(57)【要約】  本発明は、例えば平坦であり、複数のダイポール素子（１２）から構成されている超広帯域（ＵＷＢ）のアンテナ構造を有する、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための装置（５０）、例えばＵＷＢアンテナに関する。本発明によれば、各ダイポール素子（１２）が実質的に楕円形の基本形状を備えた２つの極（１４，１６）を有する。さらに本発明は、少なくとも１つのＵＷＢセンサ（５８）を用いて、媒介物（４４）内に包含されている対象物（４６）および／または物質パラメータを検出するための測定器（４２）に関する。センサ（５８）は、電磁的なＨＦ信号を送信するために本発明による装置（５０）を少なくとも１つ有する。さらに本発明は、工作機械作業領域（５６）内の物質（５４）の存在を識別する識別装置（５２）と、作業手段（６０）とを備えた工作機械監視装置に関し、識別装置は本発明による装置（５０）を少なくとも１つ有する。
2012517169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
例えば平坦であり、複数のダイポール素子（１２）から構成されている超広帯域（ＵＷＢ）のアンテナ構造を有する、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための装置（５０）、例えばＵＷＢアンテナにおいて、
各ダイポール素子（１２）が実質的に楕円形の基本形状を備えた２つの極（１４，１６）を有することを特徴とする、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための装置（５０）。
【請求項２】
前記ダイポール（１２）は平坦な支持構造体（１８）上に構成されているか、または平坦な支持構造体（１８）内に構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
各ダイポール（１２）の軸（１５）は２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）に平行に配置されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）は相互に直交している、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）は前記支持構造体（１８）の少なくとも２つの縁部（３４，３６）に平行に延在している、請求項３記載の装置。
【請求項６】
隣接する４つのダイポール（１２）の４つの極（１４，１６）が環状構造（２２）を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
複数のダイポール素子（１２）が１つのアレイセル（３２）を形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
複数のアレイセル（３２）が設けられている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記ダイポール素子（１２）は少なくとも１つのスロットライン（３０）を介して給電されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記スロットライン（３０）による給電、例えば対称的な給電のために、マーチャントにしたがう少なくとも１つの対称性素子（６２）が設けられている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記ダイポール（１２）の前記支持構造体（１８）に対して実質的に平行に配置されている反射素子（２８）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記反射素子（２８）から前記ダイポール（１２）の前記支持構造体（１８）までの距離は、アンテナの中心周波数の実質的にλ／４である、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記反射素子（２８）は、実質的に平坦である、金属性の反射器またはメタライジングされた反射器として構成されている、請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記反射素子（２８）はプリント基板によって形成されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのＵＷＢセンサ（５８）を用いて、媒介物（４４）内に包含されている対象物（４６）および／または物質パラメータ、例えば物質の湿度を検出するための測定器（４２）、例えば位置検出器および／または物質検出器において、
前記センサ（５８）は、請求項１から１４までのうちの少なくとも１項記載の装置（５０）を少なくとも１つ有することを特徴とする、測定器。
