高周波センサ装置
【課題】
無給電素子を給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに複数配置した場合において、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、検知精度を向上させる
【解決手段】
基板と、高周波信号を発生する発振部と、放射した高周波信号を受信波として受信するアンテナと、受信波を検知する検波部とを備えた高周波センサ装置であって、アンテナは接地電極と、給電素子と、複数の無給電素子と、無給電素子と接地電極とを電気的に短絡させるか、開放させるかを切替えるスイッチとを有し、無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対称な位置に配置され、スイッチを切替えて形成される高周波信号の放射方向及び電波強度が対称になるように、給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小さい高周波センサ装置。
無給電素子を給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに複数配置した場合において、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、検知精度を向上させる
【解決手段】
基板と、高周波信号を発生する発振部と、放射した高周波信号を受信波として受信するアンテナと、受信波を検知する検波部とを備えた高周波センサ装置であって、アンテナは接地電極と、給電素子と、複数の無給電素子と、無給電素子と接地電極とを電気的に短絡させるか、開放させるかを切替えるスイッチとを有し、無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対称な位置に配置され、スイッチを切替えて形成される高周波信号の放射方向及び電波強度が対称になるように、給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小さい高周波センサ装置。
【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高周波信号である電波を用いた高周波センサ装置に関し、特に、複数のマイクロストリップアンテナから放射される総合的な電波ビームの指向方向及び放射電力を制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロストリップアンテナから放射される電波の放射方向を制御し、放射方向に存在する物体の位置や様子を検知する物体検知装置が知られている。例えば、特許文献１に記載されたものは、基板の表面に複数の給電素子と複数の無給電素子を配置し、無給電素子に搭載された高周波スイッチによって、電波が印加される無給電素子を切り換えることによって総合的な電波ビームの放射方向を変化させている。また、非特許文献１においては、無給電素子を給電素子の励振方向に対して斜めに配設した、Ｘ字アンテナが開示されている。非特許文献１によれば、無給電素子をＸ字に配設することにより、各無給電素子の素子間相互結合量を均一に出来、サイドローブを低減できる。
【特許文献１】特開２００３−１４２９１９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌 Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｃ Ｎｏ．１ ｐｐ１００−１１１ ２００４／１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１にマイクロストリップアンテナの給電素子形状を示す。給電素子１１０に電波を印加する給電点１１１は、給電素子１１０の中央から励振方向下側に若干ずれた位置に配置される。そのため、同形状の無給電素子を、給電素子の上下対称な位置に設置した場合、上下の放射強度が異なり、上下各方向に電波を放射した際に得られる反射信号の強度比較が困難になる。
【０００４】
さらに、Ｘ字アンテナの場合、無給電素子は給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに配設されるため、放射強度だけでなく、その総合的な電波ビームの放射方向も変化してしまう。その結果、非検知物の位置検知の精度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
従って、本発明の目的は、無給電素子を給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに複数配置した場合において、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、高周波センサの検知精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従う高周波センサ装置は、
基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を放射し、前記高周波信号の物体による反射波及び透過波の少なくともいずれかを受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波部と、を備えた高周波センサ装置であって、
前記アンテナは、
前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設され高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と前記接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチとを有し、
前記無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対して対称な位置にそれぞれ配置され、
前記スイッチを切替えて形成される電波ビームの放射方向及び電波強度が上下及び左右対称になるように、
給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、
