(57)【要約】【課題】第２の特定周波数の高周波発生用の半導体電子部品を用いて、第２の特定周波数とは異なる第１の特定周波数の電波を出力するマイクロ波センサにおいて、消費電力が低く（省電力）、高性能（高Ｓ／Ｎ比）なマイクロ波センサを提供する。【解決手段】２４ＧＨｚの電波を外部に出力するよう構成されたマイクロ波センサ１であって、２４ＧＨｚとは異なる１０ＧＨｚの信号を増幅するのに適して構成されたＦＥＴ１０と、ＦＥＴ１０と共に２４ＧＨｚの信号を増幅及び発振させると共に、発振させた２４ＧＨｚの信号をＦＥＴ１０から外部に出力するように構成された高周波発振回路１２と、を備え、高周波発振回路１２は、ＦＥＴ１０によって発生された信号のうち、２４ＧＨｚの信号を増幅及び発振させると共に、１０ＧＨｚの信号を減衰させるように構成された選択的増幅減衰回路２０を備えた。【選択図】図４
2012184946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の特定周波数の電波を外部に出力するよう構成されたマイクロ波センサであって、
第１の特定周波数とは異なる第２の特定周波数の信号を増幅するのに適して構成された高周波半導体部品と、
前記高周波半導体部品と共に前記第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させ、発振させた前記第１の特定周波数の信号を前記高周波半導体部品から外部に出力するように構成された高周波発振回路と、を備え、
前記高周波発振回路は、前記高周波半導体部品によって発生された信号のうち、前記第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させると共に、前記第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された選択的増幅減衰手段を備えたことを特徴とするマイクロ波センサ。
【請求項２】
前記選択的増幅減衰手段は、
前記第１の特定周波数帯域で共振させるために、前記第１の特定周波数帯域の信号を前記高周波半導体部品へ向けて反射させるように構成された反射手段と、
前記高周波半導体部品から見て前記反射手段よりも遠位側で前記反射手段に接続され、前記第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された不要電波除去手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波センサ。
【請求項３】
前記高周波発振回路は、前記高周波半導体部品からの信号を繰り返し前記高周波半導体部品へ入力することによって信号を増幅させるように構成されており、前記高周波半導体部品からの信号が再び前記高周波半導体部品に戻される前に、前記選択的増幅減衰手段によって、前記第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波センサ。
【請求項４】
前記高周波半導体部品に直流の電圧及び電流を供給する電源部と、
前記高周波半導体部品に供給される電流をグランドに逃がすための接地部と、を更に備え、
前記電源部と前記接地部の少なくとも一方が、更に不要電波除去手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波センサ。
【請求項５】
前記選択的増幅減衰手段の反射手段は、前記第１の特定周波数に適合されたスタブ回路であり、
このスタブ回路に接続された前記不要電波除去手段は、抵抗と、この抵抗に前記第２の特定周波数帯域の信号を誘導するように構成された誘導回路と、を備えていることを特徴とする請求項３に記載のマイクロ波センサ。
【請求項６】
前記第１の特定周波数は、前記第２の特定周波数より高い周波数に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロ波センサ。
【請求項７】
前記第１の特定周波数は、その低調波周波数が、前記高周波半導体部品の前記第２の特定周波数と合致しないように決定されていることを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波センサ。
【請求項８】
前記マイクロ波センサが、屋内用水回り機器に設けられ、使用者による前記水回り機器の使用を判定するためのものであることを特徴とする請求項７に記載のマイクロ波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロ波センサに関し、特に出力信号周波数とは異なる周波数に適合された高周波発生用部品を用いて構成したマイクロ波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、日本国内では、民生用機器に対して１０ＧＨｚ帯域の電波が使用可能であるため、１０ＧＨｚ帯域の信号を出力するのに最適化された高周波発生用の半導体チップＩＣ又は半導体電子部品が供給されている。例えば、図６は、このような半導体電子部品の周波数ゲイン特性の一例を示しており、１０ＧＨｚを中心とした波長範囲（５〜１５ＧＨｚ）において高いゲインを有している。