【請求項１６】
工作機械作業領域（５６）内の物質（５４）、例えば生物の組織の存在を識別する識別装置（５２）と、作業手段（６０）とを備えた工作機械監視装置において、
前記識別装置（５２）は、請求項１から１４までのうちの少なくとも１項記載の装置（５０）を少なくとも１つ備えたセンサユニットを有することを特徴とする、工作機械監視装置。
【請求項１７】
前記工作機械は鋸（４８）、例えばスタンド型鋸である、請求項１６記載の工作機械監視装置。
【請求項１８】
前記作業手段（６０）に隣接して少なくとも１つのアレイセル（３２）が配置されている、請求項１６または１７記載の工作機械監視装置。
【請求項１９】
前記作業手段（６０）を包囲するように複数のアレイセル（３２）が配置されている、請求項１６または１８記載の工作機械監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁的な高周波信号（ＨＦ信号）を送信および／または受信するための装置、殊に超広帯域（ＵＷＢ）アンテナに関する。
【０００２】
この関係において、超広帯域またはウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）アンテナとは、超広帯域のレーダ信号を形成および／または送信および／または受信および／または評価することができるアンテナであると解する。「超広帯域（またはウルトラワイドバンドまたはＵＷＢ）レーダ信号」とは、殊に、約１ＧＨｚから１５ＧＨｚまでの周波数領域において中心周波数を有する有効周波数領域と、少なくとも５００ＭＨｚの周波数帯域幅とを有する電磁信号であると解する。
【０００３】
約１ＧＨｚから１５ＧＨｚまでの周波数領域における超広帯域の用途に関しては、種々の用途のための多数のアンテナ幾何学が存在する。
【０００４】
通信の分野では、有利には全方向性アンテナが使用され、この全方向性アンテナでは、一定の電力を有する電磁波が、例えば所定の平面における方位角方向において放射ないし受信される。しかしながらこれとは異なり、レーダの用途においては所期のように一方向への放射が行われるべきである。したがって、全方向性アンテナの代わりに、指向性を有するアンテナ、すなわち指向性アンテナが使用される。
【０００５】
指向性を有するタイプの超広帯域アンテナとして、例えば、A. Hees, J. Hasch and J. Detlefsen, ("Tapered Slot Antenna with Dielectric Rod and Metallic Reflector", 2008 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, San Diego, USA, July 2008ならびに"Corrugated Tapered Slot Antenna with Dielectric Rod and Metallic Reflector", 2008 IEEE International Conference on Ultra-Wideband, Hannover, Germany, September 2008)に記載されているテーパスロットアンテナ（Tapered Slot Antenna）が公知である。
【０００６】
さらには、より高い指向性を達成するために、付加的な誘電体ロッドと３次元ダイポールとを備えた、ＵＷＢアンテナが公知である。これに関しては、例えば、M. Blech, T. Eibert in "A Directive Ultra-Wideband Dipole Antenna with Dielectric Rod and Reflector", 2nd International ITG Conference on Antennas, 2007ならびにT. F. Eibert, "Ultrabreitbandige Dipolantenne mit dielektrischem Stab und Reflektor"、ドイツ連邦共和国特許出願10 2006 036 325.6-55号、Aug. 2006、を参照されたい。
【０００７】
基板上の矩形状ダイポール素子の各々に給電することによって形成される開口を有する、平坦な超広帯域アンテナはR. N. Foster, T.W. Hee, P.S. Hall, "Ultra wideband dual polarised arrays" IEEE International Workshop on Antenna Technology: Small Antennas and Novel Metamaterials, pp. 219-222, 2006から公知である。
【０００８】
発明の課題
本発明が基礎とする課題は、従来技術から公知であるアンテナを改善することである。
【０００９】
発明の利点
