高周波モジュールおよび高周波モジュール群
【課題】 ミリ波通信システム、ミリ波センシングシステム等において、簡便堅牢な構成で十分に帯域が広く、かつ小型化できる高周波モジュールおよび高周波モジュール群を提供する。
【解決手段】 二枚の金属板２１，２３と、二枚の金属板２１，２３に挟まれた誘電体基板２２と、誘電体基板２２上に設けられたマイクロストリップ線路２６と、を備えるよう高周波モジュール１７を構成する。そして、金属板２１には貫通された孔２４を設け、金属板２３側に設けられた空隙２５内に、マイクロストリップ線路２６の一端が突出するようマイクロストリップ線路２６を設ける。
【解決手段】 二枚の金属板２１，２３と、二枚の金属板２１，２３に挟まれた誘電体基板２２と、誘電体基板２２上に設けられたマイクロストリップ線路２６と、を備えるよう高周波モジュール１７を構成する。そして、金属板２１には貫通された孔２４を設け、金属板２３側に設けられた空隙２５内に、マイクロストリップ線路２６の一端が突出するようマイクロストリップ線路２６を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波通信およびセンシング等に用いる高周波モジュール等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波等の高周波を用いた通信システムやセンシングシステムのニーズが高まってきた。これらのシステムにおけるミリ波通信においてはＵＷＢ（Ultra Wide Band）という広帯域な通信システムのニーズが高まっている。またセンシングシステムにおいてはパッシブミリ波イメージングのニーズが高まっている。
【０００３】
このような広帯域なミリ波システムを実現するためには広帯域なアンテナおよび回路が必要である。広帯域なアンテナとしては導波管型（例えばホーンアンテナ）のアンテナがある。また、回路としてはマイクロストリップ型の回路がある。このホーンアンテナで捕らえたミリ波をマイクロストリップ回路に送るためには導波管／マイクロストリップ変換機構が必要となる。
【０００４】
従来、広帯域なミリ波アンテナ、回路構成に関するものとして下記の特許文献１および特許文献２に開示されている構成がある。これらにおいて開示されているアンテナは平面アンテナであるが、平面アンテナであるためにアンテナで捕らえたミリ波を検知する回路をアンテナと同一の基板で構成することが可能であり、導波管アンテナの場合に必要となる導波管／マイクロストリップ変換機構が不要である。
【０００５】
また、別の従来技術としてIEEE Transactions on Antennas and Propagation Vol.38, No.9, September 1990のpp1473-1482に開示されている導波管ホーンと平面アンテナとを組み合わせた構造がある。この構造は、導波管ホーンアンテナを用いられており、かつホーンアンテナの内部にミリ波の伝搬方向に対して垂直にメーンブレーン（薄膜）が設けられ、メーンブレーン状に平面アンテナが配置された構造となっている。このことにより、奥行き方向の小型化が図られている。
【特許文献１】特開平１１−１６３６２６号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２で開示されている技術は、アンテナはその指向性が基板に水平な方向となるエンドファイアー型であるため、このアンテナを用いてミリ波受信のためのモジュールを構成する場合は、そのモジュールが導波管の奥行き方向に長くなってしまう。これは受信ユニットを小型化する上で不利である。
【０００７】
また、IEEE Transactions on Antennas and Propagation Vol.38, No.9, September 1990のpp1473-1482に開示されている技術は、シリコン酸化膜のメーンブレーンをホーン内に浮かせる構造であるため、非常に構造が複雑である。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑み、ミリ波通信システム、ミリ波センシングシステム等において、簡便堅牢な構成で十分に帯域が広く、かつ小型化できる高周波モジュールおよび高周波モジュール群を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の高周波モジュール（１７：「課題を解決するための手段」の欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄で用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）は、自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、二枚の金属板（２１，２３）と、二枚の金属板に挟まれた誘電体基板（２２）と、誘電体基板上に設けられた平面線路（２６）と、を備え、金属板（２１，２３）の一方には貫通された孔（２４）が設けられており、他方の金属板（２３）側であって孔（２４）の略同内寸延長上の誘電体基板（２２）上の部位に、平面線路（２６）の一端が位置するよう平面線路（２６）が設けられている。なお、ここで言う「孔」というのは、その断面形状が、円形、矩形等、どのような形状であってもよい。
【００１０】
このような高周波モジュールによれば、自由空間を伝搬する微弱な高周波が孔に進入すると誘電体基板を透過して金属板にまで達し、そしてその金属板によって高周波が反射されて定在波が生じる。そして、この定在波の腹の部分に平面線路の一端が位置するように平面線路の設置位置を調整することにより、微弱な高周波を広帯域かつ高効率に平面線路を伝搬する高周波へと変換することができる。また、本発明の高周波モジュールは、上述したように板状の構成物によって構成されるため、従来の高周波モジュールと比較して非常に小型化することができる。
【００１１】
また、孔が設けられた金属板側の誘電体基板上に平面線路を設けるようにしてもよい。つまり、請求項５に記載の高周波モジュールのように、自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、二枚の金属板と、二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、誘電体基板上に設けられた平面線路と、を備え、金属板の一方には貫通された孔が設けられており、誘電体基板における孔に面する部位に、平面線路の一端が位置するよう平面線路が設けられていてもよい。
【００１２】
このような高周波モジュールであっても、上述した請求項１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
ところで、平面線路としては、例えば、スロット線路や、コプレナ線路や、トリプレート型の線路等が考えられるが、特にマイクロストリップ線路であると都合がよい。なぜなら、マイクロストリップ線路の構造上、上述した定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路の一端を配置させることが比較的容易であるからである。なお、その場合、請求項１に記載の高周波モジュールの構造であれば、マイクロストリップ線路の一端が、孔を略同内寸で誘電体基板側に延長させたとした場合の仮想的な孔内に突出しているようにマイクロストリップ線路を配置させるとよい（請求項２）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造の場合は、マイクロストリップ線路の一端が金属板に設けられた孔内に突出しているようにマイクロストリップ線路を配置させるとよい（請求項６）。
【００１３】
このようになっていれば、上述した定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路の一端を配置させることが比較的容易であるため、広帯域かつ高効率な高周波モジュールを容易に提供することができる。
【００１４】
なお、請求項１に記載の高周波モジュールの構造の場合、マイクロストリップ線路の上記仮想的な孔への突出位置は、マイクロストリップ線路の線路方向が上記仮想的な孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、誘電体基板と平行状態で、線路方向と垂直方向へ所定量シフトしているとよい（請求項３）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造であれば、マイクロストリップ線路の上記金属に設けられた孔への突出位置は、マイクロストリップ線路の線路方向が孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、誘電体基板と平行状態で、線路方向と垂直方向へ所定量シフトしているとよい（請求項７）。