【０００３】
一方、日本及び世界の国々では、２４ＧＨｚ帯域（２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）の電波も民生用機器で使用が可能である。このような２４ＧＨｚ帯の電波センサの周波数ゲイン特性は、図７に示すように、２４ＧＨｚ帯域（２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）でのみ高いゲインを有し、他の周波数帯域では極めて低いゲインを有することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、２４ＧＨｚ帯域用の半導体電子部品は、特殊な用途で製造されているのみであるので、単価が非常に高く、流通量も極めて少量である。したがって、現在のところ２４ＧＨｚ帯域の電波センサは、市販されている１０ＧＨｚ帯域用の半導体電子部品を利用して開発及び製造する必要がある。
【０００５】
１０ＧＨｚ帯域用の半導体電子部品を利用して２４ＧＨｚ帯域の電波センサを製造する場合、高性能、すなわち２４ＧＨｚ帯域で高いＳ／Ｎ比を有するように構成しなければならない。しかしながら、半導体電子部品自体が１０ＧＨｚ帯域用に最適化されているため、図６に示すように、１０ＧＨｚ帯域でゲインが高く、２４ＧＨｚ帯域でゲインが小さい。このため、単に１０ＧＨｚ帯域用の半導体電子部品を使用して、２４ＧＨｚ帯域の信号を発振させるための回路を構成しても、図８に示すようなゲインしか得られない。すなわち、２４ＧＨｚ帯域で得られるゲインに対して、１０ＧＨｚ帯域のゲインが相対的に大きくなってしまう。
【０００６】
よって、ノイズ成分である１０ＧＨｚ帯域の電波が大きく、Ｓ／Ｎ比が低くなってしまう。また、このような、所定強度以上の１０ＧＨｚ帯域の電波は、２４ＧＨｚ帯域の電波センサにとって不要発射（スプリアス発射）であるため除去しなければならない。
【０００７】
２４ＧＨｚ帯域の電波センサのＳ／Ｎ比を上げる方法としては、信号成分（２４ＧＨｚ帯域）を増幅する方法と、ノイズ成分（１０ＧＨｚ帯域等）を低減する方法がある。信号成分を増幅する方法では、増幅器等の回路構成を追加することによって、主に信号成分を増幅することが考えられる。また、ノイズ成分を低減する方法としては、出力信号の出力経路途中にノイズカットフィルタを配置することにより、所望の周波数以外のノイズ成分を除去する方法が広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１１７１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電波センサの省電力化を考慮しない場合は、上記方法によってＳ／Ｎ比を上げることが一応は可能であると考えられる。一方、電波センサの省電力化を図る場合には、信号成分の必要以上の増幅は回避しなければならないので、ノイズ成分を低減する方法のみを採用することが好ましい。
【００１０】
しかしながら、出力経路にノイズカットフィルタを配置すると、ノイズ成分（１０ＧＨｚ帯域等）に加えて所望の信号成分（２４ＧＨｚ帯域）の一部も低減されてしまう。このため、省電力設計において元々低いゲインの電波信号成分が、さらにフィルタによって低減されることになるので、十分に高いＳ／Ｎ比を確保し難いという問題が生じることが分かった。
【００１１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、第２の特定周波数の高周波発生用の半導体電子部品を用いて、第２の特定周波数とは異なる第１の特定周波数の電波を出力するマイクロ波センサにおいて、消費電力が低く（省電力）、高性能（高Ｓ／Ｎ比）なマイクロ波センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するために、本発明は、第１の特定周波数の電波を外部に出力するよう構成されたマイクロ波センサであって、第１の特定周波数とは異なる第２の特定周波数の信号を増幅するのに適して構成された高周波半導体部品と、高周波半導体部品と共に第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させ、発振させた第１の特定周波数の信号を高周波半導体部品から外部に出力するように構成された高周波発振回路と、を備え、高周波発振回路は、高周波半導体部品によって発生された信号のうち、第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させると共に、第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された選択的増幅減衰手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
