第２伝送線路１５２、１５３の各長さを異なる長さに延長して配設した際のスイッチ１３０周辺の回路構成を示す。このように複数の出力端子を有するスイッチ１３０においては、入力端子１３２と出力端子１３３が同方向に配設されている場合がある。この場合、出力端子１３３に接続される第２伝送線路１５２を延長すると、第１伝送線路１４０と第2伝送線路１５２が、バンドパスフィルターとして働き、それぞれの伝送線路を流れる電波が互いに干渉してスイッチによる位相変化に影響を及ぼす。この傾向は第２伝送線路の長さが伝送線路を流れる電波の４分の１となるとき、最も大きくなる。この影響を防止するためには、図１０のように、第２伝送線路１５２は極力短い長さで配設し、もう一方の第２伝送線路１５３の長さで位相を設計することが出来る。
【００３９】
上述した、「極力短い長さ」とは、出力端子１３３を伝送線路に接続するために必要な最小限の長さをさす。すなわち、出力端子１３３のランドパターン分の長さである。
【００４０】
図１１は、図１０の回路構成でスイッチ１３０を短絡した際における無給電素子１２０の反射特性（Ｓ１１特性）を示す。図１１より明らかなように、図１０の回路構成におけるＳ１１特性のピークは目的とする周波数帯域近辺に二つ存在していることがわかる。これは無給電素子１２０に二つの共振モードが混在していることを示している。この状態では、伝送線路の長さと位相変化量の関係が複雑になり、位相設計をより複雑なものにする。
【００４１】
図１２に、二つの第２伝送線路１５２，１５３の長さを揃えた図３の回路構成において、スイッチ１３０を短絡した際の無給電素子１２０の反射特性を示す。二つの第２伝送線路１５２，１５３の長さは、それぞれのランドパターンより０．５ｍｍ、電波の励振方向と平行方向に延長している。図より明らかなように、図３の回路構成における共振モードはほぼ一つである。図３の構成においては、二つの第２伝送線路の長さを等しくすることによって、それぞれの出力端子から接地端までの位相変化量が等しくなる。このことによって、二つの共振モードを発生する周波数が等しくなり、反射特性が向上すると共に、位相においても伝送線路の長さと位相変化量の関係がより簡潔になることによって、位相の制御が容易になる。
【００４２】
上述した第１伝送線路と第２伝送線路を並列配設したことによる電波の干渉の影響は図１２に見られるようにほとんど確認されない。
このように、電波の干渉効果が無視できる程小さい程度に第２伝送線路を延長する場合においては、位相制御の厳密さを鑑みて、第２伝送線路は電波の例振方向と平行方向に配設することが望ましい。
【００４３】
図１３に、二つの第２伝送線路１５２，１５３の端面を開放した際のスイッチ１３０周辺の回路構成を示す。
この場合、無給電素子１２０は、スイッチ開放時に反射器として働き、スイッチ短絡時に堂波器として働く。したがって、この構成においては、第１伝送線路１４０の長さをアンテナゲイン０以下になるように調整する必要がある。
このように、二つの出力端子を接地せず、開放端として用いることも可能である。
【００４４】
図１４に、第２伝送線路１５２、１５３の端面の様態を変更したスイッチ１３０周辺の回路構成を示す。
これまで、二つの第２伝送線路の端面がいずれも接地もしくは開放されている場合について述べた。本実施例においては、第２伝送線路ａ１５２は、その端面が開放端であることに特長がある。このように、第２伝送線路の一端が開放端であった場合においても、出力端子１３３、１３４端面における位相が等しくなるように第２伝送線路１５２、１５３それぞれの長さを調節することによって、上述したような無給電素子の厳密な位相調整効果を得ることが可能となる。
【００４５】
ただし、第２伝送線路の端面が開放端であった場合、開放端端面から出力端子の端面までの長さが位相に影響することに対し、第２伝送線路の端面が接地端であった場合、その接地電極との境界から出力端子端面までの長さが位相に影響することに注意を要する。すなわち図１４においては、第２伝送線路ｂ１５３の端面ではなく、スルーホール１５１と接地電極１０２（図１４では図示していない）の境界面からの位相変化を考慮する必要がある。したがって、スルーホールの穴径、長さによって位相が変化する。また、スイッチ１３０が接地電極１０２と同一平面上にある場合は、スルーホールを設けず、直接第２伝送線路と接地電極を接続できるため、接地電極と第２伝送線路の境界から出力端子までの長さで位相を調整することが出来る。
【００４６】
