(57)【要約】【課題】  電波ビームの放射方向を可変する構造が簡素で、且つ制御性が容易なマイクロストリップアンテナを提供し、アンテナ前方の物体を検知する高周波センサ用のアンテナとすることにより、空間内に存在する物体の位置や移動方向を検知する。【解決手段】  基板１と、高周波信号が給電される給電素子２と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極３とから構成され、基板１を介して接地電極３と対向する位置に給電素子２を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、接地電極３と対向する位置に配置され給電素子２にて励起される複数の無給電素子４ａ、４ｂと、接地電極３と短絡または開放の状態が選択可能な複数の切替手段を備える。【選択図】    図１２
2007267041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
高周波信号が給電される給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される無給電素子と、
前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向へ、他方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射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、
高周波信号が給電される給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される複数の無給電素子と、
各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
各無給電素子は前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが前記基板面に対し鉛直方向へ、前記無給電素子の少なくとも１つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射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】
前記給電素子が複数、配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
基板と、
少なくとも１つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、
前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ放射し、他方の選択状態では前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ放射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５】
基板と、
少なくとも１つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、
各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
各無給電素子は複数の前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ放射し、前記無給電素子の少なくとも１つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ放射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６】
前記切替手段は、
高周波信号を通過または遮断するスイッチと、
高周波信号を伝播するリアクタンス素子とから構成され、
前記リアクタンス素子の片端は前記無給電素子の所定の位置に、前記リアクタンス素子の他端は前記スイッチの入力端に、前記スイッチの出力端は前記接地電極に各々接続され、前記スイッチは一定の直流電圧を印加したとき、前記無給電素子と前記接地電極が短絡または開放の状態になることを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項７】
前記スイッチは前記接地電極と同一面上に配置されたことを特徴とする請求項６に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項８】
前記リアクタンス素子は、
前記基板の内部に配置される導通孔と、
前記基板の表面または内部に配置される分布定数回路からなる薄膜線路とから構成され、
前記導通孔の片端と前記薄膜線路の片端とが接続されたことを特徴とする請求項６又は７に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項９】
前記リアクタンス素子の長さは、
[λｇ／４]）×ｎ （λｇ：基板上の波長，ｎ：整数）であることを特徴とする請求項６乃至８何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１０】
前記リアクタンス素子の片端は、前記薄膜線路のインピーダンスと一致する前記無給電素子上の位置に接続されたことを特徴とする請求項６乃至９何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１１】
前記リアクタンス素子の片端は、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺と、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺から使用周波数の１／１０波長中央部に向かった前記無給電素子の部位との間に接続されたことを特徴とする請求項６乃至９何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１２】
前記無給電素子の少なくとも１つは、接続される前記リアクタンス素子の位置が他の前記無給電素子とは異なることを特徴とする請求項６乃至１１何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１３】
前記薄膜線路のインピーダンスは５０Ωであることを特徴とする請求項８乃至１２何れか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１４】
前記給電素子と前記無給電素子の形状は、励振方向における１辺の長さが同一であることを特徴とする請求項１乃至１３いずれか１項記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１５】
請求項１乃至１４いずれか１項記載のマイクロストリップアンテナを備えてなることを特徴とする高周波センサ。
【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電波を送信するマイクロストリップアンテナに関し、特に、マイクロストリップアンテナから発信される統合的な電波ビームの放射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】