１０ＧＨｚ（第２の特定周波数）用の半導体チップＩＣ（高周波半導体部品）を用いて２４ＧＨｚ（第１の特定周波数）のマイクロ波センサを作製する場合、ＩＣが２４ＧＨｚ用の専用部品でないため、２４ＧＨｚにおいて高性能（高いＳ／Ｎ比）を確保できないという問題が生じる。特にＩＣのゲインが高い１０ＧＨｚ帯域に大きなノイズが発生してしまう。
【００１４】
マイクロ波センサの性能（Ｓ／Ｎ比）を高めるための方法として、信号成分を上げてＳ／Ｎ比を高める方法、又は、ノイズ成分を低減してＳ／Ｎ比を高める方法がある。低い消費電力でＳ／Ｎ比を向上させようとする場合には、ノイズ成分を低減してＳ／Ｎ比を高める方法が好ましい。
【００１５】
また、現状、ノイズ成分の低減方法としては、出力通路にノイズカットフィルタを設ける方法が広く知られている。しかしながら、本発明者は、消費電力を抑制しＳ／Ｎ比を向上させようとする場合には、フィルタの設置位置によって、Ｓ／Ｎ比の向上の度合いが大きく異なることを見出した。すなわち、従来技術の欄に記載したように、出力通路にノイズカットフィルタを設けると、ノイズ成分（１０ＧＨｚ帯域の信号）だけでなく信号成分（２４ＧＨｚの信号）も低減されてしまい、高いＳ／Ｎ比が得られないことが分かった。
【００１６】
本発明は、所望の出力信号の周波数（第１の特定周波数）に適合された専用の高周波発生用半導体チップＩＣを使用することなく、所望の周波数とは異なる第２の特定周波数用の半導体チップＩＣを用いたマイクロ波センサであって、消費電力が低く（省電力）、高性能（高Ｓ／Ｎ比）なマイクロ波センサを提供することができる。
【００１７】
このため、本発明では、選択的増幅減衰手段を備えており、この選択的増幅減衰手段は、半導体チップＩＣ（高周波半導体部品）と協働して第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させると共に、この増幅中に、第２の特定周波数帯域の信号を増幅及び発振させずに減衰させるように構成されている。これにより、高周波半導体部品の特性に起因して発振し易い第２の特定周波数帯域の不要な信号を、増幅前に減衰及び除去することができるので、出力通路にノイズカットフィルタを設ける必要がない。このため、第１の特定周波数の信号を減衰させずに外部へ取り出すことができるため、所望の第１の特定周波数の出力信号の出力値が低くても高いＳ／Ｎ比を確保することが可能となる。よって、必要以上に消費電力を費やして所望の信号成分（第１の特定周波数の信号）を増幅することなく、ノイズ成分（第２の特定周波数帯域の信号）を効率的に低減することによって、高性能（高Ｓ／Ｎ比）なマイクロ波センサを得ることができる。
【００１８】
また、本発明において好ましくは、選択的増幅減衰手段は、第１の特定周波数帯域で共振させるために、第１の特定周波数帯域の信号を高周波半導体部品へ向けて反射させるように構成された反射手段と、高周波半導体部品から見て反射手段よりも遠位側で反射手段に接続され、第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された不要電波除去手段と、を備えている。
【００１９】
このように構成された本発明によれば、第１の特定周波数（２４ＧＨｚ）の信号は、反射手段によって高周波半導体部品へ向けて反射され、高周波半導体部品に再度入力するので、第１の特定周波数の信号を増幅及び発振させることができる。一方、不要な第２の特定周波数帯域の信号は、第１の特定周波数の信号と分岐して、反射手段よりも遠位側に設けられた不要電波除去手段に入力し、不要電波除去手段により除去される。これにより、不要な第２の特定周波数帯域の信号は、高周波半導体部品に再度入力されることなく、増幅及び発振を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明において好ましくは、高周波発振回路は、高周波半導体部品からの信号を繰り返し高周波半導体部品へ入力することによって信号を増幅させるように構成されており、高周波半導体部品からの信号が再び高周波半導体部品に戻される前に、選択的増幅減衰手段によって、第２の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成されている。
【００２１】
このように構成された本発明によれば、選択的増幅減衰手段を設けることにより、不要な周波数信号が高周波半導体部品に再入力され増幅される前に、不要な周波数信号を除去することが可能となり、効果的にノイズ成分を低減することができる。
【００２２】
また、本発明において好ましくは、高周波半導体部品に直流の電圧及び電流を供給する電源部と、高周波半導体部品に供給される電流をグランドに逃がすための接地部と、を更に備え、電源部と接地部の少なくとも一方が、更に不要電波除去手段を備えている。
【００２３】