前記給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小さいことを特徴とする高周波センサ装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、サイドローブを低減し、且つ、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、高周波センサの検知精度を向上することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明における高周波センサ装置の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図２は本発明における高周波センサ装置の実施形態例を示す。
【００１０】
図２において、絶縁性の基板１００のある一面には電波を放射する給電素子１１０と、前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れた位置に無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４が×字に配設され、基板１００の他面には、高周波信号を発生させる発振部１３０と、受信信号を検知する検波部１４０と、接地電極１０１とが配設されている。
【００１１】
マイクロストリップアンテナ構造をなす（接地電極１０１との電磁界結合を利用し給電素子１１０の正面方向に効率よく電波を放射する）給電素子１１０の励振方向寸法は使用周波数の半波長（λｇ／２：λｇ…基板１０１を伝播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１０１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持つ矩形状の薄膜電極であり、インピーダンスが５０Ωとなるように高周波信号を給電するための給電点１１１が設けられている。
【００１２】
無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４は、スイッチ１２９に接続されている。スイッチ１２９は、その短絡、開放を切り替えることによって無給電素子の位相変化を実現し、給電素子から放射される電波と干渉して電波の指向方向を変化させる役割を果たす。
【００１３】
図３に、無給電素子の横寸法Ｗ１．Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４がそれぞれ等しいマイクロストリップアンテナの形態と、図上上方向、下方向、そして左方向に電波を傾けた際の放射パターンと電波強度、そして基板に対して水平方向における電波の曲げ角φの解析結果を示す。
解析条件は、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝７．０ｍｍで、給電点より印加される電波の周波数は１０．５２５ＧＨｚとした。
また、図において、無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４の配設位置は、給電素子１１０の一番近い頂点から、それぞれ等しい距離に配設されている。
上述したように給電点１１１の設置位置は、給電素子１１０の中心より、やや図下方にずれた位置に設置される。そのため、図３における上方向と下方向など、真横以外の正対する方向にそれぞれ電波を傾けた際の互いの放射強度に違いが生じる。また、上下以外の正対する方向では、互いの電波の放射パターンが異なる。
図を見ると、各方向で電波強度が異なり、また左方向に電波を曲げた際には、曲げ角φが真横から６ｄｅｇ上方向に傾いていることがわかる。
このように電波強度が各方向で異なると、各方向に電波を傾けた際に得られた反射信号の相対的な強度比較が難しくなる。また、曲げ角が目的とする方向に対してずれてしまった場合、他方向に曲げた電波と放射エリアが重複してしまい、被検知物の位置情報が正確に得られない。
【００１４】
図４は、無給電素子の配設位置は変化せずに横方向寸法Ｗ２、Ｗ３を小さくした際のマイクロストリップアンテナ形態と、図上上方向、下方向、そして左方向に電波を傾けた際の放射パターンと電波強度、そして基板に対して水平方向における電波の曲げ角φを示す。
解析条件は、Ｗ１＝Ｗ４＝７．０ｍｍ、Ｗ２＝Ｗ３＝６．６ｍｍで、給電点より印加される電波の周波数は１０．５２５ＧＨｚとした。
図のように、給電点が偏っている側の無給電素子の横寸法を小さくすることにより、その無給電素子の空間結合量を小さく出来る。また、上下のアンテナの電波強度を等しくすることにより、左方向に電波を曲げた際の放射パターンが、真横（＝１８０ｄｅｇ）に放射され、電波強度も上下方向と等しくなることが分かる。
【００１５】
これまで述べたように、給電素子の中心より、給電点が配設される方向の無給電素子の横寸法を、給電素子の中心より、給電点が配設されない方向の無給電素子の横寸法より小さくすることによって、上下左右の電波の放射強度および、放射パターンを均一化でき、センサの検知精度を向上することが可能となる。
【００１６】
また、本実施例においては、Ｗ２、Ｗ３の寸法を小さくすることにより放射強度及び放射パターンの調整を行ったが、Ｗ１、Ｗ４の寸法を大きくすることによっても同様の放射強度及び放射パターンの調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】：マイクロストリップアンテナの給電素子と給電点の関係
【図２】：本発明における高周波センサ装置の構成例
【図３】：本発明におけるマイクロストリップアンテナの構成例と、放射強度及び放射パターンのシミュレート結果
【図４】：本発明におけるマイクロストリップアンテナの構成例と、放射強度及び放射パターンのシミュレート結果
【符号の説明】
【００１８】
１００：基板材
１０１：接地電極
１１０：給電素子
１１１：給電点
１２１、１２２、１２３、１２４：無給電素子
１２９：スイッチ
１３０：発振部
１４０：検波部
