(57)【要約】【課題】放射電極から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、電流方向と、この電流方向と直交する直交方向とにおける各励振に対するゲインの偏りを無くす。【解決手段】パッチアンテナ１は、誘電体基板１１の一面１１ａに、矩形状に形成された放射電極１２が設けられてなる。放射電極１２は、一辺１２ａを電流方向（以下、ａ方向という）に向け、他辺１２ｂをａ方向と直交する直交方向（以下、ｂ方向という）に向けて設けられている。また、このパッチアンテナ１には、放射電極１２から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、放射電極１２をａ方向に励振させるとともに、ｂ方向に励振させて合成電波を形成する合成手段が備えられている。【選択図】図１
2004266371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の主面に、矩形状体からなる放射電極がその一辺を電流方向に向けて設けられ、該放射電極から電波を放射するパッチアンテナにおいて、
前記放射電極から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、前記放射電極を電流方向に励振させるとともに、この電流方向と直交する直交方向に励振させて合成電波を形成する合成手段が備えられたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のパッチアンテナにおいて、
前記合成手段は、前記電流方向に向けた前記放射電極の一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定されるとともに、前記一辺と直交する他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して同じ長さに設定される構成とされたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項２に記載のパッチアンテナにおいて、
前記一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％長く設定され、前記他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して同じ長さよりその２〜７％短く設定されたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載のパッチアンテナにおいて、
前記合成手段は、前記電流方向に向けた前記放射電極の一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／４の長さに設定されるとともに、前記一辺と直交する他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定される構成とされたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載のパッチアンテナにおいて、
前記一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／４の長さよりその２〜７％長く設定され、前記他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％短く設定されたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のパッチアンテナが設けられ、前記放射電極から放射する前記合成電波の放射範囲が検出エリアとして採用されることを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッチアンテナおよび、パッチアンテナを備えたセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、パッチアンテナは、移動体通信およびＬＡＮ、ＥＴＣ等の小型の通信機器のアンテナ部材として最適なものとして用いられ、誘電体基板の一面に、矩形状に形成された放射導体が一辺を電流方向に向けて設けられ、誘電体基板の他面に、給電を行なう給電部が設けられ、これら放射電極と給電部とが整合ラインを介して接続されてなるものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６７８３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パッチアンテナを用いたものに、マイクロウェーブセンサ（以下、ＭＷセンサという）があり、放射電極から放射する電波の放射範囲が検出エリアとして用いられる。このパッチアンテナを図７に示す。図７は、パッチアンテナの平面図である。
【０００５】
このパッチアンテナ１は、図７に示すように、誘電体基板１１の一面１１ａに、矩形状に形成された放射電極１２が設けられ、誘電体基板１１の他面（図示省略）に、給電を行なう給電部（図示省略）が設けられ、これら放射電極１２と給電部とが整合ライン１３を介して接続されてなる。
【０００６】
放射電極１２は、一辺１２ａを電流方向（以下、ａ方向という）に向け、他辺１２ｂをａ方向と直交する直交方向（以下、ｂ方向という）に向けて設けられている。
【０００７】
整合ライン１３は、インピーダンス整合を行ない、信号の伝達を行なうための伝送路１４が設けられている。
【０００８】
このパッチアンテナ１では、放射電極１２がａ方向にのみ励振して偏波を放射し、検知エリアにおける検知を行なう。
【０００９】
このパッチアンテナ１による電波の放射範囲は、放射電極１２における励振条件により、図８に示すように、検知エリアのエリア範囲が、ａ方向に対する半径よりｂ方向に対する半径のほうが短い楕円状に形成される。
【００１０】
そこで、図２に示すような座標軸を用いてパッチアンテナ１から放射する偏波のａ方向における励振に対するゲインを解析した（図９参照）。図９は、パッチアンテナから放射する偏波のａ方向における励振に対するゲインを解析したグラフである。
【００１１】
図９に示すように、θが７５°である時の電界面（φ＝０°、以下、Ｅ面という）と、磁界面（φ＝９０°、以下、Ｈ面という）とにおけるゲインを比較すると、Ｅ面は、＋３ｄＢであり、Ｈ面は、−１０ｄＢであり、その差は、１３ｄｂである。そのため、このパッチアンテナ１では、ａ、ｂ方向における各励振によってゲインに偏りが生じ、その結果、検知エリアとしての放射範囲に偏りができるため、予め設定した検知エリアＡの全方向に対して均一に監視することができない。