このように構成された本発明によれば、少なくとも電源部と接地部の一方にも不要電波除去手段を設けることにより、高周波半導体部品からの出力信号に含まれる不要な周波数帯域の信号が電源部や接地部に漏えいした場合に、漏えいした信号が高周波半導体部品に入力されることによって増幅されて不要な周波数帯域の信号が増幅してしまうことを抑制することができる。本発明では、高周波半導体部品の端子に接続された電源部や接地部に不要電波除去手段を設けることにより、効果的に不要な周波数帯域の信号を低減することができる。
【００２４】
また、本発明において好ましくは、選択的増幅減衰手段の反射手段は、第１の特定周波数に適合されたスタブ回路であり、このスタブ回路に接続された不要電波除去手段は、抵抗と、この抵抗に第２の特定周波数帯域の信号を誘導するように構成された誘導回路と、を備えている。
【００２５】
このように構成された本発明によれば、スタブ回路、抵抗及び誘導回路によって、簡単な構成で選択的増幅減衰手段を実現することができるので、低コストで製造可能であり、小型化を図ることが可能であり、且つ省電力で作動可能なマイクロ波センサを提供することができる。
【００２６】
また、本発明において好ましくは、第１の特定周波数は、第２の特定周波数より高い周波数に設定されている。
このように構成された本発明によれば、所望の第１の特定周波数を、高周波半導体部品のゲインが最も高い第２の特定周波数より高く設定することにより、第２の特定周波数帯域のノイズ成分を除去するための回路構成の設計を容易にすることができる。
【００２７】
また、本発明において好ましくは、第１の特定周波数は、その低調波周波数が、高周波半導体部品の第２の特定周波数と合致しないように決定されている。
このように構成された本発明によれば、第１の特定周波数の低調波周波数が第２の特定周波数と合致しないので、高周波半導体部品のゲイン周波数特性に基づいて発生し易い第２の特定周波数のノイズ成分が、低調波によって増大されることを防止することができ、Ｓ／Ｎ比の劣化を抑制することが可能である。
【００２８】
また、本発明において好ましくは、マイクロ波センサが、屋内用水回り機器に設けられ、使用者による前記水回り機器の使用を判定するためのものである。
屋内用水回り機器では、対象物（使用者）と機器との間の距離（判定距離）が近いため、本発明者は、本発明のマイクロ波センサのように第２の特定周波数の電波出力が低ゲインであっても、好適に利用できることを見出した。
また、屋内の水回り機器へ電力を供給する電源は、場所によっては電源が設置されていない場所があったり、他の機器へも電源供給を行う必要があったりするために、供給電力を確保することが困難である。そこで、本発明のように消費電力が低いマイクロ波センサを用いることにより、屋内用水回り機器で使用される水力発電機程度の電力でも容易にセンサの駆動が可能となり、好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、第２の特定周波数の高周波発生用の半導体電子部品を用いて、第２の特定周波数とは異なる第１の特定周波数の電波を出力するマイクロ波センサにおいて、消費電力が低く（省電力）、高性能（高Ｓ／Ｎ比）なマイクロ波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態におけるマイクロ波センサの構成図である。
【図２】本発明の実施形態における発振器２の構成図である。
【図３】本発明の実施形態における増幅器（ＦＥＴ）の増幅作用の説明図である。
【図４】本発明の実施形態におけるＦＥＴ及び選択的増幅減衰回路の構成図である。
【図５】本発明の実施形態における不要電波除去回路の構成図である。
【図６】本発明の実施形態におけるＦＥＴの周波数ゲイン特性である。
【図７】本発明の実施形態におけるマイクロ波センサの所望の周波数ゲイン特性である。
【図８】図６の周波数ゲイン特性を有するＦＥＴを用いて構成した比較例に係るマイクロ波センサの周波数ゲイン特性である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、図１乃至図７を参照して、本発明の実施形態によるマイクロ波センサを説明する。本実施形態のマイクロ波センサは、好ましくは屋内用水回り機器用の対象物検知センサに適用されるものである。
図１に示すように、本実施形態のマイクロ波センサ１は、第１の特定周波数帯域である２４ＧＨｚ帯域（２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）の周波数を有する送信信号を発生する発振器２と、発振器２からの送信波（送信信号）を電波として外部へ放射し、対象物（例えば、屋内用水回り機器の利用者）で反射した反射波（受信信号）を受信するアンテナ４と、送信信号及び受信信号を混合し、ドップラー信号を検出するミキサ回路６とを備えている。
【００３２】
本実施形態では、発振器２，アンテナ４及びミキサ回路６は、電子回路基板上に一体に形成されている。また、これら発振器２，アンテナ４，ミキサ回路６は、基板上で金属箔等の伝送線路によって電気的に接続されている。