【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高周波信号である電波を用いた高周波センサ装置に関し、特に、複数のマイクロストリップアンテナから放射される総合的な電波ビームの指向方向及び放射電力を制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロストリップアンテナから放射される電波の放射方向を制御し、放射方向に存在する物体の位置や様子を検知する物体検知装置が知られている。例えば、特許文献１に記載されたものは、基板の表面に複数の給電素子と複数の無給電素子を配置し、無給電素子に搭載された高周波スイッチによって、電波が印加される無給電素子を切り換えることによって総合的な電波ビームの放射方向を変化させている。また、非特許文献１においては、無給電素子を給電素子の励振方向に対して斜めに配設した、Ｘ字アンテナが開示されている。非特許文献１によれば、無給電素子をＸ字に配設することにより、各無給電素子の素子間相互結合量を均一に出来、サイドローブを低減できる。
【特許文献１】特開２００３−１４２９１９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌 Ｃ Ｖｏｌ．Ｊ８７−Ｃ Ｎｏ．１ ｐｐ１００−１１１ ２００４／１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１にマイクロストリップアンテナの給電素子形状を示す。給電素子１１０に電波を印加する給電点１１１は、給電素子１１０の中央から励振方向下側に若干ずれた位置に配置される。そのため、同形状の無給電素子を、給電素子の上下対称な位置に設置した場合、上下の放射強度が異なり、上下各方向に電波を放射した際に得られる反射信号の強度比較が困難になる。
【０００４】
さらに、Ｘ字アンテナの場合、無給電素子は給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに配設されるため、放射強度だけでなく、その総合的な電波ビームの放射方向も変化してしまう。その結果、非検知物の位置検知の精度に悪影響を及ぼす。
【０００５】
従って、本発明の目的は、無給電素子を給電素子に印加される電波の励振方向に対して斜めに複数配置した場合において、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、高周波センサの検知精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に従う高周波センサ装置は、
基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を放射し、前記高周波信号の物体による反射波及び透過波の少なくともいずれかを受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波部と、を備えた高周波センサ装置であって、
前記アンテナは、
前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設され高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と前記接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチとを有し、
前記無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対して対称な位置にそれぞれ配置され、
前記スイッチを切替えて形成される電波ビームの放射方向及び電波強度が上下及び左右対称になるように、
給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、
前記給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小さいことを特徴とする高周波センサ装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、サイドローブを低減し、且つ、電波の放射方向及び放射強度を均一化させ、高周波センサの検知精度を向上することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、本発明における高周波センサ装置の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図２は本発明における高周波センサ装置の実施形態例を示す。
【００１０】
図２において、絶縁性の基板１００のある一面には電波を放射する給電素子１１０と、前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れた位置に無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４が×字に配設され、基板１００の他面には、高周波信号を発生させる発振部１３０と、受信信号を検知する検波部１４０と、接地電極１０１とが配設されている。
【００１１】
マイクロストリップアンテナ構造をなす（接地電極１０１との電磁界結合を利用し給電素子１１０の正面方向に効率よく電波を放射する）給電素子１１０の励振方向寸法は使用周波数の半波長（λｇ／２：λｇ…基板１０１を伝播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１０１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持つ矩形状の薄膜電極であり、インピーダンスが５０Ωとなるように高周波信号を給電するための給電点１１１が設けられている。
【００１２】
無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４は、スイッチ１２９に接続されている。スイッチ１２９は、その短絡、開放を切り替えることによって無給電素子の位相変化を実現し、給電素子から放射される電波と干渉して電波の指向方向を変化させる役割を果たす。
【００１３】
図３に、無給電素子の横寸法Ｗ１．Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４がそれぞれ等しいマイクロストリップアンテナの形態と、図上上方向、下方向、そして左方向に電波を傾けた際の放射パターンと電波強度、そして基板に対して水平方向における電波の曲げ角φの解析結果を示す。
解析条件は、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３＝Ｗ４＝７．０ｍｍで、給電点より印加される電波の周波数は１０．５２５ＧＨｚとした。
また、図において、無給電素子１２１、１２２、１２３、１２４の配設位置は、給電素子１１０の一番近い頂点から、それぞれ等しい距離に配設されている。
