(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号である送信波を生成する発振器と、
前記送信波を外部へ放射する送信アンテナと、
前記送信波の反射波を受信波として受信する受信アンテナと、
前記送信波と受信波とを基に検知信号を生成するミキサ部と、
前記発振器で生成した送信波を、前記送信アンテナ及びミキサ部へ分配して伝送する伝送線路からなる分岐部と、
を備えた高周波センサであって、
前記発振器と前記分岐部とを接続する伝送線路上に、発振器に印加した直流信号の前記分岐部への進入を遮断する第一遮断部と、
前記分岐部と前記ミキサ部とを接続する伝送線路上に、前記ミキサ部に印加した直流信号の前記分岐部への進入を遮断する第二遮断部と、
伝送線路上の基準電位を設定し、前記高周波信号のｎ次高調波（ｎ：２以上の整数）が伝送線路を通過するのを抑制するフィルタ機能を有する基準電圧部と、
が設けられ、
前記基準電圧部の長さは、前記ｎ次高調波の波長をλｎとしたときに、略λｎ／２であり、
前記基準電圧部は、前記第一遮断部と前記分岐部との間の伝送線路上で、高周波信号の電流値がゼロとなる位置に配置されたことを特徴とする高周波センサ。
【請求項２】
前記基準電圧部は、伝送線路と直交する方向に並列に複数個配置されたことを特徴とする請求項１項記載の高周波センサ。
【請求項３】
前記基準電圧部は、伝送線路に直行する方向で、且つ前記伝送線路を介して少なくとも1組が対向するように配置されたことを特徴とする請求項１または２記載の高周波センサ。
【請求項４】
前記基準電圧部は、前記分岐部と前記送信アンテナとの間の伝送線路上にも配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の高周波センサ。
【請求項５】
前記基準電圧部は、前記分岐部と第二遮断部との間の伝送線路上にも配置したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の高周波センサ。
【請求項６】
前記基準電圧部は、前記分岐部にも配置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の高周波センサ。
【請求項７】
前記基準電圧部は、少なくとも1つの屈曲部を有し、一端を伝送線路と接続し他端をグランド電極に接続したことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の高周波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波の送受信を行い、物体の検出を行う高周波センサの回路構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高周波信号を用いた物体検知を行うためのセンサが、様々な分野で使用されている。高周波信号を使用したセンサの発振回路は、アンテナ素子を励振させるための所望周波数の高周波（以下、基本波という）を生成するが、その際、基本波と同時に不要な高調波が生成される。電波法により、所望の周波数帯を使用するために、それ以外の周波数帯の不要な高調波の外部への放射量を規制値以下に低減する必要があり、特に二次と三次の高調波は、無視できない程度のパワーをもつので、これらを抑制する方策が必要である。
【０００３】
また、高周波センサにおいて発振器にて生成した基本波の電力を効率良く伝送し、アンテナから電波を放射し、反射波の出力を安定して得るためには発振器からアンテナに接続される伝送線路間に高周波信号に対する基準電圧部を設ける方が望ましいことが知られている。
【０００４】
一般的に、外部へ不要な高調波を放射させないためには、高周波信号を生成する高周波回路上で不要な高調波を低減させるために伝送線路のパターン形状によってフィルタ特性を満足するフィルタ回路（例えば、特許文献１、２）を設けることが行われている。
【特許文献１】特開２００６−３５２２４５号