従来より、基板上に高周波の信号を供給して電波を放射する給電素子と、前記給電素子の周辺に配置し、高周波の信号を供給せず、給電素子からの電波を受けて電波を放射するモノポール式のアンテナが知られている。モノポールアンテナは、高周波信号のグランドとして作用する接地板の上に４分の１波長の長さを有する電極棒を備え、接地板と水平且つ、ドーナツ状に電波を放射することから無線通信用のアンテナとして利用されることが多く、効率よくデータを送受信する為に電波の指向方向を変える技術として次のようなものが知られている。例えば特許文献１，２に記載されたものは、給電素子を中央に１ヶ、周辺に４ヶの無給電素子が配置されており、無給電素子にリアクタンス素子を介しスイッチ素子が配置されており、スイッチの接続または開放を切替えることにより、無給電素子の周波数を変化させ、反射器あるいは導波器とし、反射器側への電波の放射を停止し、導波器側へ電波の指向を持たせている。すなわち電波の方向を所定の方向に導く為には、給電素子をはさみ対称位置に配置される無給電素子に接続されたスイッチの状態を違えて、一方を反射器，他方を導波器にしている。また、基板の表面と裏面にそれぞれアンテナ電極と接地電極を配置し、アンテナ電極と接地電極との間にマイクロ波の高周波信号を印加することによって、アンテナ電極から垂直方向へ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。マイクロストリップアンテナから発信される統合的な電波ビームの放射方向を制御するための技術として、次のようなものが知られている。例えば、特許文献３に記載されたものは、基板の表面に複数のアンテナ電極を配置し、高周波スイッチを切替えて各アンテナ電極への高周波信号の給電線路の長さを変えることにより、統合的な電波ビームの放射方向を変化させる。すなわち、複数のアンテナ電極への給電線路の長さを違えることによって、複数のアンテナ電極からそれぞれ発信される電波の間に位相差を生じさせ、位相が遅れたアンテナの方へ統合された統合的な電波ビームの放射方向を傾ける。また特許文献４には、複数の給電素子と複数の無給電素子を基板表面上に備えた給電点切換型のマルチビームアンテナが記載されている。このマルチビームアンテナでは、複数の給電素子の全部又は一部が、スイッチを介して給電端子に接続・開放可能になっており、スイッチにより給電される給電素子を切り換えることにより、放射方向の違う電波ビームが選択できるようになっている。
【０００３】
このようにマイクロストリップアンテナから放射される電波は、モノポールアンテナとは異なり基板に対し鉛直方向に放射される為、アンテナに近づく物体から反射した電波信号によりその存在や物体の移動方向を検知する物体検知装置として知られている。ここでいう鉛直方向とは、統合された電波ビームの最大放射強度の指向角範囲が、半値角±１０％の方向を指す。例えば、統合された電波ビームの半値角が±３０°の場合、最大放射強度の指向角範囲が±３°の範囲においては基板面に対し電波ビームが鉛直方向に放射されているとみなされる。この物体検知装置においては、上記のようにしてマイクロストリップアンテナからの統合的な電波ビームの放射方向を変化させることにより、統合的な電波ビームの放射方向が固定している場合に比較して、物体の位置や移動方向をより正確に検知することができるようになる。例えば、マイクロストリップアンテナから送信される統合的な電波ビームの放射方向をＸＹ方向に変えて２次元範囲をスキャンさせることにより、部屋の天井に配置することで、部屋内部のどの位置にどのような大きさの物体が存在するか把握でき、モノポールアンテナでは検知できない情報を得ることができる。物体検知装置の用途には、例えば自動追尾ミサイルにおける目標検知や、便器装置における使用者検知など多岐にわたる。いずれの用途においても、マイクロストリップアンテナから送信される統合的な電波ビームの放射方向を変化させ得ることは、非常に有用である。例えば、便器装置における使用者検知装置の場合について述べれば、使用者の位置や近づいてくる使用者の動線がより正確に検知されれば、連立した便器の中のどの便器の洗浄装置や脱臭装置を運転したらよいか適切に制御できる。ところで、使用者の状態を正確に把握する目的のみからは、むしろカメラの方が適しているかもしれないが、便器装置においてカメラは当然使用できない。よって、電波を用いた物体検知装置で、統合的な電波ビームの放射方向を制御して使用者の様子をより正確に把握できるようにすることは、非常に重要である。因みに、日本においては、人体を検知する目的には１０．５２５ＧＨｚまたは２４．１５ＧＨｚ、また、車載用衝突防止の目的には７６ＧＨｚの周波数が使用可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２８６００号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８５３３号公報
【特許文献３】特開平７−１２８４３５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】
【０００５】
特許文献１，２で開示されている従来技術によれば、電波ビームの放射方向が、基板と水平方向であるため、電波ビームの放射方向を変化させたとしても部屋全体人体を検知する場合には、部屋の中央の空間に配置しなければならない。また便器等における使用者検知としては、便器を設置している壁にアンテナを配置する際奥行き方向に空間が必要になり、マイクロストリップアンテナに比べ施工スペースの確保が大変である。また電波の指向方向を切替えるのに、給電素子を中心とした、一対の無給電素子を反射器，導波器に設定しなければならない為、無給電素子を所定の周波数に変化させる為の調整が、スイッチ及びリアクタンス素子の精度に依存する為、どちらかがばらつきを有すると電波ビームの方向が所定の方向に制御できなくなる。また特許文献４で開示されている従来技術によれば、電波ビームの放射方向を変化させるために、電波を放射する給電素子を選択する為に、高周波信号を伝送する給電線路をスイッチングする必要がある。そのため、電波方向を切替えるだけの給電素子を配置しなければならない為にアンテナのサイズが大きくなり、設置の自由度が無くなると同時に、使用される特定周波数のマイクロ波信号に対するインピーダンスが所定の適正値に厳密に調整された高周波スイッチを使う必要があり、そのような高周波スイッチはかなり高価である。特に、統合的な電波ビームの放射方向を連続的または多段階に変化させる場合は多数の高周波スイッチが必要となる。しかしながら、例えば便器装置における使用者検知装置のような用途に高価な部品を多く使用することは実際的ではない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、マイクロストリップアンテナにおいて、簡単かつ小型に構成され所定の方向に確実に電波ビームの放射方向を可変でき、高周波センサ用アンテナとすることにより、空間内の物体の位置，移動方向やシステムに近づく物体の動線を検知することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、基板と、高周波信号が給電される給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される無給電素子と、前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向へ、他方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とする。
