(57)【要約】【課題】構成が簡単で、小型化及び低コスト化を図ることができる電波式移動体検知装置を提供する。【解決手段】発振素子としてのＦＥＴのゲートから発振出力を共振用伝送路を介して送受信アンテナに送り、該アンテナから送信した送信波の反射波を前記ゲートで受け、該ゲートから出力される送信波と反射波の位相差分のビート信号成分を移動体検出信号として取り出す。【選択図】　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振素子としてのＦＥＴのゲートから発振出力を共振用伝送路を介して送受信アンテナに送り、該アンテナから送信した送信波の反射波を前記ゲートで受け、該ゲートから出力される送信波と反射波の位相差分のビート信号成分を移動体検出信号として取り出す移動体検知装置。
【請求項２】
前記ＦＥＴと共振用伝送路は多層基板上に設けられて空洞共振箱に覆われ、前記アンテナは該多層基板の裏側に設けられてトリプレート構造によって前記共振用伝送路とスロット結合されている、請求項１に記載の移動体検知装置。
【請求項３】
前記ＦＥＴは、ＧａＡｓＦＥＴ又はヘテロジャンクション型ＦＥＴである、請求項１又は２に記載の移動体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間、車両、障害物、固定物、その他の物体（以下、「物体」と記す）が動いているかどうかを検知する、移動体検知のための移動体検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は移動体検知装置１のブロック図を示したものである。発振回路１１の出力は送信アンテナ１２から物体に照射され、物体からの反射波は受信アンテナ１３で受信され、受信回路１４で送信波と受信波がミキシングされ、ビート信号が生成される。このビート信号は検波出力として検波回路に送られ、移動体検知信号を得ている。
【０００３】
物体が移動体の場合、反射波の周波数はドップラ効果によってシフトする。例えば送信周波数がｆ０であった場合、反射周波数はｆ０＋Δとなる。ここで、シフト量は以下の式によって導き出される。
Δ＝反射周波数−送信周波数＝（２ｖ／ｃ）ｆ０　−−−−−−−−−−　（１）
ｖ：移動体の検知装置に対する相対速度
ｃ：光速
【０００４】
図２は、上記移動体検知装置を用いて移動体を検知する方法の原理を示した図である。図２において、ｘ０はｔ＝０における移動体２の位置であり、送信アンテナ１２から発射される送信波Ａｓｉｎ（ω０ｔ）が、速度ｖで近づいてくる移動体２に発射されると、反射波は波Ｂｓｉｎ｛ω０（ｔ−２ｘ／ｃ）｝となる。ここでｘは移動体２の位置、ｃは光速である。ｘ＝ｘ０−ｖｔとすれば、反射波は、
Ｂｓｉｎ［ω０｛ｔ−２（ｘ０／ｃ−ｖｔ／ｃ）｝］
Ｂｓｉｎ｛ω０（１＋２ｖ／ｃ）ｔ−ω０（２ｘ０／ｃ）｝　−−−−−−−−−−−−−−−　（２）
となる。
【０００５】
図３は、移動体検知装置１からの送信波と物体２から反射した反射波との位相関係を示した図である。静止物体からの反射波の位相差は、図３に示すように物体と移動体検知装置１の距離Ｌに依存する。図３において送信波の波形が（ａ）であり、位相差０の場合の反射波の波形が（ｂ）であり、位相差９０°の場合の反射波の波形が（ｃ）である。送信波と受信波の位相差がどのようになるかは、移動体検知装置１と物体２との距離によって決まる。
【０００６】
図４は、送信波（ａ）に対する反射波及び合成波を示した図である。（Ａ）は反射波の位相差θが０の場合の合成波（Ｓａｂ）を示している。（Ｂ）は反射波（ｃ）の位相差θが９０°の場合の合成波（Ｓａｃ）を示している。（Ｃ）は反射波（ｄ）の位相差θが１８０°の場合の合成波（Ｓａｄ）を示している。
【０００７】
図４の合成波形からわかるように、送信波と受信波の合成波の波形は、物体の大きさや表面の材質が変わらなければ、物体と検知装置との距離によって変化する。従って、物体が動いている場合には合成波（Ｓ）は、図５に示すように変化する。この合成波（Ｓ）のエンベロープ（Ｅ）の変化分を取り出せば、物体との相対速度に応じた信号が得られ、その物体が移動体であるかどうかを検知することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図６は従来の１素子型の移動体検知装置を示した図である。図６に示すように、発振素子１１、送信アンテナ１２、受信アンテナ１３等を空洞共振箱１６内に配置し、空洞共振箱１６の一部に開口部１６−１を設けて送受信を行い、移動体検知信号を得ていた。
【０００９】