【特許文献２】特開２００５−３１５７６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように伝送線路の長さ、幅、線路間隔を変化させることによって周波数の選別を行うフィルタ回路においては、所望の周波数を通過させるように伝送線路を設定すると、所望の周波数の３倍や５倍の高調波が通過してしまい、それらの不要な高調波の通過を抑制するためには、各周波数における高調波の周波数信号をを低減させるためのフィルタを別途作成する必要がある。
【０００６】
また、特許文献２のように出力信号を取り出すミキサ回路を構成する素子に対して低周波に対する基準電圧部を設けているが、さらにアンテナに接続される伝送線路上に伝送線路の長さ、幅、線路間隔を変化させて構成するフィルタ回路を配置している。
【０００７】
しかし、上記フィルタ回路は、不要な高調波を反射させることにより、アンテナから外部への放射を抑制するものであるが、反射した高調波が発振器に入力されることにより、発振器で更に増大する可能性もあるため、発振器によって増幅された高調波がフィルタの減衰効果では抑制できず、外部へ放射してしまう可能性もあった。
【０００８】
そこで本発明においては、センサの電波を生成する発振器から、電波を外部へ放射するアンテナまでの伝送線路上に発振器側への高調波の反射を抑制するフィルタ回路を搭載することによって、不要な高調波が発振器へ反射を抑制し、外部へ不要な高調波が放射されるのを抑制した高周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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、高周波信号である送信波を生成する発振器と、前記送信波を外部へ放射する送信アンテナと、前記送信波の反射波を受信波として受信する受信アンテナと、前記送信波と受信波とを基に検知信号を生成するミキサ部と、前記発振器で生成した送信波を、前記送信アンテナ及びミキサ部へ分配して伝送する伝送線路からなる分岐部と、を備えた高周波センサであって、前記発振器と前記分岐部とを接続する伝送線路上に、発振器に印加した直流信号の前記分岐部への進入を遮断する第一遮断部と、前記分岐部と前記ミキサ部とを接続する伝送線路上に、前記ミキサ部に印加した直流信号の前記分岐部への進入を遮断する第二遮断部と、伝送線路上の基準電位を設定し、前記高周波信号のｎ次高調波（ｎ：２以上の整数）が伝送線路を通過するのを抑制するフィルタ機能を有する基準電圧部と、が設けられ、前記基準電圧部の長さは、前記ｎ次高調波の波長をλｎとしたときに、略λｎ／２であり、前記基準電圧部は、前記第一遮断部と前記分岐部との間の伝送線路上で、高周波信号の電流値がゼロとなる位置に配置されたことを特徴とする高周波センサが提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遮断部と分岐部の間に前記高周波信号のｎ次高調波（ｎ：２以上の整数）が伝送線路を通過するのを抑制するフィルタ機能を有する基準電圧部を設けることによって不要な高調波が発振器へ反射することがなくなり、外部へ不要な高調波を放射させない高周波センサを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に本発明の高周波センサの概略構成図を示す。本発明の高周波センサは、外部へ放射する高周波信号の送信波１を生成する発振器２と、前記送信波１を外部へ放射する送信アンテナ３と、前記送信波１の反射波を受信波４として受信する受信アンテナ３と、前記送信波１と受信波４とを基に検知信号５を生成するミキサ部６と、前記発振器２から送信された送信波１を、送信アンテナ３及びミキサ部６へ分配する分岐部７と、を備えた高周波センサにおいて、発振器２と分岐部７との間の伝送線路８上に発信器に印加する直流信号９を分岐部７へ伝送させないための第一遮断部１０と、分岐部７とミキサ部６との間の伝送線路１１上にミキサ部５に印加した直流信号１２を分岐部７へ伝送させない第二遮断部１３を設け、第一遮断部１０と分岐部７にそれぞれ接続される伝送線路８に基準電圧部１４を設けた構成となっている。
【００１８】
第一遮断部１０と第二遮断部１３は直流成分を遮断し、発振器で生成される所望の高周波信号を通過させるコンデンサで構成され、発振器２とミキサ部６にそれぞれ印加される直流信号９及び１２の直流成分がアンテナ３側へ流入することを防ぎ、発振器２で生成される所望の高周波信号（以下、基本波という）を通過させることができる構成となっている。