【００３３】
本実施形態のマイクロ波センサ１は、電波を用いて対象物の動きを検知するように構成されている。すなわち、アンテナ４から出力される送信波は、第１の特定周波数を有する電波であり、動いている対象物に当たって反射されると、対象物の動きに応じて周波数が変化する。周波数が変化した電波（すなわち、反射波）がアンテナ４で受信される。マイクロ波センサ１内では、周波数の異なる送信波と反射波とがミキサ回路６へ入力され、ミキサ回路６によって、対象物の移動情報を表す検知信号（差分信号）が出力される。マイクロ波センサ１は、この検知信号を外部へ出力する。
【００３４】
図２は、本実施形態の発振器２の回路図を示す。発振器２は、ＦＥＴ１０と、高周波発振回路１２とを備えている。高周波発振回路１２は、選択的増幅減衰回路２０と、不要電波除去回路３０，４０と、高周波接地回路５０と、ＤＣカットフィルタ６０等から構成されている。
【００３５】
ＦＥＴ１０は、高周波発生用の高周波半導体部品又は半導体チップＩＣであり、図６に示すように、第２の特定周波数（１０ＧＨｚ）の周辺帯域である１０ＧＨｚ帯域（５〜１５ＧＨｚ）でゲインが高くなるように最適化されたものである。したがって、ＦＥＴ１０は、本実施形態のマイクロ波センサ１が出力する第１の特定周波数（略２４ＧＨｚ）の周辺帯域である２４ＧＨｚ帯域（２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）の電波の周波数では、ゲインが小さい。
【００３６】
このように、ＦＥＴ１０は２４ＧＨｚ帯域でのゲインが低いので、ＦＥＴ１０を用いて２４ＧＨｚ帯域用のマイクロ波センサを省電力設計により作製しても、２４ＧＨｚ帯域において少ない消費電力では大きな信号出力を得ることは難しい。一方、ノイズ成分（１０ＧＨｚ帯域）は、１０ＧＨｚ帯域でゲインが高いので、ノイズ成分が大きくなるおそれがある。
【００３７】
図３に示すように、ＦＥＴ１０は、入力Ｘを、周波数に応じたゲインＡで増幅して出力Ｙを得ることができ、さらにこの増幅作用を帰還回路を用いて繰り返すことにより、所望の周波数の信号を発振させることができる。図４に示すように、ＦＥＴ１０は、３つの端子（ゲートＧ、ドレインＤ、ソースＳ）を有している。入力ＸはゲートＧに入力され、出力ＹはドレインＤから出力される。なお、ＦＥＴ１０内には、通過回路が形成されており、この通過回路が帰還回路として機能する。通過回路は、ドレインＤ及びゲートＧ間のギャップが構成するコンデンサＣである。また、通路回路は、ドレインＤ及びゲートＧ間に設けた外部通路であってもよい。
【００３８】
ＦＥＴ１０の増幅作用の概略は以下の通りである。まず、ＦＥＴ１０に電源を供給することにより、様々な周波数信号を含んだ信号が発生し、これら信号がゲートＧへ流れ、下流の回路（選択的増幅減衰回路２０）へ伝送される。次に、後述するように、２４ＧＨｚ帯の信号はゲートＧへ戻され、ゲートＧへ入力する。ゲートＧへ入力した信号は、ＦＥＴ１０の増幅作用によって増幅され、出力段であるドレインＤから出力される。そして、ドレインＤから出力された信号の一部が帰還回路を介して、入力段であるゲートＧへ戻る。このように、２４ＧＨｚ帯の信号は、増幅を繰り返すことにより所定の大きさまで増幅され、最終的に、出力段であるドレインＤから出力回路へ出力される。
【００３９】
入力部であるゲートＧには選択的増幅減衰回路２０が接続されている。出力部であるドレインＤには、電源６３（例えば、３ＶＤＣ）及びアンテナ４への出力回路（ＤＣカットフィルタ６０、インピーダンス整合回路６１，６２、伝送線路）が接続されている。ソースＳには、不要電波除去回路４０及び高周波接地回路５０が接続されている。ソースＳは、高周波接地回路５０により、２４ＧＨｚ帯域の信号に対して実質的に接地されている。したがって、ＦＥＴ１０は、電源６３からドレインＤを介して給電され、選択的増幅減衰回路２０と共に２４ＧＨｚ帯域の信号をゲートＧに繰り返し入力させることによって２４ＧＨｚ帯域の信号を増幅し、増幅した出力信号をドレインＤから出力回路へ出力するように構成されている。
【００４０】
選択的増幅減衰回路２０は、反射回路２２と、ＦＥＴ１０に対して反射回路２２の遠位側又は下流側で反射回路２２に接続された不要電波除去回路２４とを備えている。
反射回路２２は、矩形状の伝送線路２２ａと、伝送線路２２ａから枝分かれする矩形状の反射スタブ２２ｂから構成されている。本実施形態では、反射スタブ２２ｂは、先端が開放されたオープンスタブである。
【００４１】
伝送線路２２ａは、ＦＥＴ１０のゲートＧに接続されており、ゲートＧから反射スタブ２２ｂまでの長さＬａが、２４ＧＨｚの信号波長λに対して略０．７５λに設定されている。２４ＧＨｚの信号波長λは、２４ＧＨｚの信号が伝送線路を伝送する際の波長である。また、反射スタブ２２ｂの長さＬｂは、略０．２５λに設定されている。なお、長さＬａ及びＬｂは、それぞれ独立に０．２５λの奇数倍の長さ（０．２５λ×（２ｎ−１）。ただし、ｎ＝１，２，３・・・）であってよい。