物質（例えば、コンクリートの壁、木材、プラスチック、人間の組織など）の誘電定数を求めることができるようにするために、したがって、例えば手の存在または壁の湿りも求めることができるようにするために、広帯域（ＵＷＢ）のレーダ方式の用途に関しては、十分に大きい周波数帯域幅と、アンテナから放射される電磁波の高い視準性（指向性）が必要とされる。サンプルが厚くて湿っている場合、物質における誘電損失が非常に高く成る可能性があるので、指向性が非常に高いアンテナが有利である。他方では、非常に小さい測定領域または測定スポットを、所定の領域に狙いを定めて物質の誘電定数を決定するために使用することもできる。
【００１０】
それらの物質はアンテナによって、入力インピーダンスの変化ないし離調を介して検出される。すなわち物質はアンテナ近傍の放射領域内に存在する。電気工作機械の保護センサの場合には、測定領域ないし測定スポットによって、例えば鋸刃の直ぐ手前の保護ゾーンを観察することができる。
【００１１】
電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための本発明による装置は、殊に、平坦な超広帯域（ＵＷＢ）アンテナ構造から構成されており、このアンテナ構造は複数のダイポール素子から成り、各ダイポール素子は実質的に楕円形の基本形状を有する２つの極を有する。
【００１２】
この種のアンテナ構造は、有利には、短い構造高さを実現し、それと同時に、この種のアンテナ構造では放射素子（ダイポール）が過結合する傾向が著しく低減されている。広帯域のスロットアンテナ（２．２ＧＨｚから９ＧＨｚの周波数領域では８０ｍｍ以上の構造深さを有する可能性がある）と比べて、本発明によるアンテナコンセプトにおいては、放射素子（ダイポール）から反射素子までの距離によって深さが規定され、また通常の場合、その深さはアンテナの中心周波数のλ／４の範囲にある。上述の同一の周波数領域では、約１０ｍｍの比較的短い構造高さが得られる。
【００１３】
矩形または菱形の基本形状を有する広帯域のダイポール、殊に、伸張された基本形状を有する広帯域のダイポールも、原理的には同様に考えられる。
【００１４】
有利には、複数の放射素子（ダイポール）が設けられていることによって、広帯域であり、さらには二重偏波型であるアンテナ構造を実現することができる。このために、ダイポールを２つの優先方向に配置することができ、またダイポールに相応の電気信号を供給することができる。
【００１５】
別のダイポール素子を９０°回転させた位置においてダイポールの配置構成に付加することによって、簡単なやり方で、二重偏波アンテナを実現することができる。個々のダイポール素子の配置構成（例えば、相互に９０°回転されている２つのダイポールが共通の中心点において給電されるか、それら２つのダイポールが相互にずらされて配置されており、かつ、共通の給電点を有していない）を任意に選択することができる。
【００１６】
電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための本発明による装置の別の利点は、個々のダイポール素子の各々の電流分布を所期のように調整できることである。ダイポールの振幅関係および位相関係を相互に好適に選択することによって、アンテナ構造全体の所期の開口を実現することができる。磁場内のＥ平面およびＨ平面におけるアンテナの開口角、測定スポットの大きさ、またサイドローブの減衰もこれによって制御することができる。
【００１７】
半平面内のアンテナの指向性を改善するために、反射器が設けられている。この種の（殊に金属性の）反射器は、有利には、装置の主放射方向とは反対側に取り付けられており、また放射を行うダイポールの構造の下方に反射器を位置決めすることができる。
【００１８】
例えば、反射器を実質的に平坦で金属性の反射素子として構成することができるが、回路基板の金属性の層として構成することもできる。
【００１９】
この場合、反射素子は装置の主放射方向に対して実質的に垂直に延びている。
【００２０】
このアンテナ幾何学の別の利点は、反射素子が回路基板を用いて実施されていることである。この場合、導電性の平面が、最上層ないし最下層上に設けられている銅面（例えばＶCCまたはＧＮＤ）によって実現される。センサ（信号評価部）を実現するための構成素子、ならびに個々のダイポール素子の制御部をこの回路基板上において、非常に省スペースで配置することができる。これによって、アンテナ構造から評価電子装置への接続ケーブルは省略される。
【００２１】
有利には、反射器が電磁バンドギャップ構造（ＥＢＧ構造）によって特定の周波数帯域幅に関して磁気伝導性（反射係数＋１）に実現されることによって、反射器をダイポール素子にさらに近付けて配置することができる。この場合、反射波は入射波と同相であり、これによって間隔を短くすることができる。しかしながら、個々のダイポールそれぞれにおいて入力反射係数が高まることは不利である。