【０００８】
一般的にマイクロストリップアンテナは、高周波信号が給電されて外部に電波を放射する給電素子と、前記給電素子にて励起された同一周波数の信号を受けて外部に電波を放射する無給電素子と併設すると、給電素子と無給電素子の位置関係から励起されるタイミングの遅れ、すなわち位相の遅れが生じ、給電素子から放射される電波と、無給電素子から放射される電波との統合的な電波ビームの放射方向は変化する。給電素子と無給電素子が同位相ならば基板面に対し鉛直方向に電波ビームは放射され、給電素子の位相が無給電素子の位相よりも進んでいれば基板面に対し鉛直方向から無給電素子が配置された方向側に電波ビームは放射される。すなわち給電素子と無給電素子との位置関係を調整することで位相が変化し、その変化量に応じて電波ビームを所定の角度に可変することができる。ここで言う所定の角度とは、電波の位相の遅れ量と、給電素子−無給電素子間の距離と、使用する周波数とにより一義的に決定される量である。この位相の遅れは、回路パターンの成形精度に依存する為、エッチング加工を用いることで非常に精度がよく、無給電素子と給電素子で構成される直線上の所定の方向に再現性良く設定することが可能である。また、無給電素子に接続された切替え手段により、接地電極と短絡または開放を選択すると、無給電素子に励起される電流量を制限でき、その結果、無給電素子から放射される電波量は、前記給電素子とで構成される統合的な電波に占める割合が著しく減少し、給電素子から放射される電波量にのみ支配され、電波方向を基板に対し、鉛直方向に設定することができる。従って、給電素子に供給される高周波信号の状態を切替えたり、無給電素子を所定の周波数に設定するために切替えるものではなく、無給電素子に励起される状態を制限するための切替え手段であればよいため、接地電極に短絡する際の損失量を厳密に管理する必要が無く、簡単な構成で電波の方向を切替えることができ、基板に対し鉛直方向に電波を放射できる為、省スペースな構成で物体あるいは人体へ電波を放射できる。
【０００９】
無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、一方の選択状態にて基板面に対し鉛直方向へと放射される。ここでいう鉛直方向とは、統合された電波のメインビームにおける最大放射強度の指向方向が、統合された電波ビームの半値角±１０％の方向を指す。
一般的なマイクロストリップアンテナの場合、給電される素子が１個のとき基板面に対し鉛直方向に放射される電波ビームの半値角は±３０°前後、給電される素子が４個アレイ化されたとき放射される電波ビームの半値角は±２０°前後、さらに給電される素子が１６個アレイ化されたとき放射される電波ビームの半値角は±１５°前後である。
電波ビームの半値角が±１０°以内の時に±２°〜±３°正面方向から傾いてしまうと移動体をセンシングする性能に大きくかかわってくるが、電波ビームの半値角が±２０°〜±３０°前後の時に±２°〜±３°正面方向から傾いても移動体をセンシングする性能にほとんど影響しない。必ず正面方向に向けようとすると製造によるバラつきを調整するための制御回路が必要となり操作性も複雑になるが、このような調整手段を必要としない。
【００１０】
上記目的を達成するために請求項２記載の発明は、基板と、高周波信号が給電される給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される複数の無給電素子と、各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、各無給電素子は前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが前記基板面に対し鉛直方向へ、前記無給電素子の少なくとも１つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とする。
【００１１】
このように、マイクロストリップアンテナを用い、高周波信号が給電されて外部に電波を放射する給電素子と、前記給電素子にて励起された同一周波数の信号を受けて外部に電波を放射する複数の無給電素子とを設け、前記複数の無給電素子が接地電極に対し同一平面上にあり、且つ給電素子を中心に対称位置にあるため、対称位置にある無給電素子を同時に切替手段により、開放あるいは短絡の何れかに切替えると、給電素子から無給電素子上のに励起される電流量と位相遅れ量が同一であるため、無給電素子と給電素子で構成される直線上の位相変化量が相殺され、統合された電波ビームの放射方向は基板に対し、鉛直方向に放射されることになる。また、対称位置にある無給電素子の何れか一方を切替手段により接地電極に開放あるいは短絡し、無給電素子に励起される電流量を制限すると、その結果、無給電素子から放射される電波量は、前記給電素子と他側の無給電素子とで構成される統合的な電波に占める割合が著しく減少するため、給電素子と他側の無給電素子から放射される電波量にのみ支配され、電波方向が基板に対し鉛直方向から位相遅れ量に応じた所定の角度水平方向に傾き放射される。従って、それぞれの無給電素子に接続された切替手段の開放，短絡の状態を交互に変えると電波ビームもその状態に応じて基板に対し鉛直方向から対称に所定の角度、一対の無給電素子と給電素子で構成される直線上に傾けることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために請求項３記載の発明は、前記給電素子が複数、配置されたことを特徴とする。
【００１３】
給電素子を複数、配置することにより、電波ビームを絞り込んだ状態でビーム方向を切り替え、検知距離を伸ばすことができる。
【００１４】
上記目的を達成するために請求項４記載の発明は、基板と、少なくとも１つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ、他方の選択状態では前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射することを特徴とする。
【００１５】
無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では複数、配置された給電素子の位相関係により位相が遅れている給電素子が配置された既定方向へ放射され、他方の選択状態では複数の給電素子と無給電素子との位相関係により既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射する
【００１６】
上記目的を達成するために請求項５記載の発明は、基板と、少なくとも１つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、各無給電素子は複数の前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ、前記無給電素子の少なくとも１つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射することを特徴とする。