【００１２】
具体的に、このパッチアンテナ１が天井に接するようＭＷセンサを設置し、検知するターゲットの大きさを測定する場合、上記したようにａ、ｂ方向における各励振によってゲインが偏っているので、ａ方向とｂ方向とのそれぞれに位置するターゲットの大きさと、放射電極からそれぞれのターゲットまでの距離とが同一の時であっても、検知する方向によって反射波レベルが異なる。例えば、ａ方向とｂ方向とのそれぞれに位置するターゲットが、パッチアンテナから同一の距離だけ離れていても、ａ方向に位置するターゲットと、ｂ方向に位置するターゲットとでは、そのゲインの値が１３ｄＢだけ異なり、正確なターゲットの大きさを測定することができない。
【００１３】
そこで、上記課題を解決するために、本発明は、放射電極から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、励振線の方向に対するゲインの偏りを無くすパッチアンテナおよび、パッチアンテナを備えたセンサを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明にかかるパッチアンテナは、誘電体基板の主面に、矩形状体からなる放射電極がその一辺を電流方向に向けて設けられ、該放射電極から電波を放射するパッチアンテナにおいて、前記放射電極から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、前記放射電極を電流方向に励振させるとともに、この電流方向と直交する直交方向に励振させて合成電波を形成する合成手段が備えられたことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、合成手段が備えられているので、従来のように、電流方向に励振する１つの偏波のみを形成することなく、電流方向に対して直交方向に励振する偏波を加え、電波を単波ではなく合成電波とすることが可能となり、放射範囲を全方向に均一に広がるよう放射することが可能となる。電流方向と直交方向との電流により発生した電波は直交するために互いに干渉することはなく、容易に合成電波を放射範囲の全方向に均一に広がるよう放射することが可能となる。
【００１６】
上記構成において、上記合成手段は、前記電流方向に向けた前記放射電極の一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定されるとともに、前記一辺と直交する他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して同じ長さに設定される構成とされてもよい。
【００１７】
この場合、一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定され、他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して同じ長さに設定される構成とされているので、電流方向と直交方向とにおける各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にすることが可能となる。
【００１８】
上記構成において、上記一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％長く設定され、前記他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して同じ長さよりその２〜７％短く設定されてもよい。
【００１９】
この場合、一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％長く設定され、他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して同じ長さよりその２〜７％短く設定されているので、直交方向における各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にするのにより好ましい。
【００２０】
上記構成において、上記合成手段は、上記電流方向に向けた上記放射電極の一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／４の長さに設定されるとともに、上記一辺と直交する他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定される構成とされてもよい。
【００２１】
この場合、一辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／４の長さに設定され、他辺の長さが、予め設定した共振周波数に対して約１／２の長さに設定される構成とされているので、電流方向と直交方向とにおける各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にすることが可能となる。
【００２２】
上記構成において、上記一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／４の長さよりその２〜７％長く設定され、上記他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％短く設定されてもよい。
【００２３】
この場合、一辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／４の長さよりその２〜７％長く設定され、他辺の長さは、予め設定した共振周波数に対して１／２の長さよりその２〜７％短く設定されているので、直交方向における各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にするのにより好ましい。
【００２４】
また、上記目的を達成するため本発明にかかるセンサは、上記パッチアンテナが設けられ、上記放射電極から放射する上記合成電波の放射範囲が検出エリアとして採用されることを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、上記パッチアンテナが設けられ、放射電極から放射する合成電波の放射範囲が検出エリアとして採用されるので、上記した本発明にかかるパッチアンテナの作用効果を有する。その結果、検知エリアである放射範囲に偏りができることなく、全方向に対して均一に監視することが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