【００１９】
基準電圧部１４は第一遮断部１０と分岐部７の間の伝送線路８に伝送線路で構成され、一端を高周波信号が通過する伝送線路上に接続し、他端をグランド電極に接続する。このような構成とすることで、所望の高周波信号にとっての基準電位（ゼロ電位）を明確にすることができ、送信波１と受信波４の高周波信号を安定して伝送させることが可能となる。
また、第一遮断部１０と第二遮断部１３を設けることにより、発振器２に印加される直流信号９及びミキサ部６に印加される直流信号１３が基準電圧部１４によってショートすることがなく、基準電圧部１４を第一遮断部１０と分岐部６の間の伝送線路上に自由に設置することができる。
【００２０】
また、基準電圧部１４は、伝送線路８に設置するこにより発信器で生成された不要な高調波をアンテナ３又は、ミキサ部６へ流入すること防ぐと同時に、アンテナ３、ミキサ部６の不整合により反射した不要電波が発振回路へ反射することも防ぐ。つまり、発振器にとって負荷が少なく安定した発振を行うことができる。
【００２１】
基準電圧部は基本波をグランドにて消費又は、基本の伝送の進行方向に対して反射させないために所定の長さに設定する必要がある。基本波の基板上の伝送線路を伝達する波長をλｇ１とした場合、基準電圧部の長さは略λｇ１／４に設定することが好ましい。このような構成とすることにより、基準電圧部の一端はグランドに接続し短絡となるが、他端は基本波を伝送する伝送線路上において開放となり、基本波を減衰させることなく伝送させることができる。
【００２２】
更に基準電圧部１４は高周波信号のｎ次高調波（ｎ：２以上の整数）に対して減衰させるフィルタ機能を有する。そのため発振器２で生成された所望の高周波信号は基準電圧設定の効果により安定して送信又は受信信号が伝送され、フィルタ機能により不要なｎ次高調波を伝送線路上で減衰させ、不要なｎ次高調波の放射量を低減したセンサ回路を提供することが可能となる。
【００２３】
伝送線路で構成された基準電圧部１４がフィルタ機能を有するためには、基準電圧部１４を所定の長さに設定する必要がある。ｎ次高調波（ｎ：２以上の整数）の波長をλｎとし、一端を伝送線路に接続し、他端をグランドに接続する場合に、略λｎ／２の長さに設定する必要がある。つまり、基準電圧部は、不要な高調波にっとってショートスタブとして機能する。設定される長さは、λｎ／２―０．５ｍｍからλｎ／２＋０．５ｍｍの範囲であれば、フィルタの機能を満足し、不要な高調波を減衰させると同時に基本波の信号を減衰又は反射させない構成にすることができる。
図２にショートスタブ１４のフィルタの通過特性を示す。図２に示すように基本波の電力（１０，５２５ＧＨｚ）は減衰させずに、２次高調波（２１．０５ＧＨｚ）を減衰させることが確認できる。図２では基準電圧部１４を所定の長さに設定し、２次高調波を減衰させたが、基準電圧部１４の長さを変化させることにより所望のｎ次高調波を減衰させることは容易である。
【００２４】
基準電圧部が高周波信号に対する基準電位の設定と不要な高調波に対するフィルタの両方の機能を有し、さらに基準電圧部を高周波信号が伝送する伝送線路上に伝送線路で構成されるため、電子部品の組合わせや伝送線路で構成されたフィルタ回路により不要な高調波を遮断する必要がなく、センサ回路全体の小型化が可能である。
【００２５】
図３に基準電圧部１４を複数個配置した構成図について示す。基準電圧部を伝送線路と直交する方向に３本並列に配置した場合である。３本並列に配置した場合の通過特性を図４に示す。図４に示すように複数個並列に配置することにより１本よりも大きな減衰効果が得られる。また、基準電圧部の設置する場所は、伝送線路上で基本波の電流値が０となるオープン（開放）面であって、配置する間隔は基本波の伝送線路を伝達する波長をλｇ１とした場合、λｇ１／２の間隔で配置することが好ましい。このような構成にすることで、基準電圧部の配置する場所のすべてが基本波のオープン面となるため、基本波が基準電圧部へ流入することを防止することが可能となるため、基本波を減衰させることなく効果的に高調波のみを減衰させることができる。また、基準電圧部を複数設ける場合において１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃをすべて同じ長さに設定し、２次高調波を効果的に減衰させたり、いずれかの１本の長さを変更し、３次高調波に対するフィルタを構成しても良いし、すべて３次高調波用に設定しても良い。このように減衰させたい高調波に対して多くの基準電圧部を設定することにより同様の効果を有することが可能となる。
