CN102187249A - 电波传感器 - Google Patents

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CN102187249A
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岩田贤吾
阿部智之
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Abstract

本发明提供一种可精度良好地检测出存在于感应区域内的被感应体的有无、移动状态的S/N比优异、低耗电、且小型的电波传感器。具体为，具备：生成高频信号的振荡电路(1)；形成在由电介质构成的基板(2)的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极(3)；形成在另一个表面上的作为电波束放射高频信号并收发与被感应体碰撞而反射回来的电波束的天线电极(6)；及对由天线电极(6)接收的高频信号进行检波的检波元件(7)，检波元件(7)的任意一个端子经由调节天线电极(6)的频率的频率调节线路(12)与天线电极(6)连接，另一个端子与接地电极(3)连接，频率调节线路(12)连接在与为了向天线电极(6)供给振荡电路(1)中生成的高频信号而设置于天线电极(6)的供电点(图中配置有导通孔13a的位置)不同的天线电极(6)的位置上。

Description

电波传感器
技术领域
本发明涉及一种电波传感器，尤其涉及一种使用传感技术的电波传感器，该传感技术利用了电波束。
背景技术
以往，利用电波束(日本国内所允许使用的使用频带：10.50～10.55GHz或24.05～24.25GHz)，对存在于感应区域内的被感应体(移动体)的有无、移动状态进行感应的电波传感器(移动体感应传感器)使用于汽车、安保、住宅设备机器、自动门等领域。
专利文献1：日本国特开2004-361355号公报(段落0020～0021，第1图)
专利文献2：日本国特开2005-81032号公报(段落0045～0046，第4图)
作为利用电波束，对存在于感应区域内的被感应体的有无、移动状态进行感应的电波传感器，图14所示的专利文献1所述的电波传感器具备：生成高频信号的振荡电路1；作为电波束收发高频信号的收发天线6；及抽出由收发天线6发送的高频信号(发送波)和接收的高频信号(接收波)的频率的差分的检波元件7(二极管)。
振荡电路1和收发天线6经由传输线路11连接，在传输线路11的路径中途直接连接有二极管7的正极端子。振荡电路1中生成的高频信号经由传输线路11被传播至收发天线6，作为电波束而被发送。而且，电波传感器用收发天线6接收与存在于感应区域内的被感应体碰撞而反射回来的高频信号，通过二极管7抽出发送波和接收波的频率的差分，作为感应信号从连接在二极管7的负极端子上的输出线路8向外部输出。
电波传感器的感应性能的指标即S/N比由从电波传感器向空间(感应区域)发送的高频信号与存在于感应区域内的被感应体碰撞而反射并返回至电波传感器的高频信号的电能(接收电力：S)和当感应区域内不存在被感应体时从电波传感器输出的感应信号的电压振幅值(暗噪声：N)的大小来决定。从电波传感器向空间作为电波束而收发的高频信号的电能根据距离而衰减，频率越高则衰减量越为增加。因此，从电波传感器向空间发送的高频信号的频率变高时，与存在于感应区域内的被感应体碰撞而反射并返回至电波传感器的高频信号的接收电力降低，从而S/N比降低。
由于图14所示的电波传感器在传输线路11的路径中途直接连接有二极管7的正极端子，因此振荡电路1中生成的高频信号的电力的一部分被输入至二极管7。因而，从收发天线6向空间发送的高频信号的电能必然减少。而且，由于振荡电路1中生成的高频信号作为行波而经由传输线路11被传播至收发天线6，因此无法调节输入至二极管7的高频信号的电能。而且，电波传感器所使用的高频信号的频率越高，则越要求检波用短截线31、输出线路8及与输出线路8的后段连接的高频遮断用短截线32的形状、长度及设置位置的精度。而且，考虑到二极管7的容量不均、焊锡连接状态，在二极管7的正极端子和传输线路11的连接点容易产生阻抗不匹配。于是，振荡电路中生成的高频信号在二极管7的正极端子和传输线路11的连接点被反射，振荡电路中生成的高频信号的频率发生变化，被传播至收发天线的高频信号的电能有可能会进一步减少。
另一方面，可以容易地想到通过使用使振荡电路1中生成的高频信号的电能增加的天线增益较高的喇叭形天线、在传输线路上使多个天线元件相互连接的阵列天线来收发高频信号的单元，来补偿从天线向空间发送的高频信号的电能降低从而抑制S/N比的降低。
但是，使用上述单元时，从住宅设备机器、民用机器等商品的角度无法应对近年来基于环境问题等的电波传感器的低耗电化、小型化(薄型化)这样的要求。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种可精度良好地检测出存在于感应区域内的被感应体的有无、移动状态的S/N比优异、低耗电、且小型的电波传感器。