【００１５】
このようになっていれば、シフト量を調整することにより、アンテナ（上記金属板に設けられた孔）のインピーダンスと平面線路側のインピーダンスとの間の整合を調整することができ、その結果、変換できる周波数帯域を広げることができる。
【００１６】
なお、このシフト量は、請求項１に記載の高周波モジュールの構造の場合、シフト方向における上記仮想的な孔の内寸の１０％〜１５％であるとよい（請求項４）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造の場合は、シフト方向における、上述した金属板に設けられた孔の内寸の１０％〜１５％であるとよい（請求項８）。この数値範囲の根拠については、「発明を実施するための最良の形態」欄にて説明する。
【００１７】
ところで、上述した金属板に設けられた孔は、誘電体基板から所定距離以上離れた位置から開口部方向へ向かうにつれて内寸が大きくなるよう形成されているとよい（請求項９）。
【００１８】
このように孔を形成することにより、ホーンアンテナが有する効果と同様の効果を得ることができるようになり、本発明の高周波モジュールがより広帯域な特性を得ることができるようになる。
【００１９】
また、孔が設けられた金属板ではない他方の金属板における、誘電体基板を挟み孔の位置と対称な位置に、誘電体基板によって開口部が塞がれた状態の空隙（２５）が設けられているとよい（請求項１０）。
【００２０】
このような空隙の存在により、空隙内で高周波が反射されて効果的に定在波のエネルギーが高められ、結果的に高効率な特性を有する高周波モジュールが得られる。
なお、このような空隙は、誘電体基板と平行な面において、孔の断面形状と同一の大きさの矩形であり、その矩形における短い辺の方が、前記平面線路の線路方向と平行であるとよい（請求項１１）。仮に、空隙の断面積の方が、孔の断面積よりも著しく小さい場合は、空隙部分でない金属板の部分で高周波の反射が起こり、エネルギーの損失が発生することが考えられる。したがって、空隙と孔の断面形状が同一であれば、このような反射の発生を防止することができる。また、断面形状が矩形であることにより、矩形の短辺方向の偏波面を持つ高周波を選択して孔に入力させることが可能となる。これらの結果、平面線路の線路方向と偏波面とが一致し、変換効率が向上する。
【００２１】
また、誘電体基板によって塞がれた空隙の開口部に、空隙に対する平面線路の突出方向と反対方向から延出された壁部（２３ａ）が誘電体基板に沿って設けられており、当該壁部によって開口部の一部が塞がれているとよい（請求項１２）。
【００２２】
このようになっていれば、この壁部の延出量を調整することにより、アンテナ（孔）のインピーダンスと平面線路側のインピーダンスと間の整合を調整することができ、その結果、変換できる周波数帯域を広げることができる。また、壁部の内側（空隙の中心側）の壁により、空隙内の反射波の重なりが増強され、高周波モジュールの変換効率が向上する。
【００２３】
なお、この壁部の延出量は、上述した空隙の開口部の開口面における短辺の長さの３０％〜４０％であるとよい（請求項１３）。この数値範囲の根拠については、「発明を実施するための最良の形態」欄にて説明する。
【００２４】
ところで、高周波モジュールは、さらに、検波機能を有する高周波回路（２７）を備え、その高周波回路が平面線路の他端（上述した平面線路の「一端」の対する反対端）に接続されているとよい（請求項１４）。
【００２５】
このようになっていれば、高周波モジュール単体で、検波された状態の信号を出力することができる。
また、これら高周波モジュールを、孔の開口方向を揃えて複数並べることによって高周波モジュール群（１１）を構成させてもよい（請求項１５）。
【００２６】
このようになっていれば、所望の指向性を十分に得やすく、所望の利得も得やすい。また、各高周波モジュールからの信号を処理することにより映像化することも可能となる。
また、高周波モジュール群の孔の開口方向近傍に凸型の誘電体レンズ（１３）を配置するようにするとよい（請求項１６）。なお、誘電体レンズ一つにより、全ての高周波モジュールをまかなうようになっていてもよいし、誘電体レンズを高周波モジュール毎に孔の開口部近傍に配置するようにしてもよい。
【００２７】
このように凸型の誘電体レンズを配置することにより、球面波や円筒波を平面波に変換することができ、近傍の高周波発生源からの高周波を効率よく平面線路へ伝搬させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２９】
［前提］
任意の物体からは、その温度とその表面の材質等によって決まる電磁波が放射されている（プランクの放射法則）。この放射電磁波のピーク電力は赤外光の領域にあるが、ミリ波帯、マイクロ波帯といった電波帯域にも微弱な放射電磁波がある。ミリ波帯での放射電力は数式１で表すことができる（Rayleigh-Jeanの近似式）。
【００３０】
【数１】
【００３１】
ここでｋ［Ｊ／Ｋ］はボルツマン定数、Δｆ［Ｈｚ］は観測帯域幅、Ｔ［Ｋ］はターゲットの物理温度、εは放射率である。
近年、このミリ波帯での放射電力を受信することにより、物体の形状を認識するパッシブミリ波イメージングセンサのニーズが高まりつつある。ミリ波は可視光に対して霧中での透過率が高いためにパッシブミリ波イメージングセンサは天候に左右されないイメージングセンサとして期待が高まっている。
【００３２】
ところで数式１で明らかなように放射電力は非常に微弱である．たとえば３００［Ｋ］の黒体（放射率が１）から放射される電力は１［ＧＨｚ］あたりで４［ｐＷ］程度である。
【００３３】
また数式１で明らかなように放射電力は観測帯域幅に比例して大きくなる。このため受信電力を大きくするためには受信帯域を広くする必要がある。このためにパッシブミリ波イメージングセンサの受信機のＲＦ部の帯域は広い必要がある。
【００３４】
また一方で、パッシブミリ波イメージングセンサは一般に体格が大きく、小型化の期待が高い．そこで今回の発明においては小型で広帯域なパッシブミリ波イメージングセンサを構成する高周波モジュール群を開示する。
【００３５】
［実施形態１の構成］
図１は、検知対象である車両１９および実施形態１の高周波モジュール群１１の概略構成を示した説明図である。高周波モジュール群１１は、凸型の誘電体レンズ１３と、アレイ部１５とから構成され、車両１９から放射されるミリ波帯の放射電力（高周波）を、誘電体レンズ１３を介してアレイ部１５の各高周波モジュール１７が受信するような構成となっている。
【００３６】
誘電体レンズ１３は、凸型の形状をした誘電体（例えばポリエチレン）から構成されている。なお、レンズの厚さは、誘電体素材の屈折率や検知対象物とアレイ部１５との距離に応じて決定するとよい。具体的には、検知対象物から発せられる高周波が誘電体レンズ１３を透過することにより屈折されて平面波になるように決定するとよい。
【００３７】
アレイ部１５は、開口部の開口方向が揃えられた複数の高周波モジュール１７から構成され、これらの高周波モジュール１７自体は、円盤形状の金属板２１，２３とそれらに挟まれた円盤形状の誘電体基板２２とから主に構成される。
【００３８】
次に、高周波モジュール１７を一つだけ取り出し、図２を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００３９】
ここでは主に図２（ｂ）を用いて高周波モジュール１７の構成を説明する。高周波モジュール１７は、上述した通り、主に金属板２１，２３とそれらに挟まれた誘電体基板２２とから構成されるが、それらに加え、マイクロストリップ線路２６および高周波回路２７を備える。
【００４０】
金属板２１には、貫通する孔２４が設けられている。この孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）は、誘電体基板２２から所定位置２４ａまでは同一の内寸を有する矩形（例えば長辺３．１ｍｍ、短辺１．５５ｍｍ）であり、その所定位置２４ａを過ぎた箇所から開口部２４ｂまでは内寸がなだらかに拡大した矩形（例えば開口部２４ｂでは長辺９．４ｍｍ、短辺６．６ｍｍ）となっている。したがって、孔２４はストレート部を有するホーン型の導波管アンテナとしての役割を果たす。
【００４１】
金属板２３には、孔２４に対して誘電体基板２２を挟んで対称な位置に、直方体形状を有する空隙２５が設けられている。この空隙２５の断面（Ｄ１−Ｄ２で切断した際の断面）は、孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）と同一の断面を有する。
【００４２】
また、金属板２３には、空隙２５から図２（ｂ）の下方へ誘電体基板２２に沿って空洞２８が設けられている。なお、この空洞２８は、マイクロストリップ線路２６に接触しない程度の大きさを有する内寸を有するものである。