【００２６】
図５に２ｎ次高調波（ｎ：１以上）と（２ｎ−１）次高調波（ｎ：２以上の整数）用の基準電圧部をそ伝送線路と直交する方向に伝送線路８を介して対向させて配置した構成図を示す。図５に示す１４Ｄは３次高調波用、１４Ｅは２次高調波用に設定されている。対向させる場合も並列に配置した場合と同様に伝送線路８上の基本波のオープン面に配置させることが好ましい。また、対向させた場合に伝送線路８の直交方向の位置は同一とし、２本の基準電圧部が基本波のオープン面となることが好ましい。このような構成とすることで伝送線路８の長さが設計上短くなった場合においても基本波の同一のオープン面に複数個の基準電圧部を配置することができ、回路全体の大型化を防ぐことができる。図６に１４Ｄが３次用高調波、１４Ｅが２次用高調波である場合の通過特性を示す。基準電圧部の設定された効果により、２次及び３次高調波の両方の周波数帯において、信号が減衰されていることが確認できる。
図５に示すように１４Ｄは３次高調波用、１４Ｅは２次高調波用に設定してもよいし、１４D、１４Eを共に３次高調波用、２次高調波用のように同一の長さに設定すれば、３又は２次高調波を集中して減衰させることもできる。
【００２７】
また、基準電圧部１４は図１に示す伝送線路８に配置されることに限定されたものではなく、アンテナ３と分岐部７の間の伝送線路１６、分岐部７とミキサ部６の間の伝送線路上１１、又は伝送線路で構成された分岐部７に設けても良い。また、不要な高調波は主に発振器２で発生するため、第一遮断部１０と分岐部７の間の伝送線路８に配置することにより、源流の不要放射を抑えることになり、アンテナ３及びミキサ部６に不要な高調波が入流することを防ぐと共に伝送線路を通過する際に空間を浮遊してしまう不要な高調波も防ぐことができるため、より効果的である。また、分岐部７のアンテナ３とミキサ部６とに信号を分配する直前に基準電圧部を配置しても同様の効果が得られると共にアンテナ３で反射された不要な高調波をミキサ部６と発振器２に逆流して戻すこともなくなる。
【００２８】
図７に一端を伝送線路８に設置し、基準電圧部が屈曲部を有して他端をグランドに接続した構成図を示す。図７の１４Ｆの一端は高調波の進行方向に直交する方向に伝送線路８と接続され、一度屈曲部を有してグランド１６に接続されている。
一般的にアンテナから電波を放射し、反射信号を検波する高周波センサは樹脂やセラミック等の基材を用いた積層板で構成されることが多く、発振器とミキサ回路を構成する面、グランド面、アンテナ面に分けられる。その場合に発振器と検波回路を構成する面上にグランド部を設ける場合は、銅簿で形成された伝送線路上に設けたスルーホールにてのグランド面に接続し、接地される。    
また、高周波の伝送する伝送線路の周りには電波の空間伝搬による干渉を抑えるためにグランド部を形成している。さらにグランド部も高周波の伝送線路と干渉せず、安定して基本波を伝送させるために一定の距離を確保する必要がある。一般的に伝送線路とグランド間に確保される距離ｄは基板厚さｈと基板の比誘電率εに関係し、ｄ＝εｈの以上であることが望ましいとされている。しかし、回路全体の大型化を防ぐためにグランドと伝送線路間の距離を伝送線路とグランドが干渉しない最小の距離に設定する場合には図７に示す基準電圧部を曲げて配置する構成は有効であり、回路全体の小型化につながる。
さらに、図７に示すように基準電圧部を通過する高調波がグランドと干渉せず、フィルタの機能を十分に満足させるためには基準電圧部の伝送線路の経路にそってグランドに切り欠きを設けることが望ましい。切り欠いたグランドと基準電圧部との距離は上述したｄの距離を確保すれば直線で構成した基準電圧部と同様に、所望のフィルタ特性を得ることができる。