【００１７】
全ての無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、複数、配置された給電素子の位相関係により位相が遅れている給電素子が配置された既定方向へ放射され、無給電素子の少なくとも１つが他の無給電素子の選択状態とは異なるとき、複数の給電素子と無給電素子との位相関係により既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射する
【００１８】
上記目的を達成するために請求項６記載の発明は、前記切替手段は、高周波信号を通過または遮断するスイッチと、高周波信号を伝播するリアクタンス素子とから構成され、前記リアクタンス素子の片端は前記無給電素子の所定の位置に、前記リアクタンス素子の他端は前記スイッチの入力端に、前記スイッチの出力端は前記接地電極に各々接続され、前記スイッチは一定の直流電圧が印加されたとき、前記無給電素子と前記接地電極が短絡または開放の状態になることを特徴とする。
【００１９】
このように、切替手段がリアクタンス素子とスイッチにより構成すると、スイッチの設置自由度が向上すると共に電波の放射量に影響する無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態をスイッチで遮断することがないため、無給電素子から放射される電波ビームの量を保持し、しいては、給電素子と統合される電波の放射量を保持できる。また、切替手段は、スイッチに印加する電源を変動することなく一定の直流電圧で行っている為、電源供給回路を簡略化できる。
【００２０】
上記目的を達成するために請求項７記載の発明は、前記スイッチは前記接地電極と同一面上に配置されたことを特徴とする。
【００２１】
このように、切替手段の一部であるスイッチを接地電極面に配置すると、無給電素子に対向する部位をスイッチで切欠くことがない為、無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態を崩すことがなく、無給電素子から放射される電波ビームの量を保持できる。
【００２２】
上記目的を達成するために請求項８記載の発明は、前記リアクタンス素子は、前記基板の内部に配置される導通孔と、前記基板の表面または内部に配置される分布定数回路からなる薄膜線路とから構成され、前記導通孔の片端と前記薄膜線路の片端とが接続されたことを特徴とする。
【００２３】
このようにリアクタンス素子に電子部品をいっさい用いず、積層基板加工工程で成形可能な回路パターンで構成した為、部品の定数ばらつきや実装時の位置，回転方向のずれによるばらつきが少なくリアクタンス量の精度が確保されるため、無給電素子上に励起される電流量を精度良く設定でき、給電素子とで構成される位相量および統合された電波ビームの量を制御することができる。
【００２４】
上記目的を達成するために請求項９記載の発明は、前記リアクタンス素子の長さは、[λｇ／４]×ｎ （λｇ：基板上の波長，ｎ：整数）であることを特徴とする。
【００２５】
このようにリアクタンス素子の長さを設定すると無給電素子の上リアクタンス素子と接続された部位をスイッチにより精度良く電流量を“０”にすることができる為、無給電素子に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。また、厳密にリアクタンス素子の長さを[λｇ／４]×ｎにしなくても、（[λｇ／４]±[λｇ／８]）×ｎであれば、本発明のマイクロストリップアンテナを提供することが可能である。
【００２６】
上記目的を達成するために請求項１０記載の発明は、前記リアクタンス素子の片端は、前記薄膜線路のインピーダンスと一致する前記無給電素子上の位置に接続されたことを特徴とする。
【００２７】
このようにリアクタンス素子と無給電素子上のインピーダンスの整合をとると、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が損失しないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。
【００２８】
上記目的を達成するために請求項１１記載の発明は、前記リアクタンス素子の片端は、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺と、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺から使用周波数の１／１０波長(λｇ)中央部に向かった前記無給電素子の部位との間に接続されたことを特徴とする。
【００２９】
一般的に考えると無給電素子の５０Ωのインピーダンス地点は無給電素子の励振方向と直交する端辺から０．１７λｇ付近で、この地点はインピーダンスの変化率が大きい。これは電波の放射状態（放射量・放射方向）が変化しやすいことを意味しており、使用周波数が高くなる程、リアクタンス素子を接続する位置精度が要求され、製造による品質のばらつきが大きく影響するようになる。励振方向と直交する無給電素子４の端面から使用周波数の１／１０波長中央部に向かった前記無給電素子の部位にリアクタンス素子を接続することにより、製造のバラつきを受けにくく、安定した性能を得ることができる。
また、無給電素子のその部位のインピーダンスは、ハイインピーダンスとなるため、リアクタンス素子のインピーダンスをハイインピーダンス状態にしておけば正確に設定しなくても、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が反射や損失がほとんどないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。
【００３０】
上記目的を達成するために請求項１２記載の発明は、前記無給電素子の少なくとも１つは、接続される前記リアクタンス素子の位置が他の前記無給電素子とは異なることを特徴とする。
【００３１】
このようにリアクタンス素子の位置を例振方向に対し配置を変えると、設置自由度が向上するため、給電素子を中心に多数の無給電素子を配置し、それぞれにリアクタンス素子およびスイッチを設ける場合にも、スイッチの搭載スペースが無く、無給電素子と対向する接地電極の一部を切欠くことないため、無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態を保持できる。
【００３２】
上記目的を達成するために請求項１３記載の発明は、前記薄膜線路のインピーダンスは５０Ωであることを特徴とする。
【００３３】
このように薄膜線路のインピーダンスを５０Ωに設定すると、後段に接続されるスイッチの入力インピーダンスが一般に５０Ωに設定されている為、接続部の整合性が保持でき、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が損失しないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。
【００３４】
上記目的を達成するために請求項１４記載の発明は、前記給電素子と前記無給電素子の形状は、励振方向における１辺の長さが同一であることを特徴とする。
【００３５】