【００４３】
誘電体基板２２の金属板２３側には、上述した空洞２８内に収まる形でマイクロストリップ線路２６および高周波回路２７が配置されている。
マイクロストリップ線路２６は、上述した通り、誘電体基板２２上に配置されているがその一端が空隙２５に突出して配置されている。なお、この突出位置や突出量は、検知対象の高周波が空隙２５内に進入して反射することによって生じる定在波の腹の部分に、ちょうどマイクロストリップ線路２６の一端が位置するようになっていように決定するとよい。なお、空隙２５は、特許請求の範囲で言うところの「仮想的な孔」内に位置し、マイクロストリップ線路２６は、この「仮想的な孔」内に突出していることとなる。
【００４４】
高周波回路２７は、検波回路等から構成された回路であり、マイクロストリップ線路２６に接続され、マイクロストリップ線路２６を伝搬する高周波を入力して所定の信号を出力する回路である。
【００４５】
［実施形態１の作用・効果］
このような高周波モジュール１７によって構成された高周波モジュール群１１によれば、検知対称である車両１９から放射された微弱な高周波が誘電体レンズ１３によって平面波に変換されて孔２４に進入する。そして、進入した高周波は誘電体基板２２を透過して金属板２３にまで達し、金属板２３に設けられた空隙２５内の壁によって反射されて空隙２５内に定在波が生じる。この定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路２６の一端が位置するようになっているため、微弱な高周波を広帯域かつ高効率にマイクロストリップ線路２６を伝搬する高周波へと変換し、高周波回路２７によって検波されて信号として出力させることができる。
【００４６】
また、高周波モジュール群１１は、図１に示したように円盤状の金属板２１，２３および誘電体基板２２によって構成されているため、円盤の軸方向に対して薄くすることができるため、従来のものと比較して小型化することができる。
【００４７】
また、この孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）は矩形であるため、矩形の短辺方向の偏波面を持つ高周波を選択して孔２４に入力させることが可能となる。したがって、偏波面とマイクロストリップ線路２６の線路方向とが一致し、変換効率が向上する。
【００４８】
［他の実施形態］
（１）実施形態２
次に、他の実施形態について説明する。実施形態２は、高周波モジュール１７のマイクロストリップ線路２６の空隙２５への突出位置が、上記実施形態の高周波モジュール１７のものと比較して正面側から見た空隙２５の中心位置からシフトした実施形態である。
【００４９】
つまり、図３（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）に示すように、マイクロストリップ線路２６の突出位置が図面左側にシフトしている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ２断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００５０】
ここで、マイクロストリップ線路２６の突出位置のシフト量について説明するが、まず、高周波モジュール１７の反射特性について説明する。図６は、実施形態２の高周波モジュール１７の反射特性（Ｓ１１）と透過特性（Ｓ２１）についての実験結果および計算（シミュレーション）結果を示すグラフである。ここで言う「反射特性」というのは、孔２４に対して正面側から高周波を入力した際に得られる反射波についての周波数に応じた入出力電力比である。すなわち、この反射波の入出力電力比が低ければ反射によって失われる電力（エネルギー）損失が低いことを意味する。また、「透過特性」というのは、孔２４に対して正面側から高周波を入力した際に金属板２１、誘電体基板２２、金属板２３を透過する高周波についての周波数に応じた入出力電力比である。図６のグラフでは、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が大きく２箇所（７３ＧＨｚ近辺および８２ＧＨｚ近辺）あるが、このように入出力電力比が落ち込む箇所が２箇所あると、１箇所である場合と比較して高周波帯における反射波の入出力電力比の低い周波数帯が広がる（矢印Ｅの幅が広がる）結果となる。したがって、このように反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が２箇所出現するように高周波モジュール１７を構成するとよいことがわかる。
【００５１】
続いて図７に説明を移す。図７（ａ）に示すグラフは、マイクロストリップ線路２６のシフト量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図７（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した図であるが、孔２４を正面から見た際の孔２４の最深部の長辺は３．１ｍｍあり、マイクロストリップ線路２６のシフト量というのは矢印Ｆによって示される長さｄである。
【００５２】
図７（ａ）からわかるように、実験結果を考慮すれば長さｄが０．３０ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲で２つの共振点が表れ、この範囲であれば、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が広がることとなる。
【００５３】
また、図８は、マイクロストリップ線路のシフト量に応じた反射特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図８のグラフからわかるように、測定結果を考慮すれば長さｄが０．３０ｍｍから０．４５ｍｍの範囲であれば、反射波の入出力電力比が−２０ｄＢ以下である周波数帯が比較的広くなる。
【００５４】
これらの結果から、長辺の全長に対して１０％〜１５％程度、マイクロストリップ線路２６の突出位置を中心位置からシフトさせると反射損失が少なくなり、高効率な高周波モジュールが得られることがわかる。
【００５５】
（２）実施形態３
実施形態３は、図４（ｂ）に示すように、金属板２３に設けられた空隙２５の誘電体基板２２によって塞がれている部分に壁部２３ａが設けられていることを特徴とする実施形態である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１１側から眺めた図）におけるＡ１−Ａ２断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００５６】
壁部２３ａについて詳しく説明すると、壁部２３ａは直方体形状を有し、空隙２５の誘電体基板２２が無ければ開口部（以下、単に「開口部」という。）となる部分におけるマイクロストリップ線路２６ａの突出位置とは反対側に設けられている。なお、この壁部２３ａを構成する直方体形状は、その長辺が、開口部の開口面の長辺と同寸となっている。また、この壁部２３ａは、金属板２３ａと同一の材質である。
【００５７】
ここで、壁部２３ａの延出量について説明する。図９（ａ）は、壁部２３ａの延出量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図９（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した図であるが、孔２４を正面から見た際の孔２４の最深部の短辺は１．５５ｍｍであり、壁部２３ａの延出量というのは矢印Ｇによって示される長さｐである。
【００５８】
図９（ａ）からわかるように、実験結果を考慮すれば長さｐが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲で２つの共振点が表れ、この範囲であれば、上記他実施形態２のものと同様、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が広がることとなる。
【００５９】
また、図１０は、壁部の延出量に応じた反射特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図１０のグラフからわかるように、測定結果を考慮すれば長さｐが０．４８ｍｍ〜０．５６ｍｍの範囲であれば、反射波の入出力電力比が−２０ｄＢ以下である周波数帯が広いことがわかる。
【００６０】
これらの結果から、開口部の短辺の全長に対して３０％〜４０％程度の範囲内で壁部２３ａを突出させると反射損失が少なくなり、高効率な高周波モジュールが得られることがわかる。
【００６１】
（３）実施形態４