【００２２】
個々のダイポール素子の給電は適切な対称性素子、例えばマイクロストリップテーパバランないしマーチャントバラン（スロットラインへのマイクロストリップラインの移行）にしたがう対称性素子を介して行われる。対称性素子を、反射器としても使用される回路基板に組み込んで、基板上のダイポール素子と反射器との間、反射器の下方に取り付けることができるか、別個の構成素子として実施することができる。
【００２３】
したがって有利には、本発明によるアンテナはセンサの構成部材として、位置検出器ないし物質検出器のような測定装置に適している。
【００２４】
さらには、本発明によるアンテナは有利には、同様に工作機械監視装置のセンサの構成部材として適したものである。
【００２５】
電気工作機械の保護センサの場合には、測定領域ないし測定スポットによって、例えば丸鋸または帯鋸の鋸刃の直ぐ手前の保護ゾーンを表し、またその保護ゾーンを観察することができる。
【００２６】
それぞれが複数のダイポールから構成されているアレイセルを形成することによって、工作機械、例えば鋸の作業領域の広範囲の監視を達成することができる。
【００２７】
更なる利点は、従属請求項に記載されている、本発明によるアンテナの実施形態および発展形態より明らかになる。
【００２８】
図面
図面には、本発明による装置の実施例、本発明による測定器の実施例ならびに本発明による工作機械監視装置の実施例が示されている。明細書、添付の図面および特許請求の範囲は多数の特徴の組み合わせを含む。当業者であれば、それらの特徴、殊に種々の実施例の複数の特徴を単独でも考慮し、また、さらに有意に組み合わせるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による装置のダイポールの形状ならびにダイポールの原理的な配置構成の概略的な平面図を示す。
【図２】本発明によるダイポールならびに所属の反射手段を備えた支持構造体の概略的な斜視図を示す。
【図３】給電電子ユニットの一部を含む、本発明による装置の概略的な斜視図を示す。
【図４】本発明による装置を備えた、本発明による位置測定器および物質検出器の実施例を示す。
【図５】本発明による装置を備えた、工作機械監視装置の実施例を示す。
【００３０】
実施例の説明
図１には、個々のダイポール素子の考えられる配置構成、すなわち、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための本発明による装置のアンテナ構造１０が平面図で示されている。アンテナ構造１０は、ダイポールの形態の複数の放射素子から構成されている。ダイポール１２（以下ではダイポール素子とも称する）は、金属性の構造体としての支持体素子１８上に取付けられており、またそれぞれが軸１５を有し、この軸１５に沿って極が配置されている。図１による実施例における支持体素子１８は平坦な構造を有し、また例えば、相応の絶縁層を備えた回路基板（ボード）でよい。別の実施形態においては、ボードの代わりに、例えば誘電性のフィルム（例えばDu Pont社のカプトン(c)）上にダイポールアレイを実現することもできる。その種のフィルムの可撓性によって、本発明によるアンテナ構造の一連の全ての利点が得られる。
【００３１】
ダイポール１２の２つの極１４ないし１６は、実質的に楕円形の面状構造をそれぞれ有しており、この構造は図示されている実施例において同様に平坦である。ダイポール１２の軸方向の端部はそれぞれ純粋な楕円形状とは僅かに異なる形状を有する。一方では、ダイポール１２の軸方向の拡張部を可能な限り大きく維持するために、しかしながら他方ではダイポール１２相互の最小間隔を保証するために、ダイポール１２の極１４ないし１６の湾曲部の形状はダイポール１２の軸方向の端部において、凸状の形状から凹状の形状へと変化する。殊に、極１４ないし１６の軸方向の端部における凹状の湾曲部は、極の内側の端部、すなわち給電点２０に対向する端部における凸状の湾曲部に対応する。このようにして、異なる極の軸方向の端部と内側の端部との間の（殊に一定の）間隔、したがってダイポール１２相互の間隔を維持することができる。しかしながら、極１４ないし１６のそれぞれの軸方向の端部における純粋な楕円形状からの偏差は、本発明による対象の範囲内では「実質的に楕円形状」と見なすものとする。ダイポールの極の間の最小間隔を維持することによって、ダイポールのクロストークないし過結合を低減し、最適化することができる。
【００３２】