図７は従来の２素子型の移動体検知装置を示した図である。図７に示すように、発振素子１１、送信アンテナ１２、受信アンテナ１３、結合器１５、検波素子としてのダイオードＤ等を空洞共振箱１６内に配置し、空洞共振箱１６の一部に開口部１６−１を設けて送受信を行い、移動体検知信号を得ていた。
発振素子としては、ＧａＡｓ　ＦＥＴ、ヘテロジャンクション型ＦＥＴ（ＨＥＭＴ）等のＦＥＴが用いられている。
【００１０】
上記のように従来の移動体検知装置の場合、アンテナは送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３の２つを備え、ビート成分である検波出力は発振素子であるＦＥＴのドレイン又はソースから取り出す構成となっている。そしてこれらの回路構成は基板に実装され空洞共振箱１６内に全て納められており、アンテナは空洞共振箱の一部に設けられた開口部付近に設けられ、必要に応じて外部アンテナを接続するように構成されている。
【００１１】
図８は、空洞共振箱１６、送信アンテナ１２、受信アンテナ１３等の回路構成を実装した回路基板１８、及び外部アンテナ１７の配置構成の概要を示した図である。回路基板１８はアンテナの効率向上等のために空洞共振箱１６内に納められ、空洞共振箱１６にはアンテナ１２、１３が外部と送受信できるようにするための開口部１６−１が設けられている。また、外部アンテナ１７は空洞共振箱１６に設けられた開口部１６−１に必要に応じて取り付けられる。
【００１２】
上記従来の移動体検知装置において、図６に示した１素子型の場合、回路構成は単純であるが、受信時はＦＥＴの増幅利得が大きくないと十分な感度が得られないという問題がある。
また、図７に示した２素子型の場合、回路構成が複雑となり素子の数が多くなるのでコストが高くなるという問題がある。
また、１素子型、２素子型共に回路構成の全てが空洞共振箱内に納められているため、移動体検知エリアを変更する場合、開口部にアンテナを接続する必要があり、コストの増加に加えて検出部のサイズが大きくなるという問題がある。
そこで、本発明は構成が簡単で、小型化及び低コスト化を図ることができる移動体検知装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明移動体検知装置によれば、発振素子としてのＦＥＴのゲートから発振出力を共振用伝送路を介して送受信アンテナに送り、該アンテナから送信した送信波の反射波を前記ゲートで受け、該ゲートから出力される送信波と反射波の位相差分のビート信号成分を移動体検出信号として取り出している。
また、ＦＥＴと共振用伝送路は多層基板上に設けられて空洞共振箱に覆われ、アンテナは該多層基板の裏側に設けられてトリプレート構造によって前記共振用伝送路とスロット結合されている。
また、ＦＥＴとして、ＧａＡｓＦＥＴ又はヘテロジャンクション型ＦＥＴが用いられている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図９は、本発明の移動体検知装置の要部を示した図である。空洞共振箱１６内に発振素子としてＧａＡｓ　ＦＥＴ、ヘテロジャンクション型ＦＥＴ（ＨＥＭＴ）等のＦＥＴ１１が用いられ、ＦＥＴ１１のゲートは共振用伝送路２０を介して空洞共振箱１６の外側に設けられた送受信用アンテナ１９に接続されている。また、ＦＥＴのソース又はドレインの一方は電源に接続され、他方は接地されている。ＦＥＴ１１からの出力は共振用伝送路２０を介して送受信アンテナ１９から送信され、反射波は同じく送受信アンテナ１９で受信され、アンテナ１９とＦＥＴ１１の接続部Ｐから移動体検知信号である検波出力が取り出される。
【００１５】
通常ＦＥＴのゲートは敏感であるため、外部回路とは分離されているが、本発明では逆にこの性質を用いて単純な構成で移動体を検知できる回路構成とした。即ち、発振素子であるＦＥＴ１１のゲートから発振出力を共振用伝送路２０を介して空洞共振箱１６の外側に設けられた送受信用アンテナ１９に送り、同じくゲートで反射波を受け、ＦＥＴ１１に外部からの反射波を与えることで位相の差分のビート信号成分が発生するので、これを共振用伝送路２０に出力し移動体検知信号である検波出力として取り出すようにした。
このような構成とすることによって、送受信用アンテナ１本を空洞共振箱１６の外に設けることができ、回路の素子数も減らすことができるので、サイズを小さくすることができると共に、検知エリアが変更されたときには外部に設けられたアンテナの形状を変更するだけでよいので、別途外部アンテナを設ける必要がなくなる。
【００１６】