実施形態４は、上述した実施形態２および実施形態３の特徴を併せ持った実施形態である。つまり、図５（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）に示すように、マイクロストリップ線路２６の突出位置が図面左側にシフトしていると共に、図５（ｂ）（図５（ａ）のＡ１−Ａ２断面図）に示すように、金属板２３に設けられた空隙２５の誘電体基板２２によって塞がれている部分に壁部２３ａが設けられていることとを特徴とする実施形態である。なお、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００６２】
このように構成すれば、上記実施形態３および実施形態４のそれぞれの特性を有し、さらに高効率な高周波モジュールが得られる。
（４）実施形態５
上記実施形態は何れの実施形態もマイクロストリップ線路２６が空隙２５内に突出するようになっていたが、マイクロストリップ線路２６は、孔２４内に突出するようになっていてもよい。つまり、図１１（図１１（ａ）は高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ１−Ａ２断面図）に示すように、誘電体基板２２に沿うようにして孔２４内に突出するようになっていてもよい。その場合、図１１（ｂ）に示すように、空洞２８および高周波回路２７も金属板２１側に設けられているとよい。
【００６３】
このような構成の高周波モジュール１７であっても、実施形態１と同様の効果を奏する。
（５）その他
上記各実施形態の説明では、検知対象の物体から放射された高周波を捉えて平面線路（マイクロストリップ線路２６）を伝搬する高周波へ変換する場合（つまり受信の場合）について説明したが、上述した各実施形態の高周波モジュール群１１を高周波の送信について利用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施形態の高周波モジュール群の概略構成を示した説明図である。
【図２】実施形態１の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図３】実施形態２の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図４】実施形態３の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図５】実施形態４の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図６】反射特性と透過特性についての実験結果および計算結果のグラフである。
【図７】マイクロストリップ線路のシフト量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図８】マイクロストリップ線路のシフト量に応じた反射特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図９】壁部の延出量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図１０】壁部の延出量に応じた反射特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図１１】実施形態５の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…高周波モジュール群、１３…誘電体レンズ、１５…アレイ部、１７…高周波モジュール、１９…車両、２１，２３…金属板、２３ａ…壁部、２２…誘電体基板、２４…孔、２５…空隙、２６…マイクロストリップ線路、２７…高周波回路、２８…空洞。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波通信およびセンシング等に用いる高周波モジュール等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波等の高周波を用いた通信システムやセンシングシステムのニーズが高まってきた。これらのシステムにおけるミリ波通信においてはＵＷＢ（Ultra Wide Band）という広帯域な通信システムのニーズが高まっている。またセンシングシステムにおいてはパッシブミリ波イメージングのニーズが高まっている。
【０００３】
このような広帯域なミリ波システムを実現するためには広帯域なアンテナおよび回路が必要である。広帯域なアンテナとしては導波管型（例えばホーンアンテナ）のアンテナがある。また、回路としてはマイクロストリップ型の回路がある。このホーンアンテナで捕らえたミリ波をマイクロストリップ回路に送るためには導波管／マイクロストリップ変換機構が必要となる。
【０００４】
従来、広帯域なミリ波アンテナ、回路構成に関するものとして下記の特許文献１および特許文献２に開示されている構成がある。これらにおいて開示されているアンテナは平面アンテナであるが、平面アンテナであるためにアンテナで捕らえたミリ波を検知する回路をアンテナと同一の基板で構成することが可能であり、導波管アンテナの場合に必要となる導波管／マイクロストリップ変換機構が不要である。
【０００５】
また、別の従来技術としてIEEE Transactions on Antennas and Propagation Vol.38, No.9, September 1990のpp1473-1482に開示されている導波管ホーンと平面アンテナとを組み合わせた構造がある。この構造は、導波管ホーンアンテナを用いられており、かつホーンアンテナの内部にミリ波の伝搬方向に対して垂直にメーンブレーン（薄膜）が設けられ、メーンブレーン状に平面アンテナが配置された構造となっている。このことにより、奥行き方向の小型化が図られている。
【特許文献１】特開平１１−１６３６２６号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２で開示されている技術は、アンテナはその指向性が基板に水平な方向となるエンドファイアー型であるため、このアンテナを用いてミリ波受信のためのモジュールを構成する場合は、そのモジュールが導波管の奥行き方向に長くなってしまう。これは受信ユニットを小型化する上で不利である。
【０００７】
また、IEEE Transactions on Antennas and Propagation Vol.38, No.9, September 1990のpp1473-1482に開示されている技術は、シリコン酸化膜のメーンブレーンをホーン内に浮かせる構造であるため、非常に構造が複雑である。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑み、ミリ波通信システム、ミリ波センシングシステム等において、簡便堅牢な構成で十分に帯域が広く、かつ小型化できる高周波モジュールおよび高周波モジュール群を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の高周波モジュール（１７：「課題を解決するための手段」の欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄で用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）は、自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、二枚の金属板（２１，２３）と、二枚の金属板に挟まれた誘電体基板（２２）と、誘電体基板上に設けられた平面線路（２６）と、を備え、金属板（２１，２３）の一方には貫通された孔（２４）が設けられており、他方の金属板（２３）側であって孔（２４）の略同内寸延長上の誘電体基板（２２）上の部位に、平面線路（２６）の一端が位置するよう平面線路（２６）が設けられている。なお、ここで言う「孔」というのは、その断面形状が、円形、矩形等、どのような形状であってもよい。
【００１０】
このような高周波モジュールによれば、自由空間を伝搬する微弱な高周波が孔に進入すると誘電体基板を透過して金属板にまで達し、そしてその金属板によって高周波が反射されて定在波が生じる。そして、この定在波の腹の部分に平面線路の一端が位置するように平面線路の設置位置を調整することにより、微弱な高周波を広帯域かつ高効率に平面線路を伝搬する高周波へと変換することができる。また、本発明の高周波モジュールは、上述したように板状の構成物によって構成されるため、従来の高周波モジュールと比較して非常に小型化することができる。
【００１１】
また、孔が設けられた金属板側の誘電体基板上に平面線路を設けるようにしてもよい。つまり、請求項５に記載の高周波モジュールのように、自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、二枚の金属板と、二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、誘電体基板上に設けられた平面線路と、を備え、金属板の一方には貫通された孔が設けられており、誘電体基板における孔に面する部位に、平面線路の一端が位置するよう平面線路が設けられていてもよい。