アンテナ構造１０のダイポール１２の極１４，１６の楕円形状によって、有利には、アンテナの放射特性においてサイドローブが大幅に抑制される。放射素子の幅が大幅に低減された状態での比較的大きい軸方向の拡張部を意味する、ダイポール１２の楕円形の基本形状によって、それらの電極の有利な電流分布が得られるので、高次モードは励起されない。これは例えば、R.N. Foster, T.W. Hee, P.S. Hall, ("Ultra wideband dual polarised arrays" IEEE International Workshop on Antenna Technology: Small Antennas and Novel Metamaterials, pp. 219-222, 2006)による、菱形のパターンを基礎とするアンテナ構造の場合に当てはまる。
【００３３】
さらには、放射素子の楕円形の構成によりアンテナ構造１０の帯域幅を改善することができる。何故ならば、放射素子の長さが長くなるにつれアンテナの下側限界周波数は低下するからである。ダイポール素子１２に付加的に取付けられている誘電体、例えば、材料の厚さが等しい別の基板は、ダイポール１２の下側限界周波数をさらに低下させることができ、したがって、アンテナ構造１０の広帯域能力をさらに高めることができる。ダイポールの寸法が等しい場合、この構造は電気的に、より長く作用する。
【００３４】
アンテナ構造１０の複数のダイポール１２は２つの優先方向に配置されている。図１の実施例における優先方向Ｘ，Ｙは相互に直交して配向されているので、ダイポール１２も２つのグループに分かれ相互に直交して配置されている。優先方向を例えば、支持体素子１８の境界縁部３４，３６のような境界部の幾何学によって規定することができる。
【００３５】
図１の実施例においては、アンテナ構造が、Ｘ方向に配向されている５つのダイポールと、Ｙ方向に配向されている４つのダイポールとを有する。このようなダイポールの数と分布は、実質的に、本発明による装置の小型化および考えられる監視領域に関して最適なものである。
【００３６】
しかしながら、例えば図５に示されているような工作機械監視装置の識別ユニット内に本発明による装置を集積する場合、もしくはそのような識別ユニットにおいて本発明による装置を使用する場合、優先方向を作業手段ないし工具の配向によって設定することもできる。つまり、例えば、優先方向は鋸の送り出し方向であって良い。この状況を示唆するために、図１においては、鋸刃の形態の作業手段６０も概略的に示唆されている。アンテナ構造１０は鋸刃６０の直ぐ手前に配置されている。作業手段６０は図１において、用途の可能性を説明するためにのみ示されたものであり、本発明によるアンテナ構造の構成を制限することを意図したものではなく、また要求される装置の用途の可能性を制限することを意図したものでもない。
【００３７】
本発明によるアンテナ構造のダイポール素子１２は、隣接する４つのダイポールのそれぞれ４つの極が実質的に環状構造２２を形成するように配置されている。ただし、この環状構造は必ずしも円形である必要はない。殊に、ダイポール素子１２の本発明による配置構成は、「目」２４を形成するこの種の環状構造２２を有する。すなわち、放射素子の金属性の電極によって覆われていないアンテナ構造１０の（重要ではない）領域が生じる。矩形または菱形のダイポール素子に比べて、電極によって覆われていないこの領域は著しく大きく構成されている。このようにして形成されるダイポール素子の平行間隔は、有利には、異なるダイポールの信号の過結合を阻止する。
【００３８】
したがって、９０°回転されて配向されているか、もしくは２つの優先方向ＸおよびＹに沿って配向されているダイポールに相応の信号が供給されることによって、二重偏波アンテナを簡単に実現することができる。優先方向のダイポールは続いて、それぞれの分極方向に電磁波を放射する。個々のダイポール素子の給電（例えば、相互に９０°回転されている２つのダイポールが共通の中心点において給電されるか、それら２つのダイポールが相互にずらされて配置されており、かつ、共通の給電点を有していない）をほぼ任意に選択することができる。
【００３９】
有利には、個々のダイポール素子の電流分布を所期のように調整することができる。ダイポールの振幅関係および位相関係を相互に好適に選択することによって、アンテナ／アンテナ構造全体の所期の開口を実現することができる。遠方磁場内のＥ平面およびＨ平面におけるアンテナの開口角、測定スポットの大きさ、またサイドローブの減衰もこれによって制御することができる。
【００４０】
図１によるアンテナ構造ないしアレイを用いて実現される監視領域（以下ではアレイセル３２と称する）を、この基本構造の倍化または多重化によって拡張することができる。相互に並んで配置されている複数のアレイセルと、組み合わされた制御ロジックとによって、個々のダイポール素子ないし個々のダイポールセルに所期のように給電することができる。ダイポールによって形成される磁場の重畳によって新たな測定領域が生じ、殊に、この新たな測定領域を静的でない制御によって変更することもでき、例えば工具に合わせて更新することができる。
【００４１】