なお、反射スタブ２２ｂを先端が短絡されたショートスタブで構成する場合は、その長さを、０．５λ×ｎ（ただし、ｎ＝１，２，３・・・）とすることができる。
【００４２】
このように反射回路２２を構成することにより、２４ＧＨｚ帯域の信号が伝送線路２２ａを下流側（不要電波除去回路２４へ向かう方向）へ伝送されると、２４ＧＨｚ帯域の信号は反射スタブ２２ｂと下流側回路との分岐点で、２方向に分割される。反射スタブ２２ｂへ伝送する信号は、反射スタブ２２ｂの端部で同相全反射して分岐点に戻る。
【００４３】
分岐点に戻った反射信号は、ゲートＧへ向かう方向と下流側回路へ向かう方向との２方向に分かれる。２方向に分かれた反射信号のうち、ゲートＧへ向かう反射信号は、ＦＥＴ１０へ戻る。ゲートＧへ向かう反射信号は、ゲートＧから分岐点へ向けて伝送される信号と位相が揃うため、これらは互いに強め合う。一方、分岐点に戻った反射信号のうち、下流側回路へ向かう反射信号は、ゲートＧから分岐点を経て下流側へ向けて伝送される信号と打ち消し合う。このため、２４ＧＨｚ帯の信号は、ＦＥＴ１０と反射スタブ２２ｂとの間を伝送するが、反射スタブ２２ｂから下流側へは伝送されない。
【００４４】
不要電波除去回路２４は、反射回路２２の下流側に設けられており、誘導回路２４ａと抵抗２４ｂによって構成されている。
上述のように、ＦＥＴ１０が発生する信号には、様々な周波数の信号が含まれるので、ゲートＧから分岐点へ向けて伝送される信号には、１０ＧＨｚ帯域の信号も含まれている。１０ＧＨｚ帯域の信号がＦＥＴ１０へ戻されると、１０ＧＨｚ帯域の信号が大きなゲインで増幅されてしまうので、不要電波除去回路２４は、主に１０ＧＨｚ帯域の信号を増幅される前に除去するように構成されている。
【００４５】
ゲートＧから伝送される信号のうち、２４ＧＨｚ帯域の信号を確実にＦＥＴ１０へ戻すためには、反射回路２２はゲートＧに直結されていることが望ましい。このため、不要電波除去回路２４は、反射回路２２の後段（下流側）に設けることが望ましい。
また、１０ＧＨｚ帯域の信号は、グランドに流れ込ませるだけではグランド中に保持されてしまうので、熱へエネルギー変換して確実に消費することが望ましい。
【００４６】
このため、本実施形態では、主に１０ＧＨｚ帯域の不要な信号を効率的に抵抗２４ｂに引き込むように誘導回路２４ａが最適化されており、抵抗２４ｂに引き込まれた１０ＧＨｚ帯域の不要な信号は抵抗２４ｂによって熱に変換して除去される。
なお、本実施形態では、ゲート電位を形成するために設けられている抵抗２４ｂを不要電波除去回路の一部として用いているため、装置の大型化を抑制することができる。
【００４７】
本実施形態では、不要電波除去回路２４に入力した１０ＧＨｚ帯域の信号がＦＥＴ１０へ戻ってこないように構成するため、反射回路２２から不要電波除去回路２４への接続点において、１０ＧＨｚ帯域における電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を小さい値に設定している。具体的には、ＶＳＷＲが１．４以下であると、１０ＧＨｚ帯域の信号を抵抗２４ｂへ少ない反射で伝送することができる。
【００４８】
このため、誘導回路２４ａは、１０ＧＨｚ帯域において、抵抗２４ｂと反射回路２２の端面との間でインピーダンス整合を取るためのインピーダンス整合回路を構成している。具体的には、上述のように、ＶＳＷＲが１．４以下となるように誘導回路２４ａを構成している。なお、誘導回路２４ａは、抵抗２４ｂの素子抵抗値やサイズに応じて適宜に設定される。このように構成することにより、反射回路２２から不要電波除去回路２４に入力した１０ＧＨｚ帯域の信号は、ほとんどＦＥＴ１０へ反射されることなく、抵抗２４ｂへ伝送され、熱として消費され除去される。しかも、本実施形態では、１０ＧＨｚ帯域の信号を増幅する前に不要電波除去回路２４によって除去するので、従来のように、増幅後に、出力経路に配置したノイズカットフィルタによって不要な信号を除去する必要がない。このため、所望の２４ＧＨｚ帯域の信号をノイズカットフィルタによって減衰させてしまうことを防止することができる。
【００４９】
図５に示すように、不要電波除去回路３０は、電源部を構成しており、ＦＥＴ１０の出力部であるドレインＤに接続された伝送線路３１と、伝送線路３１の先端部に接続された反射スタブ３２と、伝送線路３１の先端部（反射スタブ３２の基端部）で矩形状の反射スタブ３２と枝分かれする伝送線路３３と、電源６３へ接続された抵抗３４とを備えている。
この不要電波除去回路３０は、ＦＥＴ１０から出力された２４ＧＨｚ帯域の信号を電源６３側へ伝送しないようにすると共に、ＦＥＴ１０から出力された１０ＧＨｚ帯域の不要信号を除去するものである。
【００５０】
伝送線路３１は、２４ＧＨｚの信号波長λに対して略０．２５λの奇数倍の長さＬｃ（０．２５λ×（２ｎ−１）。ただし、ｎ＝１，２，３・・・）に設定されている。