【００１２】
このような高周波モジュールであっても、上述した請求項１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
ところで、平面線路としては、例えば、スロット線路や、コプレナ線路や、トリプレート型の線路等が考えられるが、特にマイクロストリップ線路であると都合がよい。なぜなら、マイクロストリップ線路の構造上、上述した定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路の一端を配置させることが比較的容易であるからである。なお、その場合、請求項１に記載の高周波モジュールの構造であれば、マイクロストリップ線路の一端が、孔を略同内寸で誘電体基板側に延長させたとした場合の仮想的な孔内に突出しているようにマイクロストリップ線路を配置させるとよい（請求項２）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造の場合は、マイクロストリップ線路の一端が金属板に設けられた孔内に突出しているようにマイクロストリップ線路を配置させるとよい（請求項６）。
【００１３】
このようになっていれば、上述した定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路の一端を配置させることが比較的容易であるため、広帯域かつ高効率な高周波モジュールを容易に提供することができる。
【００１４】
なお、請求項１に記載の高周波モジュールの構造の場合、マイクロストリップ線路の上記仮想的な孔への突出位置は、マイクロストリップ線路の線路方向が上記仮想的な孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、誘電体基板と平行状態で、線路方向と垂直方向へ所定量シフトしているとよい（請求項３）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造であれば、マイクロストリップ線路の上記金属に設けられた孔への突出位置は、マイクロストリップ線路の線路方向が孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、誘電体基板と平行状態で、線路方向と垂直方向へ所定量シフトしているとよい（請求項７）。
【００１５】
このようになっていれば、シフト量を調整することにより、アンテナ（上記金属板に設けられた孔）のインピーダンスと平面線路側のインピーダンスとの間の整合を調整することができ、その結果、変換できる周波数帯域を広げることができる。
【００１６】
なお、このシフト量は、請求項１に記載の高周波モジュールの構造の場合、シフト方向における上記仮想的な孔の内寸の１０％〜１５％であるとよい（請求項４）。また、請求項５に記載の高周波モジュールの構造の場合は、シフト方向における、上述した金属板に設けられた孔の内寸の１０％〜１５％であるとよい（請求項８）。この数値範囲の根拠については、「発明を実施するための最良の形態」欄にて説明する。
【００１７】
ところで、上述した金属板に設けられた孔は、誘電体基板から所定距離以上離れた位置から開口部方向へ向かうにつれて内寸が大きくなるよう形成されているとよい（請求項９）。
【００１８】
このように孔を形成することにより、ホーンアンテナが有する効果と同様の効果を得ることができるようになり、本発明の高周波モジュールがより広帯域な特性を得ることができるようになる。
【００１９】
また、孔が設けられた金属板ではない他方の金属板における、誘電体基板を挟み孔の位置と対称な位置に、誘電体基板によって開口部が塞がれた状態の空隙（２５）が設けられているとよい（請求項１０）。
【００２０】
このような空隙の存在により、空隙内で高周波が反射されて効果的に定在波のエネルギーが高められ、結果的に高効率な特性を有する高周波モジュールが得られる。
なお、このような空隙は、誘電体基板と平行な面において、孔の断面形状と同一の大きさの矩形であり、その矩形における短い辺の方が、前記平面線路の線路方向と平行であるとよい（請求項１１）。仮に、空隙の断面積の方が、孔の断面積よりも著しく小さい場合は、空隙部分でない金属板の部分で高周波の反射が起こり、エネルギーの損失が発生することが考えられる。したがって、空隙と孔の断面形状が同一であれば、このような反射の発生を防止することができる。また、断面形状が矩形であることにより、矩形の短辺方向の偏波面を持つ高周波を選択して孔に入力させることが可能となる。これらの結果、平面線路の線路方向と偏波面とが一致し、変換効率が向上する。
【００２１】
また、誘電体基板によって塞がれた空隙の開口部に、空隙に対する平面線路の突出方向と反対方向から延出された壁部（２３ａ）が誘電体基板に沿って設けられており、当該壁部によって開口部の一部が塞がれているとよい（請求項１２）。
【００２２】
このようになっていれば、この壁部の延出量を調整することにより、アンテナ（孔）のインピーダンスと平面線路側のインピーダンスと間の整合を調整することができ、その結果、変換できる周波数帯域を広げることができる。また、壁部の内側（空隙の中心側）の壁により、空隙内の反射波の重なりが増強され、高周波モジュールの変換効率が向上する。
【００２３】
なお、この壁部の延出量は、上述した空隙の開口部の開口面における短辺の長さの３０％〜４０％であるとよい（請求項１３）。この数値範囲の根拠については、「発明を実施するための最良の形態」欄にて説明する。
【００２４】
ところで、高周波モジュールは、さらに、検波機能を有する高周波回路（２７）を備え、その高周波回路が平面線路の他端（上述した平面線路の「一端」の対する反対端）に接続されているとよい（請求項１４）。
【００２５】
このようになっていれば、高周波モジュール単体で、検波された状態の信号を出力することができる。
また、これら高周波モジュールを、孔の開口方向を揃えて複数並べることによって高周波モジュール群（１１）を構成させてもよい（請求項１５）。
【００２６】
このようになっていれば、所望の指向性を十分に得やすく、所望の利得も得やすい。また、各高周波モジュールからの信号を処理することにより映像化することも可能となる。
また、高周波モジュール群の孔の開口方向近傍に凸型の誘電体レンズ（１３）を配置するようにするとよい（請求項１６）。なお、誘電体レンズ一つにより、全ての高周波モジュールをまかなうようになっていてもよいし、誘電体レンズを高周波モジュール毎に孔の開口部近傍に配置するようにしてもよい。
【００２７】
このように凸型の誘電体レンズを配置することにより、球面波や円筒波を平面波に変換することができ、近傍の高周波発生源からの高周波を効率よく平面線路へ伝搬させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。尚、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
【００２９】
［前提］
任意の物体からは、その温度とその表面の材質等によって決まる電磁波が放射されている（プランクの放射法則）。この放射電磁波のピーク電力は赤外光の領域にあるが、ミリ波帯、マイクロ波帯といった電波帯域にも微弱な放射電磁波がある。ミリ波帯での放射電力は数式１で表すことができる（Rayleigh-Jeanの近似式）。
【００３０】
【数１】
【００３１】
ここでｋ［Ｊ／Ｋ］はボルツマン定数、Δｆ［Ｈｚ］は観測帯域幅、Ｔ［Ｋ］はターゲットの物理温度、εは放射率である。
近年、このミリ波帯での放射電力を受信することにより、物体の形状を認識するパッシブミリ波イメージングセンサのニーズが高まりつつある。ミリ波は可視光に対して霧中での透過率が高いためにパッシブミリ波イメージングセンサは天候に左右されないイメージングセンサとして期待が高まっている。
【００３２】
ところで数式１で明らかなように放射電力は非常に微弱である．たとえば３００［Ｋ］の黒体（放射率が１）から放射される電力は１［ＧＨｚ］あたりで４［ｐＷ］程度である。
【００３３】
また数式１で明らかなように放射電力は観測帯域幅に比例して大きくなる。このため受信電力を大きくするためには受信帯域を広くする必要がある。このためにパッシブミリ波イメージングセンサの受信機のＲＦ部の帯域は広い必要がある。
【００３４】
また一方で、パッシブミリ波イメージングセンサは一般に体格が大きく、小型化の期待が高い．そこで今回の発明においては小型で広帯域なパッシブミリ波イメージングセンサを構成する高周波モジュール群を開示する。
【００３５】
［実施形態１の構成］