図２は、支持体素子１８、アンテナ構造１０および付加的な反射素子２８を備えた、本発明による装置の斜視図を示す。反射素子２８はアンテナ構造１０の下方、すなわち、主放射方向Ｚとは反対側に配置されている。反射素子２８は金属性の基板またはメタライジングされた基板で良い。図２の実施例においては、反射素子２８が回路基板（プリント基板）である。導電性の平面を、最上層ないし最下層上に設けられている銅面（例えばＶCCまたはＧＮＤ）によって実現することができる。センサ（信号評価部）を実現するための電子的な構成素子また機械的な構成素子、ならびに個々のダイポール素子の制御部をこの回路基板上において、非常に省スペースで配置することができる。これによって、アンテナ構造から評価電子装置への接続ケーブルは省略される。
【００４２】
広帯域のスロットアンテナ（２．２ＧＨｚから９ＧＨｚの周波数領域では８０ｍｍ以上の構造深さを有する可能性がある）と比べて、本発明によるアンテナコンセプトにおいては、放射素子１２の支持体構造１８から反射素子２８までの距離によって深さが規定され、また通常の場合、その深さは中心周波数のλ／４の範囲にある。したがって、上述の周波数領域では、例えば１０ｍｍの比較的短い構造高さ（給電部の長さ／高さは含まない）が得られる。
【００４３】
別の実施形態においては、反射器２８が電磁バンドギャップ構造（ＥＢＧ構造）によって特定の周波数帯域幅に関して磁気伝導性（反射係数＋１）に実現されることによって、アンテナ構造の反射器２８をダイポール素子にさらに近付けて配置することができる。この場合、反射波は入射波と同相であり、これによって構造間の距離を短くすることができる。しかしながら、個々のダイポールそれぞれにおいて入力反射係数が高まることは不利である。
【００４４】
さらに図２には、本発明によるアンテナ装置の給電構造の一部が示されている。アンテナの給電については、図３と関連させて説明する。
【００４５】
図３は、金属性の反射素子２８と、給電のためのマーチャントにしたがう対称性素子（６２）とを備えた、二重偏波型の超広帯域ダイポールアレイ１０の形態の本発明による装置５０を示す。反射器２８はダイポール素子１２まで約１０ｍｍの距離を置いて設けられている。図３の実施例におけるこのアンテナの周波数領域は約２．２ＧＨｚから８．５ＧＨｚである。基板および反射器の大きさは、約７２ｍｍ×７２ｍｍである。
【００４６】
ダイポール１２の給電はスロットライン３０を介して行われ、このスロットライン３０はダイポール素子１２の基板１８へと突出しており、またこの基板１８と導電的に接続されている。スロットライン３０の他方の端部においては、マーチャント（スロットラインへのマイクロストリップラインの移行）にしたがう対称性素子（６２）による対称的な給電が行われ、この対称性素子には、約７３ΩからＺL＝５０Ωの特性インピーダンスに変換するための広帯域適合回路網が付加的に接続されている。
【００４７】
２つの優先方向ＸないしＹのダイポールへの電力の分配は、例えばウィルキンソン分配器またはテーパ形電力分配器などから構成することができる電力分配回路網を介して行われる。総じて２つの給電ポートが提供される。ポート１を用いることにより、この実施例の垂直方向（Ｙ方向）の４つのダイポールが給電され、またポート２を用いることにより、この実施例の水平方向（Ｘ方向）の５つのダイポールが給電される。４つの外側のダイポールの給電によって十分な指向性を既に達成することができる。
【００４８】
そのように得られるアレイ３２は、もっぱら半平面（図３のｚ方向）にのみ放射を行うために、反射器２８をさらに有する。
【００４９】
別の実施形態においては、特性インピーダンスＺL＝７３Ωと直接的に接続されている別のダイポール素子を、給電されて電磁波を放射するダイポール素子１２の直ぐ隣に配置することができる。これによって、給電された各ダイポール１２は同一の金属性の構造体によって包囲されており、またその入力インピーダンスは、給電される他の全てのダイポールと等しいことが保証される。これによって、給電部（スロットライン＋対称的な変換器）の設計の手間は軽減される。何故ならば、給電部は給電される全てのダイポールに等しい設計になっているからである。
【００５０】
ダイポール素子に付加的に取付けられている誘電体、例えば、材料の厚さが等しい別の基板は、ダイポールの下側限界周波数をさらに低下させることができ、したがって、構造の広帯域能力をさらに高めることができる。この構造は、ダイポールの寸法が等しい場合には電気的に、より長く作用する。
【００５１】
側方への放射を低減するために、有利には、アレイ３２の側方および下方を、例えば空洞を有する金属フレーム（見易くするために図３には図示していない）によって包囲することができる、もしくは、アレイ３２の側方および下方に吸収材料を設けることができる。側方に設けられている可動部がアンテナ特性に及ぼす影響（例えば入力インピーダンスの変化）はこれによって低減される。