このように給電素子と無給電素子の励振方向の長さを揃えることで、給電素子で励起された電流により無給電素子から放射される電波の周波数が給電素子のそれと一致する為、それぞれから放射される電波が分離することなく統合され、切替手段の短絡または開放に応じて所定の方向に電波ビームを可変することができる。
【００３６】
上記目的を達成するために請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４いずれか１項記載のマイクロストリップアンテナを備えたことを特徴とする高周波センサである。
【００３７】
このように電波の指向方向を可変できるマイクロストリップアンテナを有する高周波センサを構成すると、センサから放射される電波の方向が基板面に対し鉛直方向および鉛直方向から無給電素子の配置方向または反対側に傾斜した状態に切替えることができる為、例えば壁面に設置した場合に、正面方向と下方向になるようにセンサを設置すると、身長のことなる人体が近づいた場合にもそれぞれの高さを認識して検知できたり、正面方向と床面に平行方向に電波方向を切替えた場合には、センサに近づく人体又は物体か否かを判断でき、その空間に必要な情報を的確に判断するセンサを構成できる。また、センサから放射される電波の方向が基板面に対し鉛直方向および鉛直方向からいずれか一方の無給電素子の配置方向に傾斜した状態に切替えることができる為、例えば壁面に設置した場合に、正面方向と上下方向になるようにセンサを設置すると、身長のことなる人体が近づいた場合にもそれぞれの高さを認識して検知できたり、正面方向と床面に平行方向に複数電波方向を切替えた場合には、センサに近づく人体又は物体か横切るものかを判断でき、その空間に必要な情報を的確に判断するセンサを構成できる。電波ビームの指向方向を簡単に、且つ単純に制御できるマイクロストリップアンテナは、アンテナ前方に存在する物体の位置や移動方向を二次元的あるいは３次元的に認識するセンサに有用である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、マイクロストリップアンテナにおいて、簡単かつ小型に構成され所定の方向に確実に電波ビームの放射方向を可変でき、高周波センサ用アンテナとすることにより、空間内の物体の位置，移動方向やシステムに近づく物体の動線を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
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説明する。
尚、以下実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。
図１は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第１実施形態であり、（ａ）正面からみた平面図、（ｂ）背面からみた平面図、（ｃ）Ａ−Ａ’の断面図である。
【００４０】
図１のマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板１と、高周波信号が給電される給電素子２と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極３と、給電素子２にて励起される無給電素子４と、無給電素子４と接地電極３とが短絡または開放の状態を選択可能にする切替手段から構成されている。切替手段は制御電極８に一定の直流電圧を印加したとき高周波信号を通過または遮断するスイッチ７と、無給電素子４の所定の位置からスイッチ７まで高周波信号を伝播する基板１の内部に配置される導通孔５と、基板の１表面に配置される分布定数回路からなる薄膜線路６とから構成されている。ここでは導通孔５の片端と薄膜線路６の片端を接続したものをリアクタンス素子とし、同通孔５の長さ（基板の厚みと同じ）と上面視したときの薄膜線路６の和がリアクタンス素子の長さとなる。
給電素子２と無給電素子４は同一形状であり、基板１を介して接地電極３と対向する基板１の表面に所定の間隔を設け配置されている。接地電極３が形成された基板１の裏面にはスイッチ７が配置される。無給電素子４の所定の位置には導通孔５の片端が、導通孔５の他端には薄膜線路６の片端が、薄膜線路６の他端にはスイッチ７の入力端が、スイッチ７の出力端には接地電極３が、各々接続されている。
【００４１】
マイクロストリップアンテナ構造（接地電極３との電磁界結合を利用し給電素子２の正面方向に効率よく電波を放射する）をなす給電素子２は使用周波数の半波長（λｇ／２：λｇ…基板１を伝搬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１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もつ矩形状の薄膜電極であり、インピーダンスが５０Ωとなる地点に高周波信号を給電するための給電点Ｐを設けている。この給電点Ｐの位置は、図示しない発振回路から高周波信号が伝播される伝送線路のインピーダンスにより変化するが、一般的にはアンテナに接続される発振回路や検波回路等の入出力端が５０Ωで整合が取れるよう設計されている。
【００４２】
薄膜線路６は分布定数回路からなる５０Ωのインピーダンスをもったコプレーナラインであり、無給電素子４のインピーダンスが５０Ωとなる位置に導通孔５の片端を接続し、導通孔５の他端に薄膜線路６が接続されている。本実施例では給電素子２と無給電素子４は同一形状であるから、無給電素子４と導通孔５の接続位置は給電素子２の給電点Ｐと同じ位置に相当する。
【００４３】
スイッチ７には、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ、トランジスタ等を複合し高機能化した高周波スイッチ（ＭＭＩＣ）を使用できる。本実施例では、図２に記載した端子配置を備えた電界効果トランジスタを用い、ドレイン端子を入力端とし薄膜線路６の片端に、ソース端子を出力端として接地電極３に各々接続し、ゲート端子を制御電極８として一定の直流電圧を印加することで高周波信号を通過または遮断できる。ドレイン端子を出力端として、ソース端子を入力端として使用することもできるが、本発明のアンテナはマイクロストリップ構造をなしているため、放射効率を考慮すると接地電極３が形成できる領域（面積）が大きい程が好ましい。
【００４４】
図３はスイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを短絡または開放の状態に選択したとき、無給電素子４と導通孔５を接続した地点における反射特性を示したグラフである。
導通孔５の深さと薄膜線路６の長さにより決定されるリアクタンス素子の長さＬ１が半波長（λｇ／２）の時、図３に示すグラフの実線は開放状態、破線は短絡状態を選択したときに相当する。開放状態のときは無給電素子４の共振周波数が使用周波数と同程度（定在波比に換算したとき２以下程度）となり無給電素子４から電波が放射されるが、短絡状態のときは無給電素子４の共振周波数が大きく変化し使用周波数から外れ、無給電素子４から電波が殆ど放射されない状態となる。