図１は、検知対象である車両１９および実施形態１の高周波モジュール群１１の概略構成を示した説明図である。高周波モジュール群１１は、凸型の誘電体レンズ１３と、アレイ部１５とから構成され、車両１９から放射されるミリ波帯の放射電力（高周波）を、誘電体レンズ１３を介してアレイ部１５の各高周波モジュール１７が受信するような構成となっている。
【００３６】
誘電体レンズ１３は、凸型の形状をした誘電体（例えばポリエチレン）から構成されている。なお、レンズの厚さは、誘電体素材の屈折率や検知対象物とアレイ部１５との距離に応じて決定するとよい。具体的には、検知対象物から発せられる高周波が誘電体レンズ１３を透過することにより屈折されて平面波になるように決定するとよい。
【００３７】
アレイ部１５は、開口部の開口方向が揃えられた複数の高周波モジュール１７から構成され、これらの高周波モジュール１７自体は、円盤形状の金属板２１，２３とそれらに挟まれた円盤形状の誘電体基板２２とから主に構成される。
【００３８】
次に、高周波モジュール１７を一つだけ取り出し、図２を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ１−Ａ２断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００３９】
ここでは主に図２（ｂ）を用いて高周波モジュール１７の構成を説明する。高周波モジュール１７は、上述した通り、主に金属板２１，２３とそれらに挟まれた誘電体基板２２とから構成されるが、それらに加え、マイクロストリップ線路２６および高周波回路２７を備える。
【００４０】
金属板２１には、貫通する孔２４が設けられている。この孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）は、誘電体基板２２から所定位置２４ａまでは同一の内寸を有する矩形（例えば長辺３．１ｍｍ、短辺１．５５ｍｍ）であり、その所定位置２４ａを過ぎた箇所から開口部２４ｂまでは内寸がなだらかに拡大した矩形（例えば開口部２４ｂでは長辺９．４ｍｍ、短辺６．６ｍｍ）となっている。したがって、孔２４はストレート部を有するホーン型の導波管アンテナとしての役割を果たす。
【００４１】
金属板２３には、孔２４に対して誘電体基板２２を挟んで対称な位置に、直方体形状を有する空隙２５が設けられている。この空隙２５の断面（Ｄ１−Ｄ２で切断した際の断面）は、孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）と同一の断面を有する。
【００４２】
また、金属板２３には、空隙２５から図２（ｂ）の下方へ誘電体基板２２に沿って空洞２８が設けられている。なお、この空洞２８は、マイクロストリップ線路２６に接触しない程度の大きさを有する内寸を有するものである。
【００４３】
誘電体基板２２の金属板２３側には、上述した空洞２８内に収まる形でマイクロストリップ線路２６および高周波回路２７が配置されている。
マイクロストリップ線路２６は、上述した通り、誘電体基板２２上に配置されているがその一端が空隙２５に突出して配置されている。なお、この突出位置や突出量は、検知対象の高周波が空隙２５内に進入して反射することによって生じる定在波の腹の部分に、ちょうどマイクロストリップ線路２６の一端が位置するようになっていように決定するとよい。なお、空隙２５は、特許請求の範囲で言うところの「仮想的な孔」内に位置し、マイクロストリップ線路２６は、この「仮想的な孔」内に突出していることとなる。
【００４４】
高周波回路２７は、検波回路等から構成された回路であり、マイクロストリップ線路２６に接続され、マイクロストリップ線路２６を伝搬する高周波を入力して所定の信号を出力する回路である。
【００４５】
［実施形態１の作用・効果］
このような高周波モジュール１７によって構成された高周波モジュール群１１によれば、検知対称である車両１９から放射された微弱な高周波が誘電体レンズ１３によって平面波に変換されて孔２４に進入する。そして、進入した高周波は誘電体基板２２を透過して金属板２３にまで達し、金属板２３に設けられた空隙２５内の壁によって反射されて空隙２５内に定在波が生じる。この定在波の腹の部分にマイクロストリップ線路２６の一端が位置するようになっているため、微弱な高周波を広帯域かつ高効率にマイクロストリップ線路２６を伝搬する高周波へと変換し、高周波回路２７によって検波されて信号として出力させることができる。
【００４６】
また、高周波モジュール群１１は、図１に示したように円盤状の金属板２１，２３および誘電体基板２２によって構成されているため、円盤の軸方向に対して薄くすることができるため、従来のものと比較して小型化することができる。
【００４７】
また、この孔２４の断面（Ｃ１−Ｃ２で切断した際の断面）は矩形であるため、矩形の短辺方向の偏波面を持つ高周波を選択して孔２４に入力させることが可能となる。したがって、偏波面とマイクロストリップ線路２６の線路方向とが一致し、変換効率が向上する。
【００４８】
［他の実施形態］
（１）実施形態２
次に、他の実施形態について説明する。実施形態２は、高周波モジュール１７のマイクロストリップ線路２６の空隙２５への突出位置が、上記実施形態の高周波モジュール１７のものと比較して正面側から見た空隙２５の中心位置からシフトした実施形態である。
【００４９】
つまり、図３（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）に示すように、マイクロストリップ線路２６の突出位置が図面左側にシフトしている。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ２断面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００５０】
ここで、マイクロストリップ線路２６の突出位置のシフト量について説明するが、まず、高周波モジュール１７の反射特性について説明する。図６は、実施形態２の高周波モジュール１７の反射特性（Ｓ１１）と透過特性（Ｓ２１）についての実験結果および計算（シミュレーション）結果を示すグラフである。ここで言う「反射特性」というのは、孔２４に対して正面側から高周波を入力した際に得られる反射波についての周波数に応じた入出力電力比である。すなわち、この反射波の入出力電力比が低ければ反射によって失われる電力（エネルギー）損失が低いことを意味する。また、「透過特性」というのは、孔２４に対して正面側から高周波を入力した際に金属板２１、誘電体基板２２、金属板２３を透過する高周波についての周波数に応じた入出力電力比である。図６のグラフでは、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が大きく２箇所（７３ＧＨｚ近辺および８２ＧＨｚ近辺）あるが、このように入出力電力比が落ち込む箇所が２箇所あると、１箇所である場合と比較して高周波帯における反射波の入出力電力比の低い周波数帯が広がる（矢印Ｅの幅が広がる）結果となる。したがって、このように反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が２箇所出現するように高周波モジュール１７を構成するとよいことがわかる。
【００５１】
続いて図７に説明を移す。図７（ａ）に示すグラフは、マイクロストリップ線路２６のシフト量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図７（ｂ）は、図３（ａ）の一部を拡大した図であるが、孔２４を正面から見た際の孔２４の最深部の長辺は３．１ｍｍあり、マイクロストリップ線路２６のシフト量というのは矢印Ｆによって示される長さｄである。
【００５２】
図７（ａ）からわかるように、実験結果を考慮すれば長さｄが０．３０ｍｍ〜０．４５ｍｍの範囲で２つの共振点が表れ、この範囲であれば、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が広がることとなる。
【００５３】
また、図８は、マイクロストリップ線路のシフト量に応じた反射特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図８のグラフからわかるように、測定結果を考慮すれば長さｄが０．３０ｍｍから０．４５ｍｍの範囲であれば、反射波の入出力電力比が−２０ｄＢ以下である周波数帯が比較的広くなる。
【００５４】
これらの結果から、長辺の全長に対して１０％〜１５％程度、マイクロストリップ線路２６の突出位置を中心位置からシフトさせると反射損失が少なくなり、高効率な高周波モジュールが得られることがわかる。
【００５５】
（２）実施形態３