また、図７において屈曲部は直角で構成されているが、所望の高調波に対してフィルタ機能を有する長さを確保すれば屈曲部を複数個設けても、曲線でも同様の効果が得られる。
【００２９】
上述したように、基準電圧部は第一遮断部１０と分岐部７との間の伝送線路８に設置させることに限られたことではなく、分岐部７とミキサ部６との間の伝送線路１１、アンテナ３と分岐部７との間の伝送線路１５、伝送線路で構成された分岐部７に設けても良く、組合わせてより効果的に不要な高調波を減衰させることができる。センサ回路全体構成図の一実施例を図８に示す。図８において伝送線路８に高調波の進行方向と直交する方向に２次高調波用１４Ｈ、３次高調波用１４Ｇの基準電圧部を対峙させて配置し、伝送線路１５に２次高調波用の１４Ｉ配置し、伝送線路１１に２次高調波用１４Ｊを配置した構成となっている。このような構成とすることで図９（ａ）に示す通過特性が得られ、２次高調波を効果的に減衰させることができる。
また、１４Ｈを３次高調波用、１４Ｇを３次高調波用、１４Ｉを２次高調波用、１４Ｊを３次高調波用に設計することで図９（ｂ）に示す通過特性が得られ、３次高調波を効果的に減衰させることもできる。
このように任意に減衰させたい高調波に対してフィルタ機能を追加することが容易にできる。屈曲部を有する基準電圧部を使用し、基本波にとって影響を与えない位置に基準電圧部を配置することにより、センサ回路全体のインピーダンス整合をとり、全体構成をレイアウトした後にでもセンサの特性を見てフィルタ機能を追加するという作業も容易に実施することができる。
【００３０】
また、不要な高調波は発振器２だけでなく、ミキサ部６を構成するダイオードによっても発生する可能性がある。その場合１４Ｊに複数の基準電圧部を配置（場合によっては複数個配置）することにより、ミキサ部６で発生された不要な高調波が逆流してアンテナ３から放射すること抑制する効果もある。
【００３１】
さらに、基準電圧部は基本波が伝送する伝送線路のインピーダンスよりも高いインピータンスで構成することにより、基準電圧部の伝送線路は基本波が伝送する伝送線路よりも細い伝送線路で形成され、伝送線路と基準電圧部の接触面積が減り、基本波に対する減衰も軽減できると共に、回路の小型化にもつながるため、高いインピーダンスで設計することが望ましい。
【００３２】
以上の構成において、本実施例においては、基本波を１０．５２５ＧＨｚと設定したが、高周波信号（特にＧＨｚ帯）においては、同様の特性を有するため、この周波数に限定するものではない。さらに、アンテナに関して送受信一体であっても送信、受信が別体であっても基準電圧部の設置する位置を変更させることで同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の高周波センサの概略構成図
【図２】基準電圧部を１本配置したフィルタ回路の通過特性図
【図３】基準電圧部を３本並列に配置した構成図
【図４】基準電圧部を３本並列に配置したフィルタ回路の通過特性図
【図５】基準電圧部を伝送線路に対して対向して配置した構成図
【図６】基準電圧部を伝送線路に対して対向して配置したフィルタ回路の通過特性図
【図７】基準電圧部が屈曲部を有して配置した構成図
【図８】センサ回路全体構成図
【図９】（ａ）２次高調波用の基準電圧部を３本、３次高調波用の基準電圧部を１本配置した場合の通過特性図            （ｂ）３次高調波用の基準電圧部を３本、２次高調波用の基準電圧部を１本配置した場合の通過特性図
【符号の説明】
【００３４】
１…送信波
２…発振器
３…送信及び受信アンテナ
４…受信波
５…出力信号
６…ミキサ部
７…分岐部
８、１１、１５…伝送線路
９、１２…直流信号
１０…第一遮断部
１３…第二遮断部
１４、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆ、１４Ｇ、１４Ｈ…基準電圧部
１６…グランド
【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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