リアクタンス素子の長さＬ１を半波長より短くした１／４波長（λｇ／４）の時は、図３に示すグラフの実線が短絡状態、破線が開放状態を選択したときに相当する。これはリアクタンス素子の長さＬ１が半波長の時とは正反対の結果である。すなわち、短絡状態のときは無給電素子４の共振周波数が使用周波数と同程度となり無給電素子４から電波が放射されるが、開放状態のときは無給電素子４の共振周波数が大きく変化し使用周波数から外れ、無給電素子４から電波が殆ど放射されない状態となる。
【００４５】
従って、無給電素子４に接続されるリアクタンス素子の長さＬ１が半波長の時、スイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを短絡状態にすると、無給電素子４からは電波が殆ど放射せず給電素子２からの電波の放射量が圧倒的に多くなるため、図４（ａ）に示すように給電素子２と無給電素子４により統合された電波のメインビームは、、基板１面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを開放状態にすると、無給電素子４から放射される電波の放射量が給電素子２から放射される電波の放射量に対して無視できない大きさになるため、図４（ｂ）に示すように給電素子２と無給電素子４により統合された電波のメインビームは、給電素子２と無給電素子４の位相関係（ここでは、給電素子２に対し無給電素子４の位相が進んだ状態）により、基板１面に対し鉛直方向から水平方向側（図中右方向）へ放射される。
リアクタンス素子の長さＬ１が１／４波長の時、スイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを開放状態にすると、図４（ａ）に示すように給電素子２と無給電素子４により統合された電波のメインビームは、基板１面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを短絡状態にすると、図４（ｂ）に示すように給電素子２と無給電素子４により統合された電波のメインビームは、基板１面に対し鉛直方向から水平方向側（図中右方向）へ放射される。
【００４６】
このようにスイッチ７を制御することで、簡単に電波ビームの放射方向を基板１面に対し鉛直方向から水平方向側へ変えることができるが、そのためにはリアクタンス素子の接続位置や長さを適切に設定する必要がある。
図５（ａ）、（ｂ）に示すマイクロストリップアンテナは前述したマイクロストリップアンテナと同様に、基板１の表面に給電素子２と無給電素子４が、基板１の裏面に接地電極３が各々、配置されているが、薄膜線路６やスイッチ７は存在しない。（ａ）と（ｂ）で異なる所は無給電素子４に接続された導通孔５の片端の位置であり、図５（ａ）では給電点Ｐと同じインピーダンスが５０Ωの地点に、図５（ｂ）ではインピーダンスが５０Ωよりも高くなる無給電素子４の外郭近傍の地点に、導通孔５の片端が接続されている。図５（ｃ）、（ｅ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ’断面図であり、図５（ｄ）、（ｆ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ’断面図である。
図６は電波ビームの放射方向を示すグラフであり、ＣＡＳＥ１は図５（ｃ）に示す導通孔５の他端が接地電極３と開放状態のとき、ＣＡＳＥ２は図５（ｄ）に示す導通孔５の他端が接地電極３と開放状態のとき、ＣＡＳＥ３は図５（ｅ）に示す導通孔５の他端が接地電極３と短絡状態のとき、ＣＡＳＥ４は図５（ｆ）に示す導通孔５の他端が接地電極３と短絡状態のときを、それぞれ示している。
【００４７】
導通孔５の他端が接地電極３と開放状態にあるＣＡＳＥ１とＣＡＳＥ２を比較すると、ともに電波のメインビームは図中右（＋）方向へ放射されているが、ＣＡＳＥ１の方がより図中右（＋）方向にメインビーム（主要電波）が放射されているが、図中左（−）方向に放射されるサイドローブ（不要電波）も大きくなっていることがわかる。また、導通孔５の他端が接地電極３と短絡状態にあるＣＡＳＥ３とＣＡＳＥ４を比較すると、ＣＡＳＥ４では電波のメインビーが図中正面（０°）方向へ放射されているのに対し、ＣＡＳＥ３では電波のメインビーが図中左（−）方向へ放射されているがわかる。これは無給電素子４に接続される導通孔５の片端の位置の違いから発生するもので、給電点Ｐと同じインピーダンスが５０Ωの地点を単純に短絡しても電波のメインビームは図中正面（０°）方向へ放射されないことを意味し、電波のメインビームを図中正面（０°）方向へ放射するには適切な長さを有したリアクタンス素子を接続する必要がある。
【００４８】
図７（ａ）にリアクタンス素子の長さＬ１を変化させスイッチ７を制御し無給電素子４と接地電極３間とを開放状態にしたときの統合された電波ビームの放射形状を、図７（ｂ）に無給電素子４と接地電極３間とを短絡状態にしたときの統合された電波ビームの放射形状を示す。
本発明のマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子の長さが、[λｇ／４]）×ｎ （ｎ：整数）で設定されているため、無給電素子４と接地電極３間とを短絡または開放の状態に選択したとき、どちらか一方の状態で基板面１に対し統合された電波ビームが鉛直方向に放射される。
統合された電波ビームが基板１面に対し鉛直方向から水平方向側へ放射する形態は、リアクタンス素子の長さＬ１が、[λｇ／４]＜Ｌ１＜[λｇ／２]の時に比較するとし放射角度を大きくできる。そして、[λｇ／２]＜Ｌ１の時と比較するとメインローブに対しサイドローブを小さくでき、移動する物体の方向を精度良く検知できる。
【００４９】
無給電素子４に接続するリアクタンス素子の位置は、図８に示す励振方向と直交する無給電素子４の端辺と、励振方向と直交する無給電素子４の端辺から使用周波数の１／１０波長（λｇ）中央部に向かった無給電素子４の部位との間に接続することが好ましい。
図９に示すグラフは無給電素子４と接地電極３を開放状態から短絡状態に切り替えた時の給電素子２の給電点Ｐにおけるインピーダンスおよび定在波比（ＶＳＷＲ）の変化率を示したグラフである。
一般的に考えると無給電素子４の５０Ωのインピーダンス地点は無給電素子４の端面から０．１７λｇ付近であるが、この地点はインピーダンスの変化率が大きい。これは電波の放射状態（放射量・放射方向）が変化しやすいことを意味しており、使用周波数が高くなる程、リアクタンス素子を接続する位置精度が要求され、製造による品質のばらつきが大きく影響するようになる。励振方向と直交する無給電素子４の端辺と、励振方向と直交する無給電素子４の端辺から使用周波数の０．１５λｇ中央に向かった無給電素子４の部位との間はインピーダンスの変化率も小さくリアクタンス素子を接続する位置として適しているが、さらには１／１０λｇ中央に向かった無給電素子の部位との間にリアクタンス素子を接続することが好ましく、製造のバラつきを受けにくく、安定した性能を得ることができる。
【００５０】
基板１は、ガラスクロスを重ねエポキシ樹脂で固着させた汎用性の高いガラスエポキシ基板やアルミナやチタンの粉末を混合した高誘電率樹脂基板等も使用可能だが、比誘電率εｒのバラつきが大きいと給電素子２や無給電素子４の共振周波数が変動し電波ビームの放射性能のバラつきが大きくなる。安定した放射性能を得るためには、フッ素等の単一素材（εｒ：２〜４）からなる低誘電率樹脂基板、ガラスを主成分（εｒ：６〜８）とした低温焼成セラミック基板、アルミナ（εｒ：８〜１０）を主成分とした高温焼成セラミック基板等の比誘電率εｒのバラつきが比較的小さい基板を使用することが好ましい。さらには製造上のばらつき（給電素子２や無給電素子４、薄膜線路６のエッチング・または印刷精度や無給電素子４と導通孔５の接続位置の孔加工精度）を考慮すると、使用周波数がＧＨｚ帯と高いため比較的低誘電率の基板を使用することが好ましい。