また、伝送経路がスイッチ短絡時に電波の略４分の１波長となる構成においても、アンテナゲインがゼロ以下となることが要求される伝送線路を上述した構成で配設することによって、同様の位相効果を得ることが出来る。
【００４７】
図１５に第１伝送線路１４０と無給電素子１２０の境界面から第２伝送線路の接地面までの長さが、無給電素子を流れる高周波信号の波長の略４分の１であり、二つの第２伝送線路の端面が接地されている場合のスイッチ１３０近傍の回路図を示す。
このように、高周波信号の流れる伝送線路の全体の長さを高周波信号の波長の略４分の１にすることによって、無給電素子の回路を小型化することが可能となる。
図１５の構成においては、二つの第２伝送線路１５２，１５３は共に接地されている。このような場合、無給電素子１２０はスイッチ１３０開放時に反射器として働き、スイッチ短絡時に導波器として働く。したがって、この構成においては、第１伝送線路１４０の長さをアンテナゲイン０以下になるように調整する必要がある。
【００４８】
このように、無給電素子全体の伝送線路長が高周波信号の波長の略４分の１となる場合、波長の略２分の１の場合と比較して、スイッチを開放、短絡した際の導波器、反射器の振る舞いが入れ替わる。この現象は、図１３のように二つの第２伝送線路の端面が開放端であっても同様に生じる。
【００４９】
これまで述べたように、第２伝送線路の端面の様態、また、無給電素子の伝送線路長によらず、上述した方法によって反射器として無給電素子を動作させる際に、そのアンテナゲインをゼロ以下に設定することが容易となる。
【００５０】
また、本実施例においては、スイッチがアンテナと同一平面上に配設されている場合について述べたが、スイッチはアンテナ裏面など、アンテナ面と異なる平面上に配設された場合においても、本実施例にて述べた第２伝送線路１２０の適切な配設により同様の位相調整効果を得ることが出来る。
【００５１】
また、本実施例においては、複数の共振モードを統一化する手法として、複数の第２伝送線路の終端を共に短絡し、長さを等しくする手法を用いたが、片方の終端を短絡、他方の終端を開放し、それぞれの長さを変更した場合においても、夫々の第２伝送線路間を流れる電波の波長が等しければ、同様の共振モード統一の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】：本実施例におけるマイクロストリップアンテナの構成例
【図２】：参考文献における回路構成の簡略図
【図３】：図１におけるスイッチ１３０近傍の回路構成拡大図
【図４】：本実施例におけるマイクロストリップアンテナの構成例
【図５】：伝送線路の長さと反射特性の振幅、位相及びアンテナゲインの関係を表すシミュレート結果
【図６】：各スイッチを短絡もしくは開放した際のアンテナゲインのシータ依存性
【図７】：各スイッチを短絡もしくは開放した際の電波の放射パターン
【図８】：各スイッチを短絡もしくは開放した際のアンテナゲインのシータ依存性
【図９】：第２伝送線路の長さと無給電素子の位相との関係を表す図
【図１０】：複数の第２伝送線路の長さが異なる場合のスイッチ近傍回路構成拡大図
【図１１】：図１０の構成における無給電素子の反射特性
【図１２】：図３の構成における無給電素子の反射特性
【図１３】：二つの第２伝送線路１５２，１５３の端面を開放した際のスイッチ１３０周辺の回路構成拡大図
【図１４】：第２伝送線路１５２、１５３の端面の様態を変更したスイッチ１３０周辺の回路構成拡大図
【図１５】：第２伝送線路１５２、１５３の端面の様態を変更したスイッチ１３０周辺の回路構成拡大図
【符号の説明】
【００５３】
１００：マイクロストリップアンテナ
１０１：基板材
１０２：接地電極
１１０：給電素子
１１１：給電点
１２０、１２１、１２２、１２３、１２４：無給電素子
１３０：スイッチ
１３１：筐体
１３２：第１の端子
１３３：第２の端子
１３４：第３の端子
１３５：第４の端子
１４０：第１伝送線路
１５０、１５２、１５３：第２伝送線路
１５１：スルーホール
１６０：バイアス線路
１７１：スルーホール
１８０：シールドケース
【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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【図１５】
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