【００５２】
誘電性の導波体（単にロッドとも称される）において波が所期のような案内されることによって、二重偏波型のダイポールアレイの指向性を高めることができる。ロッドの誘電性の材料がダイポールに取付けられる。波の除去は、得られた波長に依存して、円筒状に実施されるべきロッドの前方領域内において行われる。導波体の直径が小さくなるにつれ、より高い周波数の波が除去される。
【００５３】
別の実施形態においては、回路基板の代わりに、例えば誘電性のフィルム（例えばDu Pont社のカプトン(c)）上にダイポールアレイを実現することもできる。このフィルムの可撓性によって、ダイポール素子を給電線も含めてフィルム上に取り付けることができる。すなわち、これによって、反射器に向かって給電線を約９０°の角度で設けることも可能である。
【００５４】
さらには、単一の金属部品、例えば銅から成る給電部も含めたダイポール素子の実施形態も考えられる。
【００５５】
図３のアレイによって実現される監視領域（以下ではアレイセル３２と称する）を、この基本構造の倍化または多重化によって拡張することができる。相互に並んで配置されている複数のアレイセルと、組み合わされたロジックとによって、個々のダイポール素子ないし個々のダイポールセルに所期のように給電することができる。ダイポール１２によって形成される磁場の重畳によって、再び新しい測定領域ないし測定スポットが生じる。したがって測定スポットは、その都度給電されるダイポール素子に依存して、基板表面上において移動する。
【００５６】
図４は、ＵＷＢセンサ５８の構成要素としての、本発明による装置５０を備えた、位置検出器ないし物質定数検出器４２の概略図を示す。測定器は駆動時に、壁４４または他の物質を介して方法を実施する。その種の機器４２は例えば、媒介物に閉じ込められている対象物４６の位置、しかしながらまた、壁４４の湿度のような物質パラメータを検出することもできる。これは基本的にはDE 102 07 424 A1に紹介されているので、したがってその内容も同様に本願明細書において開示されているものとみなす。
【００５７】
電磁的なＨＦ信号を送信するための本発明による装置の代替的な用途は保護センサの分野である。つまり、例えば、相応のアンテナ構造を用いて、「プレインパクト検出（Pre-Impact Detection）」のための検出器を実現することができる。
【００５８】
本発明による装置の別の重要な用途例は、測定信号の良好な集束化および指向性の利点から明らかになる。そのようにして、監視すべき保護ゾーンを、例えば鋸刃または帯鋸（図１を参照されたい）の直ぐ手前において正確に保証することができる。
【００５９】
図５は、物質の種類、殊に生物の組織、例えば人間の手の組織の存在を識別するために設けられている工作機械監視装置の実施例を示し、ここでは丸鋸４８を例としている。丸鋸４８は識別装置５２を有し、この識別装置５２は工作機械作業領域５６内の物質の種類５４、殊に組織の存在を識別するために設けられている。識別装置５２は、電磁的なＨＦ信号を送信するために、少なくとも１つの本発明による装置５０を有する。図５に示唆されているように、本発明による装置５０を、工作機械の作業領域の上方の領域に設置することができる。択一的に、装置５０を作業台４０に直接的に組み込むこともできる。いずれの実現手段を単独でも実現することができるが、図５に例示的に示されているように、同時に実現することもできる。
【００６０】
殊に、工作機械の作業台４０の内部または下方に配置されている、並んで設けられている複数のアレイセル３２によって、また、組み合わされたロジックによって、有利には本発明によるアンテナ構造を用いることにより、工作機械の作業手段、例えば鋸刃の周囲の広範な領域の安全を保証することができる。本発明によるアンテナ構造は、このアンテナ構造を作業手段の非常に近くに接近させることができ（これに関しては図１を参照されたい）、またそれと同時に、殊に複数のアレイセル３２が使用される場合には、大きい監視領域をカバーできるという利点を有する。
【００６１】
その種の工作機械監視装置が基礎とする測定方法、またその考えられる構成はEP 0711 0067 A1に記載されているので、その刊行物の開示内容も同様に本願明細書において開示されているものとみなす。
【００６２】
しかしながら、工作機械監視装置の枠内での本発明による装置の用途は鋸、殊に丸鋸に制限されるものではない。
【００６３】
さらに、本発明による装置は、工作機械監視装置の構成部材としての使用に制限されるものでもない。上述の位置測定器ないし物質定数検出器における使用の他に、当業者であれば本発明による装置を別の用途に使用できることが分かる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成23年8月19日(2011.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のダイポール素子（１２）から構成されている超広帯域（ＵＷＢ）のアンテナ構造を有する、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための装置（５０）において、