低比誘電率でバラつきが少ない基板は組成構造上、積層が困難であることが多いが、本発明のマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子である導通孔５または薄膜線路６の片端が、薄膜線路６のインピーダンスと略一致する無給電素子２上の位置に接続すれば良いため、スイッチ７を接地電極３と同一面に容易に配置することができ、基板１を積層構造にして接地電極２が形成される面とスイッチ７を配置する面を分離しなくても良い。
【００５１】
本実施例では無給電素子４と給電素子は同一形状としたが、必ずしも同じにする必要は無い。無給電素子の共振周波数が使用周波数より大きく変化しないレベル（定在波比に換算したとき２以下程度）ならば、励振方向と平行する無給電素子の１辺の長さや励振方向と直交する１辺の長さが多少、変化しても使用できる。
【００５２】
本実施例では導通孔５の形状を円柱構造としたが、内部が中空または樹脂埋めされた円筒構造でも良い。但し、周波数が高くなると円筒構造の場合、リアクタンス成分の他に無視できない容量成分が発生するため、直径を小さく（例えば、０．５ｍｍ以下）する必要が生じる。当然のことながら無給電素子４におけるインピーダンスが５０Ω±０Ωの地点のみに導通孔５を設けることは困難である。従って、導通孔５の大きさは極力小さくして無給電素子４のインピーダンスが５０Ωの地点を含むように接続することが好ましい。
【００５３】
図１０は第１実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例１を示す断面図である。
図１０に示すマイクロストリップアンテナは、給電素子２と無給電素子４、接地電極３が基板１の内部に埋設されている。劣悪な環境（高温多湿の部屋や地域）での使用、いたずら等による素子の損傷を防止できる。また、給電素子２と無給電素子４を３次元的（異なる平面上）に配置することで、給電素子２と無給電素子４の２次元的な配置距離は同じでも位相量が変化するため、統合された電波ビームが基板面１に対し鉛直方向から水平方向側へ放射する角度を調節できる
【００５４】
図１１は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第２実施形態を示す平面図である。
以下、前述した第１実施形態と重複する箇所については説明を省略する。
図１１に示すマイクロストリップアンテナは、５０Ωのインピーダンスをもつ給電点Ｐからインピーダンスが１００Ωの伝送線路に分岐され、その両端に給電素子２ａ、２ｂが接続され、同位相にて高周波信号が伝播されている。従って、給電される素子面積が増えるため、電波ビームを絞り込んだ状態でビーム方向を切り替え、検知距離を伸ばすことができる。
また、給電素子２ａ、２ｂの伝送線路が接続されている各接続部のインピーダンスは１００Ωである。それに対し、無給電素子４の導通孔５は図１のマイクロストリップアンテナと同じ５０Ωの地点に接続されている。このように、無給電素子４と導通孔５の接続位置は必ずしも給電素子の給電点Ｐと同じ位置にある必要は無く、薄膜線路６のインピーダンスと略一致する無給電素子の位置にリアクタンス素子の片端が接続されれば良い。
【００５５】
図１２は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第３実施形態であり、（ａ）正面からみた平面図、（ｂ）背面からみた平面図である。
図１２のマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板１と、高周波信号が給電される給電素子２と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極３と、給電素子２にて励起される複数の無給電素子４ａ、４ｂと、無給電素子４ａ、４ｂと接地電極３とが短絡または開放の状態を選択可能にする切替手段として制御電極８ａ、８ｂに一定の直流電圧を印加したとき高周波信号を通過または遮断するスイッチ７ａ、７ｂと、無給電素子４ａ、４ｂの所定の位置からスイッチ７ａ、７ｂまで高周波信号を伝播するリアクタンス素子として基板１の内部に配置される導通孔５ａ、５ｂと、基板１の表面に配置される分布定数回路からなる薄膜線路６ａ、６ｂとから構成されている。
給電素子２と無給電素子４ａ、４ｂは同一形状であり、基板１を介して接地電極３と対向する基板１の表面に給電素子２を中心として同一平面上の対称な位置に所定の間隔を設け配置されている。従って、無給電素子４ａ、４ｂの励振方向は給電素子２と同じであり、位相も略同位相である。接地電極３が形成された基板１の裏面にはスイッチ７ａ、７ｂが配置され、無給電素子４ａ、４ｂとスイッチ７ａ、７ｂの入力端は導通孔５ａ、５ｂと薄膜線路６ａ、６ｂにより接続され、スイッチ７ａ、７ｂの出力端は接地電極３に接続されている。
【００５６】
図１２に示すマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子の長さＬ１が半波長（λｇ／２）の時、スイッチ７ａ、７ｂを制御し無給電素子４ａ、４ｂと接地電極３間とを短絡状態にすると、図１３（ａ）に示すように給電素子２と無給電素子４ａ、４ｂにより統合された電波のメインビームは、無給電素子４ａ、４ｂからは電波が殆ど放射せず給電素子２からの電波の放射量が圧倒的に多くなるため、基板１面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ７ａ、７ｂを制御し無給電素子４ａと接地電極３間とを開放状態、無給電素子４ｂと接地電極３間とを短絡状態にすると、図１３（ｂ）に示すように給電素子２と無給電素子４ａ、４ｂにより統合された電波のメインビームは、無給電素子４ａからの電波の放射量が給電素子２の電波の放射量に対して無視できない大きさになるため、給電素子２と無給電素子４ａの位相関係（給電素子２に対し無給電素子４ａの位相が進んだ状態）により、基板１面に対し鉛直方向から水平方向側（図中右方向）へ放射される。
無給電素子４ａと接地電極３間とを短絡状態、無給電素子４ｂと接地電極３間とを開放状態にすると、給電素子２と無給電素子４ａ、４ｂにより統合された電波のメインビームは、図中左方向へ放射される。
リアクタンス素子の長さＬ１が１／４波長（λｇ／４）のときは、無給電素子４ａ、４ｂと接地電極３とを短絡または開放した時の無給電素子４ａ、４ｂからの電波の放射状態が正反対になり、スイッチ７ａ、７ｂを同様に制御すれば統合された電波ビームの放射方向は同様に変化する。
このように、本発明のマイクロストリップアンテナは正面方向、正面方向から左方向および正面方向から右方向と対称に電波ビームの方向を簡単に切り替えることができる。
【００５７】
図１４は第２実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例１を示す（ａ）正面からみた平面図、（ｂ）背面からみた平面図である。