上述したように給電点１１１の設置位置は、給電素子１１０の中心より、やや図下方にずれた位置に設置される。そのため、図３における上方向と下方向など、真横以外の正対する方向にそれぞれ電波を傾けた際の互いの放射強度に違いが生じる。また、上下以外の正対する方向では、互いの電波の放射パターンが異なる。
図を見ると、各方向で電波強度が異なり、また左方向に電波を曲げた際には、曲げ角φが真横から６ｄｅｇ上方向に傾いていることがわかる。
このように電波強度が各方向で異なると、各方向に電波を傾けた際に得られた反射信号の相対的な強度比較が難しくなる。また、曲げ角が目的とする方向に対してずれてしまった場合、他方向に曲げた電波と放射エリアが重複してしまい、被検知物の位置情報が正確に得られない。
【００１４】
図４は、無給電素子の配設位置は変化せずに横方向寸法Ｗ２、Ｗ３を小さくした際のマイクロストリップアンテナ形態と、図上上方向、下方向、そして左方向に電波を傾けた際の放射パターンと電波強度、そして基板に対して水平方向における電波の曲げ角φを示す。
解析条件は、Ｗ１＝Ｗ４＝７．０ｍｍ、Ｗ２＝Ｗ３＝６．６ｍｍで、給電点より印加される電波の周波数は１０．５２５ＧＨｚとした。
図のように、給電点が偏っている側の無給電素子の横寸法を小さくすることにより、その無給電素子の空間結合量を小さく出来る。また、上下のアンテナの電波強度を等しくすることにより、左方向に電波を曲げた際の放射パターンが、真横（＝１８０ｄｅｇ）に放射され、電波強度も上下方向と等しくなることが分かる。
【００１５】
これまで述べたように、給電素子の中心より、給電点が配設される方向の無給電素子の横寸法を、給電素子の中心より、給電点が配設されない方向の無給電素子の横寸法より小さくすることによって、上下左右の電波の放射強度および、放射パターンを均一化でき、センサの検知精度を向上することが可能となる。
【００１６】
また、本実施例においては、Ｗ２、Ｗ３の寸法を小さくすることにより放射強度及び放射パターンの調整を行ったが、Ｗ１、Ｗ４の寸法を大きくすることによっても同様の放射強度及び放射パターンの調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】：マイクロストリップアンテナの給電素子と給電点の関係
【図２】：本発明における高周波センサ装置の構成例
【図３】：本発明におけるマイクロストリップアンテナの構成例と、放射強度及び放射パターンのシミュレート結果
【図４】：本発明におけるマイクロストリップアンテナの構成例と、放射強度及び放射パターンのシミュレート結果
【符号の説明】
【００１８】
１００：基板材
１０１：接地電極
１１０：給電素子
１１１：給電点
１２１、１２２、１２３、１２４：無給電素子
１２９：スイッチ
１３０：発振部
１４０：検波部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を放射し、前記高周波信号の物体による反射波及び透過波の少なくともいずれかを受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波部と、を備えた高周波センサ装置であって、
前記アンテナは、
前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設され高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と前記接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチとを有し、
前記無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対して対称な位置にそれぞれ配置され、
前記スイッチを切替えて形成される前記高周波信号の放射方向及び電波強度が上下及び左右略対称になるように、
給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、
前記給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小いことを特徴とする高周波センサ装置。
【請求項１】
基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を放射し、前記高周波信号の物体による反射波及び透過波の少なくともいずれかを受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波部と、を備えた高周波センサ装置であって、
前記アンテナは、
前記基板の裏面上に高周波信号のグランドとして形成された接地電極と、
前記基板の表面上の前記接地電極と対向する位置に配設され高周波信号が給電される給電素子と、
前記基板の表面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と前記接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えるスイッチとを有し、
前記無給電素子は、給電素子の励振方向に対し斜め方向で、且つ給電素子に対して対称な位置にそれぞれ配置され、
前記スイッチを切替えて形成される前記高周波信号の放射方向及び電波強度が上下及び左右略対称になるように、
給電点に近い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法が、
前記給電点から遠い方にある無給電素子の給電素子の励振方向と直交する方向の寸法よりも小いことを特徴とする高周波センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１９４４１７（Ｐ２００９−１９４４１７Ａ）
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００１５（Ｐ２００８−３００１５）
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１２日（２００８．２．１２）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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