実施形態３は、図４（ｂ）に示すように、金属板２３に設けられた空隙２５の誘電体基板２２によって塞がれている部分に壁部２３ａが設けられていることを特徴とする実施形態である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１１側から眺めた図）におけるＡ１−Ａ２断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００５６】
壁部２３ａについて詳しく説明すると、壁部２３ａは直方体形状を有し、空隙２５の誘電体基板２２が無ければ開口部（以下、単に「開口部」という。）となる部分におけるマイクロストリップ線路２６ａの突出位置とは反対側に設けられている。なお、この壁部２３ａを構成する直方体形状は、その長辺が、開口部の開口面の長辺と同寸となっている。また、この壁部２３ａは、金属板２３ａと同一の材質である。
【００５７】
ここで、壁部２３ａの延出量について説明する。図９（ａ）は、壁部２３ａの延出量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図９（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大した図であるが、孔２４を正面から見た際の孔２４の最深部の短辺は１．５５ｍｍであり、壁部２３ａの延出量というのは矢印Ｇによって示される長さｐである。
【００５８】
図９（ａ）からわかるように、実験結果を考慮すれば長さｐが０．５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲で２つの共振点が表れ、この範囲であれば、上記他実施形態２のものと同様、反射波の入出力電力比が落ち込む周波数帯が広がることとなる。
【００５９】
また、図１０は、壁部の延出量に応じた反射特性を示す実験結果および計算（シミュレーション）結果のグラフである。図１０のグラフからわかるように、測定結果を考慮すれば長さｐが０．４８ｍｍ〜０．５６ｍｍの範囲であれば、反射波の入出力電力比が−２０ｄＢ以下である周波数帯が広いことがわかる。
【００６０】
これらの結果から、開口部の短辺の全長に対して３０％〜４０％程度の範囲内で壁部２３ａを突出させると反射損失が少なくなり、高効率な高周波モジュールが得られることがわかる。
【００６１】
（３）実施形態４
実施形態４は、上述した実施形態２および実施形態３の特徴を併せ持った実施形態である。つまり、図５（ａ）の高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）に示すように、マイクロストリップ線路２６の突出位置が図面左側にシフトしていると共に、図５（ｂ）（図５（ａ）のＡ１−Ａ２断面図）に示すように、金属板２３に設けられた空隙２５の誘電体基板２２によって塞がれている部分に壁部２３ａが設けられていることとを特徴とする実施形態である。なお、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ１−Ｂ２断面図である。
【００６２】
このように構成すれば、上記実施形態３および実施形態４のそれぞれの特性を有し、さらに高効率な高周波モジュールが得られる。
（４）実施形態５
上記実施形態は何れの実施形態もマイクロストリップ線路２６が空隙２５内に突出するようになっていたが、マイクロストリップ線路２６は、孔２４内に突出するようになっていてもよい。つまり、図１１（図１１（ａ）は高周波モジュール１７の正面図（誘電体レンズ１３側から眺めた図）、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡ１−Ａ２断面図）に示すように、誘電体基板２２に沿うようにして孔２４内に突出するようになっていてもよい。その場合、図１１（ｂ）に示すように、空洞２８および高周波回路２７も金属板２１側に設けられているとよい。
【００６３】
このような構成の高周波モジュール１７であっても、実施形態１と同様の効果を奏する。
（５）その他
上記各実施形態の説明では、検知対象の物体から放射された高周波を捉えて平面線路（マイクロストリップ線路２６）を伝搬する高周波へ変換する場合（つまり受信の場合）について説明したが、上述した各実施形態の高周波モジュール群１１を高周波の送信について利用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施形態の高周波モジュール群の概略構成を示した説明図である。
【図２】実施形態１の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図３】実施形態２の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図４】実施形態３の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図５】実施形態４の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【図６】反射特性と透過特性についての実験結果および計算結果のグラフである。
【図７】マイクロストリップ線路のシフト量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図８】マイクロストリップ線路のシフト量に応じた反射特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図９】壁部の延出量に応じた共振周波数の特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図１０】壁部の延出量に応じた反射特性を示す実験結果および計算結果のグラフである。
【図１１】実施形態５の高周波モジュールを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１１…高周波モジュール群、１３…誘電体レンズ、１５…アレイ部、１７…高周波モジュール、１９…車両、２１，２３…金属板、２３ａ…壁部、２２…誘電体基板、２４…孔、２５…空隙、２６…マイクロストリップ線路、２７…高周波回路、２８…空洞。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、
二枚の金属板と、
前記二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた平面線路と、
を備え、
前記金属板の一方には貫通された孔が設けられており、他方の前記金属板側であって前記孔の略同内寸延長上の前記誘電体基板上の部位に、前記平面線路の一端が位置するよう前記平面線路が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波モジュールにおいて、
前記平面線路はマイクロストリップ線路であり、前記マイクロストリップ線路の一端が、前記孔を略同内寸で前記誘電体基板側に延長させたとした場合の仮想的な孔内に突出していること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波モジュールにおいて、
前記マイクロストリップ線路の前記仮想的な孔への突出位置は、前記マイクロストリップ線路の線路方向が前記仮想的な孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、前記誘電体基板と平行状態で、前記線路方向と垂直方向へ所定量シフトしていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の高周波モジュールにおいて、
前記シフトの前記所定量は、シフト方向における前記仮想的な孔の内寸の１０％〜１５％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項５】
自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、
二枚の金属板と、
前記二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた平面線路と、
を備え、
前記金属板の一方には貫通された孔が設けられており、前記誘電体基板における前記孔に面する部位に、前記平面線路の一端が位置するよう前記平面線路が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の高周波モジュールにおいて、
前記平面線路はマイクロストリップ線路であり、前記マイクロストリップ線路の一端が前記孔内に突出していること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の高周波モジュールにおいて、