また、反射スタブ３２も略０．２５λの奇数倍の長さＬｄ（０．２５λ×（２ｎ−１）。ただし、ｎ＝１，２，３・・・）に設定されている。
【００５１】
反射スタブ３２の端面は開放面であるため、端部３２ａはオープン面となる。一方、端部３２ｂは、信号の位相がλ／４ずれるのでショート面となる。さらに、伝送線路３１の基端部３１ａは、端部３２ｂから信号の位相がλ／４ずれるのでオープン面となる。よって、伝送線路３１及び反射スタブ３２を設けることにより、２４ＧＨｚ帯域の信号にとっては、伝送線路３１とＦＥＴ１０との接続面がオープン面になるので、２４ＧＨｚ帯域の信号は、反射スタブ３２へ向けて伝送されない。これにより、出力信号である２４ＧＨｚ帯域の信号が電源６３側へ伝送され、減衰されてしまうことを抑制することができる。
【００５２】
一方、１０ＧＨｚ帯域の信号は、伝送線路３１から抵抗３４へ向けて伝送し、一部が反射してＦＥＴ１０側へ戻ろうとする。しかしながら、本実施形態では、１０ＧＨｚ帯域の信号が抵抗３４ですべて消費（除去）されるように、反射スタブ３２の幅Ｗと、反射スタブ３２の基端部に接続された伝送線路３３の長さＬｅが設定されている。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、反射スタブ３２の基端部と伝送線路３３がインピーダンス整合回路（誘導回路）を構成している。なお、幅Ｗ及び長さＬｅは、抵抗３４の素子抵抗値やサイズに応じて適宜に設定される。これにより、１０ＧＨｚ帯域の信号は、ほとんど反射されることなく、伝送線路３１から反射スタブ３２及び伝送線路３３を介して、抵抗３４へ伝送されるため、１０ＧＨｚ帯域の信号を抵抗３４で除去することができる。
【００５４】
また、不要電波除去回路４０は、接地部を構成しており、伝送線路４１，反射スタブ４２，伝送線路４３，抵抗４４から構成されている。抵抗４４は接地されている。不要電波除去回路４０は、接地によりＦＥＴ１０へ供給される電流をグランドに逃がすことができる。不要電波除去回路４０は、電源６３に接続されずに接地されていることを除けば、不要電波除去回路３０と同様であるので説明を省略する。
なお、不要電波除去回路３０，４０の双方又は一方を設けない構成としてもよい。
【００５５】
高周波接地回路５０は、２４ＧＨｚ帯域の信号に対して、ＦＥＴ１０のソースＳを接地するためのものである。本実施形態では、高周波接地回路５０は、ソースＳに並列に接続された反射スタブ５１，５２を有している。
【００５６】
仮に、すべての周波数の信号についてソースＳが接地されるように、高周波接地回路５０が設計されると（例えば、ソースＳを直接的に接地）、ＦＥＴ１０は１０ＧＨｚ帯域の信号を発振し易くなり、高いＳ／Ｎ比の出力信号（２４ＧＨｚ帯域の信号）を得ることができなくなる。
【００５７】
したがって、高周波接地回路５０は、不要な周波数帯域の信号が発振し難くするために、不要な周波数帯域の信号に対してはグランドとならず、且つ、必要な周波数帯域（２４ＧＨｚ帯域）の信号が発振し易くするために、必要な周波数帯域の信号に対してはグランドとなるような接地構造となっている。
【００５８】
また、ＦＥＴ１０のドレインＤには、インピーダンス整合回路６１を介して、ＤＣカットフィルタ６０が接続されている。さらに、ＤＣカットフィルタ６０は、インピーダンス整合回路６２を介して、アンテナ４及びミキサ回路６に接続されている。
ＤＣカットフィルタ６０は、電源６３によるＤＣ電圧がアンテナ４等へ伝わることを遮断するためのものである。また、ＤＣカットフィルタ６０は、２４ＧＨｚ帯域の良好な通過特性を確保するように構成されている。
【００５９】
次に、本実施形態のマイクロ波センサ１の作用について説明する。
上述のように電源６３から給電されると、ＦＥＴ１０は、様々な周波数信号を含んだ信号を発生し、これら信号がゲートＧへ流れ、選択的増幅減衰回路２０へ伝送される。ここで、１０ＧＨｚ帯域の信号と２４ＧＨｚ帯域の信号に注目すると、これらの信号は、ＦＥＴ１０の出力部（ドレインＤ）から入力部（ゲートＧ）へ戻されると、選択的増幅減衰回路２０を下流方向へ伝送する。
【００６０】
そして、反射スタブ２２ｂの分岐箇所において、２４ＧＨｚ帯域の信号と１０ＧＨｚ帯域の信号が２方向へ分岐される。上述のように、２４ＧＨｚ帯域の信号は、反射スタブ２２ｂ内へ伝送し、端部で反射され、ＦＥＴ１０の入力部へ再入力する、一方、１０ＧＨｚ帯域の信号は、不要電波除去回路２４がインピーダンス整合されているので、反射することなく不要電波除去回路２４内へ伝送し、不要電波除去回路２４によって除去される。
【００６１】
ゲートＧへ戻された２４ＧＨｚ帯域の信号は、ＦＥＴ１０によって増幅され、ドレインＤから出力されるが、出力された信号の一部が帰還回路を通ってゲートＧへ戻され、再び選択的増幅減衰回路２０へ伝送される。これにより、２４ＧＨｚ帯域の信号は、反射回路２２とＦＥＴ１０とが協働することによって増幅が繰り返され、発振する。所定値まで増幅された２４ＧＨｚ帯域の信号が、ＦＥＴ１０の出力部であるドレインＤから出力回路を通って、アンテナ４及びミキサ回路６へ伝送される。