本実施の形態１にかかるセンサ（図示省略）には、図１に示すようなパッチアンテナ１が設けられている。
【００２７】
このパッチアンテナ１は、図１に示すように、誘電体基板１１の一面１１ａに、矩形状に形成された放射電極１２が設けられ、誘電体基板１１の他面（図示省略）に、給電を行なう給電部（図示省略）が設けられ、これら放射電極１２と給電部とが整合ライン１３を介して接続されてなる。
【００２８】
放射電極１２は、一辺１２ａを電流方向（以下、ａ方向という）に向け、他辺１２ｂをａ方向と直交する直交方向（以下、ｂ方向という）に向けて設けられている。
【００２９】
また、このパッチアンテナ１には、放射電極１２から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、放射電極１２をａ方向に励振させるとともに、ｂ方向に励振させて合成電波を形成する合成手段が備えられている。
【００３０】
合成手段は、ａ方向に向けた放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定した共振周波数（以下、λという）に対して１／２の長さに設定されるとともに、一辺１２ａと直交するｂ方向に向けた他辺１２ｂの長さが、λに対して同じ長さに設定される構成とされている。なお、ａ方向の励振では、λ／２による励振のため、１つの電流腹点が発生する。そのため、電流の指向性は、±０°となる。また、ｂ方向の励振では、λによる励振のため、２つの電流腹点が発生する。この２つの電流腹点は、その極性が反対になるため電流の指向性は、±６０°となる。さらに、ａ方向とｂ方向との励振により発生する電波は直交しているため、互いを干渉することはない。
【００３１】
この放射電極１２における励振条件により、図３に示すように、検知エリアのエリア範囲が、ａ方向に対する半径とｂ方向に対する半径とが同一半径を有して広がり（円形状）、予め設定した検知エリアが形成されている。
【００３２】
そこで、図２に示す座標軸を用いて、このパッチアンテナ１から放射する偏波のａ、ｂ方向の各励振に対するゲインを解析した（図４参照）。図４は、パッチアンテナ１から放射する合成電波においてａ、ｂ方向の各励振に対するゲインを解析したグラフである。なお、図面に示す符号Ｇａは、ａ方向の励振による偏波のゲインを示し、符号Ｇｂは、ｂ方向の励振による偏波のゲインを示し、符号Ｇｔは、合成電波のゲイン（Ｇｔ＝Ｇａ＋Ｇｂ）を示す。
【００３３】
図４に示すように、φを９０°に固定して、θをパラメータとして変化させた時、ａ方向に励振させるとともに、ｂ方向に励振させて形成する合成電波のゲインが全てのθにおいても略同一の値になる。
【００３４】
また、図５に示すように、θが７５°である時の電界面（φ＝０°、以下、Ｅ面という）と、磁界面（φ＝９０°、以下、Ｈ面という）と、その中間面（φ＝４５°）におけるゲインを比較すると、Ｅ面におけるゲインと、Ｈ面におけるゲインとの差がなく、全方向におけるゲイン値は略同一である。そのため、φとθの値に関係なく、全方向において略同一の値になる。そのため、全方向アンテナに近いアンテナ特性を得る。
【００３５】
上記したように、本発明にかかるセンサによれば、パッチアンテナ１が設けられ、放射電極１２から放射する合成電波の放射範囲が検出エリアとして採用されるので、検知エリアである放射範囲に偏りができることなく、全方向に対して均一に監視することができる。
【００３６】
詳しくは、本発明にかかるパッチアンテナ１によれば、合成手段が備えられているので、従来のように、ａ方向に励振する偏波のみを形成することなく、ｂ方向に励振する偏波を加え、電波を単波ではなく合成電波とすることができ、放射範囲を全方向に均一に広がるよう放射することができる。
【００３７】
また、ａ方向とｂ方向との電流により発生した電波は直交するために互いに干渉することはなく、容易に合成電波を放射範囲の全方向に均一に広がるよう放射することができる。
【００３８】
また、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して同じ長さに設定される構成とされているので、ａ、ｂ方向における各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にすることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して同じ長さに設定される構成とされているが、これに限定されるものではなく、予め設定したλに対して約１／２の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して略同じ長さに設定される構成とされていればよい。例えば、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さよりその２〜７％長く設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して同じ長さよりその２〜７％短く設定されていれば、ｂ方向における励振によって合成された合成電波のゲインを均一にするのにより好ましい。
【００４０】
次に、本実施の形態１にかかるセンサの他の実施例を示す。
＜実施の形態２＞
本実施の形態２にかかるセンサは、上記した実施の形態１にかかるセンサと、合成手段の点で異なるだけで他の構成は同一の構成からなる。そのため、この実施の形態２では、同一の構成については、同一の符号を付する。
【００４１】
本実施の形態２にかかるセンサ（図示省略）には、図１に示すようなパッチアンテナ１が設けられている。
【００４２】
このパッチアンテナ１は、図１に示すように、誘電体基板１１の一面１１ａに、矩形状に形成された放射電極１２が設けられ、誘電体基板１１の他面に、給電を行なう給電部が設けられ、これら放射電極１２と給電部とが整合ライン１３を介して接続されてなる。
【００４３】
放射電極１２は、一辺１２ａをａ方向に向け、他辺１２ｂをａ方向と直交するｂ方向に向けて設けられている。
【００４４】
また、このパッチアンテナ１には、放射電極１２から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、放射電極１２をａ方向に励振させるとともに、ｂ方向に励振させて合成電波を形成する合成手段が備えられている。