図１０は、本発明の移動体検知装置の具体的な構成例を示した図である。図において、発振素子であるＦＥＴ１１のゲートは共振用伝送路２０に接続され、共振用伝送路２０は空洞共振箱１６の外側に設けられた送受信用アンテナ１９とスロット結合（ＳＣ）されている。ＦＥＴ１１としては、例えばＨＥＭＴ，ＧａＡｓ　ＦＥＴが用いられる。ＦＥＴ１１のドレイン又はソースの一方は接地され、他方はマッチング用スタブ２１及び抵抗Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されている。２３は高周波除去用スタブである。共振用伝送路２０はコンデンサＣ及び抵抗Ｒ３を介して接地され、また抵抗Ｒ２を介して電源に接続されており、抵抗Ｒ２とコンデンサＣの接続点から検波出力が取り出される。２２は高周波除去用スタブである。これらの回路構成はアンテナ１９を除いて空洞共振箱１６の内側に納められている。
【００１７】
図１１は、共振用伝送路２０と送受信用アンテナ１９とをスロット結合するトリプレート構造の例を示した図である。アンテナ１９は空洞共振箱１６の外側に設けられトリプレート構造によりスロット結合されている。図１１において、１９はアンテナ、１８−１、１８−２、１８−３は回路基板１８を構成する誘電体よりなるコア部材、２１はスロットＳが設けられた接地電位導電部材、２０は共振用伝送路である。上記のようにアンテナ１９はトリプレート構造によって共振用伝送路２０とスロット結合されているため、空洞共振箱１６の外側に配置することができる。図１１に示すように、共振用伝送路２０は回路基板１８上に設けられ、空洞共振箱１６内に納められている。一方、アンテナ１９は回路基板１８の裏側に設けられ、空洞共振箱１６の外側に配置されている。
【００１８】
上記検知回路は一般的な誘電体発振回路を用いてゲートの伝送路を長くし、開放終端から使用する周波数の波長λの１／４の位置（λ／４）の内層部分にスロットＳを設けている。なお、この位置は基板の誘電率で異なる。そして、このスロットＳの中心と同じ位置の基板の裏面にパッチアンテナ等のアンテナ１９を設けることによって、アンテナを自由に設計することができる。
【００１９】
図１２は図１１に示したトリプレート構造のパッチアンテナ１９、基板１８、及び空洞共振箱１６を組み立てたときの外観を示したものである。図１２に示すように、回路基板１８の裏面にパッチアンテナ１９が設けられ、回路基板の上面は空洞共振箱１６で覆われている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、１つの発振素子と１つの送受信アンテナで移動体検知装置を構成しているので回路構成を簡単にすることができ、従ってサイズを小さくすることができ、コストを低減することができる。また、アンテナを空洞共振箱の外に設けることができるため、アンテナを自由に設計することができる。そのため、移動体検知エリアを変更した場合でも従来のように開口部にアンテナを接続する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】移動体検知装置のブロック図を示したものである。
【図２】移動体検知装置を用いて移動体を検知する方法の原理を示した図である。
【図３】移動体検知装置からの送信波と物体から反射した反射波との位相関係を示した図である。
【図４】送信波に対する反射波及び合成波を示した図である。
【図５】合成波のエンベロープを示した図である。
【図６】従来の１素子型の移動体検知装置を示した図である。
【図７】従来の２素子型の移動体検知装置を示した図である。
【図８】移動体検知装置の配置構成の概要を示した図である。
【図９】本発明による移動体検知装置の要部を示した図である。
【図１０】本発明による移動体検知装置の具体的構成例を示した図である。
【図１１】トリプレート構造を示した図である。
【図１２】本発明による移動体検知装置の外観を示した図である。
【符号の説明】
１…移動体検知装置
１１…発振回路、発振素子、ＦＥＴ
１２…送信アンテナ
１３…受信アンテナ
１４…受信回路
１５…結合器
１６…空洞共振箱
１６−１…開口
１７…外部アンテナ
１８…回路基板
１８−１、１８−２、１８−３…回路基板のコア部材
１９…送受信アンテナ
２０…共振用伝送路
２１…マッチング用スタグ
２２，２３…高周波除去用スタグ
２…物体
【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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