【００６２】
一方、選択的増幅減衰回路２０において、ＦＥＴ１０が発生する様々な周波数信号のうち、２４ＧＨｚ帯域以外の信号は、不要電波除去回路２４内に伝送し、反射されることなく抵抗ｂによって熱エネルギーに変換され除去される。すなわち、２４ＧＨｚ帯以外の信号（特に１０ＧＨｚ帯域の信号）は、２４ＧＨｚ帯域の信号の増幅及び発振中において、増幅されることなく、減衰される。
【００６３】
このように、本実施形態のマイクロ波センサ１では、ＦＥＴ１０の特性上、ゲインが高い不要な周波数帯域の信号（本例では、１０ＧＨｚ帯域の信号）を、増幅した後にノイズカットフィルタによって除去するのではなく、ＦＥＴ１０による増幅段階で、２４ＧＨｚ帯域の信号を増幅しつつ、１０ＧＨｚ帯域の信号を増幅させることなく除去している。この構成によって、本実施形態では、省電力で生成した２４ＧＨｚ帯域の信号を、ノイズカットフィルタによって減衰させることなく外部へ出力することが可能である。
【００６４】
また、本実施形態では、不要電波除去回路３０（反射スタブ３２）が電源６３とドレインＤとの間に設けられているため、ＦＥＴ１０のドレインＤから出力した２４ＧＨｚ帯域の出力信号は、ドレインＤに接続された電源６３へ向けて伝送することが防止され、これにより出力信号の減衰が抑制される。一方、２４ＧＨｚ帯以外の不要信号（特に１０ＧＨｚ帯域の信号）が不要電波除去回路３０へ漏えいした場合、不要信号を不要電波除去回路３０によって減衰させることができる。
【００６５】
本実施形態では、このように構成することにより、ドレインＤから出力段へ出力された信号に含まれる１０ＧＨｚ帯域の不要な信号を、２４ＧＨｚ帯域の信号が通過しない回路内で減衰させることができる。
【００６６】
また、本実施形態では、２４ＧＨｚ帯域に適した高周波接地回路５０がグランドとソースＳとの間に設けられているため、２４ＧＨｚ帯域の信号を効率的に発振させることができる。一方、ソースＳとグランドとの間には、不要電波除去回路４０が設けられているため、２４ＧＨｚ帯以外の不要信号（特に１０ＧＨｚ帯域の信号）が不要電波除去回路４０へ漏えいした場合、不要信号を不要電波除去回路４０によって減衰させることができる。
本実施形態では、このように構成することにより、ソースＳからグランドへ向けて出力された信号に含まれる１０ＧＨｚ帯域の不要な信号を減衰させることができる。
【００６７】
本実施形態では、２４ＧＨｚの低調波のうち、８ＧＨｚ及び１２ＧＨｚの低調波は、比較的発生し易いが、ＦＥＴ１０のゲインが最も高い１０ＧＨｚとは周波数が合致せず、１０ＧＨｚからずれている。これにより、最もゲインが高い周波数におけるノイズ成分が、低調波によって増幅されてしまうことを防止することができる。また、８ＧＨｚ及び１２ＧＨｚの低調波は、不要電波除去回路２４によって除去できるので、これら低調波がスプリアス発射として外部へ放射されることを抑制することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、第１の特定周波数（略２４ＧＨｚ）が第２の特定周波数（１０ＧＨｚ）より高い周波数に設定されている。第１の特定周波数は、ゲインが最も高い第２の特定周波数より高いため、第２の特定周波数帯域のノイズ成分を除去するための回路構成の設計を容易にすることができる。
【００６９】
本実施形態のマイクロ波センサ１は、屋内用水回り機器用の対象物検知センサに適用することができる。屋内用水回り機器は、例えば、自動水洗器や、トイレの便座機構等であり、マイクロ波センサ１は、使用者の使用を判定するために利用することができる。本実施形態のマイクロ波センサ１は、２４ＧＨｚの出力電波の強度が微弱であるので、対象物までの判定距離が短い屋内用水回り機器で好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１    マイクロ波センサ
２    発振器
４    アンテナ
６    ミキサ回路
１０    ＦＥＴ（高周波半導体部品）
１２    高周波発振回路
２０    選択的増幅減衰回路（選択的増幅減衰手段）
２２    反射回路（反射手段、スタブ回路）
２２ａ  伝送線路
２２ｂ  反射スタブ
２４    不要電波除去回路
２４ｂ  抵抗
２４ａ  誘導回路
３０，４０  不要電波除去回路
３１，４１  伝送線路
３２，４２  反射スタブ
３３，４３  伝送線路
３４，４４  抵抗
５０    高周波接地回路
５１，５２  反射スタブ
６０    カットフィルタ
６１，６２  インピーダンス整合回路
６３    電源
【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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