【００４５】
合成手段は、ａ方向に向けた放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／４の長さに設定されるとともに、一辺１２ａと直交するｂ方向に向けた他辺１２ｂの長さが、λに対して１／２の長さに設定される構成とされている。なお、ａ方向の励振では、λ／４による励振のため、１つの電流腹点が発生する。そのため、電流の指向性は、±０°となる。また、ｂ方向の励振では、λ／２による励振のため、２つの電流腹点が発生する。この２つの電流腹点は、その極性が反対になるため電流の指向性は、±６０°となる。さらに、ａ方向とｂ方向との励振により発生する電波は直交しているため、互いを干渉することはない。
【００４６】
この放射電極１２における励振条件により、図３に示すように、検知エリアのエリア範囲が、ａ方向に対する半径とｂ方向に対する半径とが同一半径を有して広がり（円形状）、予め設定した検知エリアが形成されている。
【００４７】
そこで、図２に示す座標軸を用いて、このパッチアンテナ１から放射する合成電波のφを０°、４５°、９０°に固定した時のゲイン（θ＝７５°）を解析した（図６参照）。なお、図面に示す符号Ｇａは、ａ方向の励振による偏波のゲインを示し、符号Ｇｂは、ｂ方向の励振による偏波のゲインを示し、符号Ｇｔは、合成電波のゲイン（Ｇｔ＝Ｇａ＋Ｇｂ）を示す。
【００４８】
図６に示すように、θが７５°である時のＥ面（φ＝０°）と、Ｈ面（φ＝９０°）と、その中間面（φ＝４５°）におけるゲインを比較すると、Ｅ面におけるゲインと、Ｈ面におけるゲインとの差がなく、全方向におけるゲイン値は略同一である。そのため、φとθの値に関係なく、全方向において略同一の値になる。そのため、全方向アンテナに近いアンテナ特性を得る。
【００４９】
上記したように、本実施の形態２にかかるセンサによれば、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／４の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さに設定される構成とされているので、例えば、上記した従来のパッチアンテナ１を備えたＭＷセンサと比較して（図９参照）、ａ、ｂ方向における各励振によって合成された合成電波のゲインを均一にすることができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／４の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さに設定される構成とされているが、これに限定されるものではなく、予め設定したλに対して約１／４の長さに設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して約１／２の長さに設定される構成とされていればよい。例えば、放射電極１２の一辺１２ａの長さが、予め設定したλに対して１／４の長さよりその２〜７％長く設定され、他辺１２ｂの長さが、予め設定したλに対して１／２の長さよりその２〜７％短く設定されていれば、ｂ方向における励振によって合成された合成電波のゲインを均一にするのにより好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかるパッチアンテナおよび、パッチアンテナを備えたセンサによれば、放射電極から放射する電波の放射範囲が全放射方向に対して均一に広がるよう、電流方向と、この電流方向と直交する直交方向とにおける各励振に対するゲインの偏りを無くすことができる。
【００５２】
すなわち、本発明にかかるパッチアンテナによれば、合成手段が備えられているので、従来のように、電流方向に励振する１つの偏波のみを形成することなく、電流方向に対して直交方向に励振する偏波を加え、電波を単波ではなく合成電波とすることができ、放射範囲を全方向に均一に広がるよう放射することができる。電流方向と直交方向との電流により発生した電波は直交するために互いに干渉することはなく、容易に合成電波を放射範囲の全方向に均一に広がるよう放射することができる。
【００５３】
また、本発明にかかるセンサによれば、本発明にかかるパッチアンテナが設けられ、放射電極から放射する合成電波の放射範囲が検出エリアとして採用されるので、上記した本発明にかかるパッチアンテナの作用効果を有する。その結果、検知エリアである放射範囲に偏りができることなく、全方向に対して均一に監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかるパッチアンテナの概略平面図である。
【図２】パッチアンテナを座標軸を用いて示した図である。
【図３】本実施の形態にかかるパッチアンテナに設けられた放射電極から放射する合成電波の放射範囲を示した図である。
【図４】本実施の形態にかかるパッチアンテナから放射する合成電波の電流方向と、この電流方向と直交する直交方向とにおける各励振に対するゲインを解析したグラフである。
【図５】本実施の形態１にかかるパッチアンテナから放射する合成電波のφを０°、４５°、９０°に固定した時のゲインを解析したグラフである。
【図６】本実施の形態２にかかるパッチアンテナから放射する合成電波のφを０°、４５°、９０°に固定した時のゲインを解析したグラフである。
【図７】従来のパッチアンテナの概略平面図である。
【図８】従来のパッチアンテナに設けられた放射電極から放射する電波の放射範囲を示した図である。
【図９】従来のパッチアンテナから放射する電波のφを０°、４５°、９０°に固定した時のゲインを解析したグラフである。
【符号の説明】
１  パッチアンテナ
１１  誘電体基板
１１ａ  主面（一面）
１２  放射電極
１２ａ  一辺
１２ｂ  他辺
１３  供給ライン
１４  マッチング部
ａ方向  電流方向
ｂ方向  直交方向
Ａ  予め設定した検知エリア
Ｗ  合成電波
【図１】
2004266371.tif 000003
【図２】
2004266371.tif 000004
【図３】
2004266371.tif 000005
【図４】
2004266371.tif 000006
【図５】
2004266371.tif 000007
【図６】
2004266371.tif 000008
【図７】
2004266371.tif 000009
【図８】
2004266371.tif 000010
【図９】
2004266371.tif 000011