前記マイクロストリップ線路の前記孔への突出位置は、前記マイクロストリップ線路の線路方向が前記孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、前記誘電体基板と平行状態で、前記線路方向と垂直方向へ所定量シフトしていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の高周波モジュールにおいて、
前記シフトの前記所定量は、シフト方向における前記孔の内寸の１０％〜１５％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
前記孔は、前記誘電体基板から所定距離以上離れた位置から開口部方向へ向かうにつれて内寸が大きくなるよう形成されていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
前記孔が設けられた前記金属板ではない他方の前記金属板における、前記誘電体基板を挟み前記孔の位置と対称な位置に、前記誘電体基板によって開口部が塞がれた状態の空隙が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の高周波モジュールにおいて、
前記誘電体基板と平行な面における前記孔の断面形状と前記空隙の断面形状とは、同一の大きさの矩形であり、その矩形における短い辺の方が、前記平面線路の線路方向と平行であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の高周波モジュールにおいて、
前記誘電体基板によって塞がれた前記空隙の前記開口部に、前記空隙に対する前記平面線路の突出方向と反対方向から延出された壁部が前記誘電体基板に沿って設けられており、当該壁部によって前記開口部の一部が塞がれていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の高周波モジュールにおいて、
前記壁部の延出量は、前記空隙の前記開口部の開口面における短辺の長さの３０％〜４０％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
さらに、検波機能を有する高周波回路を備え、
当該高周波回路は、前記平面線路の他端に接続されていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４の何れかに記載の高周波モジュールを、前記孔の開口方向を合わせて複数並べてなる高周波モジュール群。
【請求項１６】
請求項１５に記載の高周波モジュール群において、
さらに、当該高周波モジュール群の前記孔の開口方向近傍に凸型の誘電体レンズを配置してなる高周波モジュール群。
【請求項１】
自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、
二枚の金属板と、
前記二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた平面線路と、
を備え、
前記金属板の一方には貫通された孔が設けられており、他方の前記金属板側であって前記孔の略同内寸延長上の前記誘電体基板上の部位に、前記平面線路の一端が位置するよう前記平面線路が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波モジュールにおいて、
前記平面線路はマイクロストリップ線路であり、前記マイクロストリップ線路の一端が、前記孔を略同内寸で前記誘電体基板側に延長させたとした場合の仮想的な孔内に突出していること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波モジュールにおいて、
前記マイクロストリップ線路の前記仮想的な孔への突出位置は、前記マイクロストリップ線路の線路方向が前記仮想的な孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、前記誘電体基板と平行状態で、前記線路方向と垂直方向へ所定量シフトしていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の高周波モジュールにおいて、
前記シフトの前記所定量は、シフト方向における前記仮想的な孔の内寸の１０％〜１５％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項５】
自由空間を伝搬する高周波を、平面線路を伝搬する高周波へ変換する機能を有する高周波モジュールであって、
二枚の金属板と、
前記二枚の金属板に挟まれた誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた平面線路と、
を備え、
前記金属板の一方には貫通された孔が設けられており、前記誘電体基板における前記孔に面する部位に、前記平面線路の一端が位置するよう前記平面線路が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載の高周波モジュールにおいて、
前記平面線路はマイクロストリップ線路であり、前記マイクロストリップ線路の一端が前記孔内に突出していること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の高周波モジュールにおいて、
前記マイクロストリップ線路の前記孔への突出位置は、前記マイクロストリップ線路の線路方向が前記孔の中心軸を貫く位置から貫かない位置になるよう、前記誘電体基板と平行状態で、前記線路方向と垂直方向へ所定量シフトしていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載の高周波モジュールにおいて、
前記シフトの前記所定量は、シフト方向における前記孔の内寸の１０％〜１５％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
前記孔は、前記誘電体基板から所定距離以上離れた位置から開口部方向へ向かうにつれて内寸が大きくなるよう形成されていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
前記孔が設けられた前記金属板ではない他方の前記金属板における、前記誘電体基板を挟み前記孔の位置と対称な位置に、前記誘電体基板によって開口部が塞がれた状態の空隙が設けられていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載の高周波モジュールにおいて、
前記誘電体基板と平行な面における前記孔の断面形状と前記空隙の断面形状とは、同一の大きさの矩形であり、その矩形における短い辺の方が、前記平面線路の線路方向と平行であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の高周波モジュールにおいて、
前記誘電体基板によって塞がれた前記空隙の前記開口部に、前記空隙に対する前記平面線路の突出方向と反対方向から延出された壁部が前記誘電体基板に沿って設けられており、当該壁部によって前記開口部の一部が塞がれていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１３】
請求項１２に記載の高周波モジュールにおいて、
前記壁部の延出量は、前記空隙の前記開口部の開口面における短辺の長さの３０％〜４０％であること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３の何れかに記載の高周波モジュールにおいて、
さらに、検波機能を有する高周波回路を備え、
当該高周波回路は、前記平面線路の他端に接続されていること、
を特徴とする高周波モジュール。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１４の何れかに記載の高周波モジュールを、前記孔の開口方向を合わせて複数並べてなる高周波モジュール群。
【請求項１６】
請求項１５に記載の高周波モジュール群において、
さらに、当該高周波モジュール群の前記孔の開口方向近傍に凸型の誘電体レンズを配置してなる高周波モジュール群。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１１】
【図１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図３】
【図４】
【図５】
【図１１】
【図１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２８７５７９（Ｐ２００６−２８７５７９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０４２９４（Ｐ２００５−１０４２９４）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
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