各ダイポール素子（１２）が実質的に楕円形の基本形状を備えた２つの極（１４，１６）を有することを特徴とする、電磁的なＨＦ信号を送信および／または受信するための装置（５０）。
【請求項２】
前記ダイポール（１２）は平坦な支持構造体（１８）上に構成されているか、または平坦な支持構造体（１８）内に構成されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
各ダイポール（１２）の軸（１５）は２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）に平行に配置されている、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）は相互に直交している、請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記２つの優先方向（Ｘ，Ｙ）は前記支持構造体（１８）の少なくとも２つの縁部（３４，３６）に平行に延在している、請求項３記載の装置。
【請求項６】
隣接する４つのダイポール（１２）の４つの極（１４，１６）が環状構造（２２）を形成する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
複数のダイポール素子（１２）が１つのアレイセル（３２）を形成する、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
複数のアレイセル（３２）が設けられている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記ダイポール素子（１２）は少なくとも１つのスロットライン（３０）を介して給電されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
前記スロットライン（３０）による対称的な給電のために、マーチャントにしたがう少なくとも１つの対称性素子（６２）が設けられている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記ダイポール（１２）の前記支持構造体（１８）に対して実質的に平行に配置されている反射素子（２８）が設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記反射素子（２８）から前記ダイポール（１２）の前記支持構造体（１８）までの距離は、アンテナの中心周波数の実質的にλ／４である、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記反射素子（２８）は、実質的に平坦である、金属性の反射器またはメタライジングされた反射器として構成されている、請求項１１または１２記載の装置。
【請求項１４】
前記反射素子（２８）はプリント基板によって形成されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
少なくとも１つのＵＷＢセンサ（５８）を用いて、物質（４４）内に包含されている対象物（４６）の位置を検出する位置検出器において、
前記センサ（５８）は、請求項１から１４までのうちの少なくとも１項記載の装置（５０）を少なくとも１つ有することを特徴とする、位置検出器。
【請求項１６】
少なくとも１つのＵＷＢセンサ（５８）を用いて、物質（４４）のパラメータを検出するパラメータ検出器において、
前記センサ（５８）は、請求項１から１４までのうちの少なくとも１項記載の装置（５０）を少なくとも１つ有することを特徴とする、パラメータ検出器。
【請求項１７】
工作機械作業領域（５６）内の人体の組織の存在を識別する識別装置（５２）と、作業手段（６０）とを備えた工作機械監視装置において、
前記識別装置（５２）は、請求項１から１４までのうちの少なくとも１項記載の装置（５０）を少なくとも１つ備えたセンサユニットを有することを特徴とする、工作機械監視装置。
【請求項１８】
前記工作機械は鋸（４８）である、請求項１７記載の工作機械監視装置。
【請求項１９】
前記作業手段（６０）に隣接して少なくとも１つのアレイセル（３２）が配置されている、請求項１７または１８記載の工作機械監視装置。
【請求項２０】
前記作業手段（６０）を包囲するように複数のアレイセル（３２）が配置されている、請求項１７または１９記載の工作機械監視装置。
【国際調査報告】
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