図１４に示すマイクロストリップアンテナは、無給電素子４ａ、４ｂに薄膜線路６ｃ、６ｄの片端が接続され他端が導通孔５ａ、５ｂに接続されている。従って、無給電素子５ａ、５ｂの真下に相当する接地電極を除去する必要がなく、放射効率の低下を抑制できる。本変形例１では、薄膜線路６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄの長さを均一にしているが、薄膜線路６ａ、６ｃと導通孔５ａにより決定されるリアクタンス素子の長さが、[λｇ／４]）×ｎ （ｎ：整数）ならば、任意に調整することができる。
また、図１５に示すマイクロストリップアンテナのように薄膜線路６ｃ、６ｄのインピーダンスを高めに変更（幅Ｗ１が細線化）し、無給電素子４ａ、４ｂに接続する薄膜線路６ｃ、６ｄの位置を無給電素子４ａ、４ｂの外郭よりの地点に変更すると、さらに放射効率の低下を抑制できる。
【００５８】
図１６は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第４実施形態であり、（ａ）正面からみた平面図、（ｂ）背面からみた平面図である。
無給電素子において同一のインピーダンスとなる地点は、無給電素子の中心点を基準とし対称の位置に複数あり、１つではない。
図１６に示すマイクロストリップアンテナは、無給電素子４ａ、４ｂに接続される導通孔５ａ、５ｂが給電素子２に対して点対称の位置に配置されている。しかし、無給電素子４ａ、４ｂともに同じインピーダンスとなる位置に導通孔５ａ、５ｂが接続されているため、スイッチ７ａ、７ｂの制御により図１２に示したマイクロストリップアンテナと同じ作用・効果が得られる。また、薄膜線路６ａ、６ｂを屈曲させることで基板１の小型化を図ることも容易である。
【００５９】
図１７は第４実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例１を示す（ａ）正面からみた平面図、（ｂ）背面からみた平面図である。
図１７に示すマイクロストリップアンテナは、給電素子２の励振方向に相当する延長線上の位置に対称に無給電素子４ａ、４ｂを配置している。無給電素子４ａ、４ｂの励振方向は給電素子２と同じであるが、給電素子２の給電点Ｐが給電素子２の中央部にないため各無給電素子４ａ、４ｂに励起される状態が若干異なるものの、各無給電素子４ａ、４ｂから放射される電波の放射量や位相が極端にずれることはない。各無給電素子４ａ、４ｂから放射される電波の放射量や位相を同じにする手段として、無給電素子４ａ、４ｂのいずれか一方の無給電素子の形状を変えて共振周波数をずらせば良い。具体的には励振方向と直交する１辺の長さを変えることである。無給電素子４ａ、４ｂに接続される導通孔５ａ、５ｂが給電素子２に対して対称の位置に配置されているため、給電素子２の真下に相当する接地電極３部分に薄膜線路６ａ、６ｂやスイッチ７ａ、７ｂを配置することを避けることができるため、接地電極３と同一面に薄膜線路６ａ、６ｂやスイッチ７ａ、７ｂを配置でき、設計の簡素化、製造コストの削減が図れる。
効率の低下を抑制できる。
【００６０】
図１８は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第５実施形態であり、正面からみた平面図である。
図１８に示すマイクロストリップアンテナは、５０Ωのインピーダンスをもつ給電点Ｐからインピーダンスが１００Ωの伝送線路に分岐され、その両端に給電素子２ａ、２ｂが接続されている。ただし、給電点Ｐから各給電素子２ａ、２ｂまでの伝送線路の長さが異なるため、各給電素子２ａ、２ｂに伝播される高周波信号の位相が異なる。本実施例では給電点Ｐからの距離が短い給電素子２ａの位相が給電素子２ｂの位相よりも進んでいる。
従って、各無給電素子４ａ、４ｂに導通孔５ａ、５ｂを介し接続される図示しないスイッチ７ａ、７ｂを制御し、各無給電素子４ａ、４ｂと図示しない接地電極３とを短絡または開放状態にしたとき、統合された電波ビームは、位相が遅れている給電素子４ｂ側に向かい放射されることになる。そして、どちらか一方の無給電素子と接地電極３とを短絡または開放の状態にすることにより、先の方向を基準とし図中左右どちらか一方の方向へ向かい電波が放射される。このように、あらかじめ基板面の鉛直方向に対し偏った方向を基準として、電波ビームの方向を簡単に切り替えることができ、設計も容易である。
【００６１】
上述した本発明に従うマイクロストリップアンテナは、物体の検知などのための高周波センサに応用できる。そのような高周波センサは、マイクロストリップアンテナを用いた送信アンテナと、送信アンテナから出力された電波の物体からの反射波又は透過波を受信するための受信アンテナと、受信アンテナからの電気信号を受けて処理する処理回路とを備えたる。ここで受信アンテナは送信アンテナとは別に設けることができるが、特に反射波を受信する場合には、送信アンテナを受信アンテナとしても用いることができる。
【００６２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のマイクロストリップアンテナの第１実施形態における、平面図と断面図である。
【図２】同、スイッチの端子機能を示す概略図である。
【図３】同、電波走査原理を説明するグラフである。
【図４】同、電波走査原理を説明する斜視図である。
【図５】本発明のマイクロストリップアンテナを構成するリアクタンス素子と無給電素子との接続について、接続位置による電波の放射方向を説明する平面図と断面図である。
【図６】同、接続位置による電波の放射方向を説明するグラフである。
【図７】同、リアクタンス素子の長さについて説明するグラフである。
【図８】同、接続位置の関係を説明する平面図である。
【図９】同、接続位置による電波の放射量を説明するグラフである。
【図１０】同、変形例１を示す断面図である。
【図１１】本発明のマイクロストリップアンテナの第２実施形態における、平面図である。
【図１２】本発明のマイクロストリップアンテナの第３実施形態における、平面図である。
【図１３】同、電波走査原理を説明する斜視図である。
【図１４】同、変形例１を示す平面図である。
【図１５】同、変形例２を示す平面図である。
【図１６】本発明のマイクロストリップアンテナの第４実施形態における、平面図である。
【図１７】同、変形例１を示す平面図である。
【図１８】本発明のマイクロストリップアンテナの第５実施形態における、平面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  基板
２、２ａ、２ｂ  給電素子
３、接地電極
４、４ａ、４ｂ  無給電素子
５、５ａ、５ｂ  導通孔
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  薄膜線路
７、７ａ、７ｂ  スイッチ
８、８ａ、８ｂ  制御電極
【図１】
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【図２】
2007267041.tif 000004
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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