为了达成上述目的，本发明的电波传感器的特征在于，具备：生成高频信号的振荡电路；由电介质构成的基板；形成在基板的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极；形成在基板的另一个表面上的作为电波束放射高频信号并收发与被感应体碰撞而反射回来的电波束的天线电极；及对由天线电极接收的高频信号进行检波的检波元件，检波元件的任意一个端子经由调节天线电极的频率的频率调节线路与天线电极连接，另一个端子与接地电极连接，频率调节线路连接在与为了向天线电极供给振荡电路中生成的高频信号而设置于天线电极的供电点不同的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选频率调节线路连接在与频率调节线路所具有的阻抗不同的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选频率调节线路连接在天线电极激励时所产生的电场为大致最大的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选天线电极是具有垂直或水平偏振波成分的矩形天线电极，频率调节线路连接在与天线电极的激励方向正交的天线电极的边端上。
而且，为了达成上述目的，本发明的电波传感器的特征在于，具备：生成高频信号的振荡电路；由电介质构成的基板；形成在基板的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极；形成在基板的另一个表面上的作为电波束放射高频信号并收发与被感应体碰撞而反射回来的电波束的天线电极；及对由天线电极接收的高频信号进行检波的检波元件，检波元件的任意一个端子与接地电极连接，检波元件的另一个端子连接在与为了向天线电极供给振荡电路中生成的高频信号而设置于天线电极的供电点不同的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选检波元件的另一个端子连接在与检波元件的另一个端子所具有的阻抗不同的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选检波元件的另一个端子连接在天线电极激励时所产生的电场为大致最大的天线电极的位置上。
而且，本发明中优选天线电极是具有垂直或水平偏振波成分的矩形天线电极，检波元件的另一个端子连接在与天线电极的激励方向正交的天线电极的边端附近。
而且，本发明中优选还具备向外部输出由检波元件检波后的感应信号的输出线路，以振荡电路中生成的高频信号的频率与天线电极的共振频率变为大致相同的方式，规定天线电极至接地电极的电长度以及输出线路安装在天线电极上的位置。根据如此构成的本发明，使振荡电路中生成的高频信号的频率与天线电极的共振频率大致相同时，高频信号可效率良好地在天线电极中进行激励。其结果，能够使从天线电极放射的电波束的发送电能最大，在接收时也能够使接收电能最大。而且，由于能够经由天线电极使检波元件中检波的电力增大，因此感应精度提高。
而且，本发明中优选天线电极至接地电极的电长度被规定为经由天线电极经过检波元件后的高频信号在接地电极全反射的长度，输出线路的安装位置被规定于天线电极激励时所产生的电场为大致最小的天线电极的位置。根据如此构成的本发明，能够用更简易的结构使振荡电路中生成的高频信号的频率与天线电极的共振频率大致相同，即使存在制造不均，也能够在高频化时得到稳定的感应精度。
而且，本发明中优选天线电极至接地电极的电长度为，以根据沿基板传播的高频信号的频率决定的波长为基准，是4分之1波长的奇数倍。根据如此构成的本发明，由于能够使由检波元件检波后的感应信号的暗噪声(这里所说的暗噪声是指在传感器的感应范围内不存在被感应体时经由输出线路向外部输出的感应信号的振幅电压值)的电压值电平为大致最小，因此S/N比提高，可进一步使感应精度提高。
根据本发明，能够提供一种可精度良好地检测出存在于感应区域内的被感应体的有无、移动状态的S/N比优异、低耗电、且小型的电波传感器。
附图说明
图1是本发明第1实施方式的电波传感器的电路构成图。
图2是本发明第1实施方式的电波传感器的(a)正视图、(b)从正面侧观察的内部透视图、(c)从正面侧观察的背面部的透视图。
图3是本发明第1实施方式的电波传感器的(a)A-A’截面的主要部分放大图、(b)表示换算为波长的电长度的长度与暗噪声的关系的曲线图。
图4是本发明第1实施方式的(a)表示电波传感器所搭载的二极管的检波特性的一个例子的曲线图、(b)表示从电波传感器输出的感应信号的电压波形的一个例子的曲线图。
图5是本发明第1实施方式的电波传感器的(a)表示变形例1的主要部分正视图、(b)表示变形例2的主要部分正视图。
图6是本发明第1实施方式的电波传感器的(a)表示变形例3的主要部分正视图、(b)表示变形例4的主要部分正视图。
图7是本发明第1实施方式的电波传感器的(a)表示变形例5的主要部分正视图、(b)表示变形例6的主要部分正视图。
图8是本发明第2实施方式的电波传感器的(a)电路构成图、(b)正视图。
图9是本发明第2实施方式的电波传感器的(a)表示变形例7的主要部分正视图、(b)表示变形例8的主要部分正视图。
图10是本发明第3实施方式的电波传感器的(a)电路构成图、(b)正视图。
图11是本发明第3实施方式的(a)说明电波传感器的感应原理的曲线图、(b)表示通过从电波传感器输出的多个感应信号得到的相位差与距离的关系的曲线图。
图12是表示本发明第3实施方式的电波传感器的变形例9的正视图。
图13是表示从本发明第3实施方式的电波传感器输出的多个感应信号的波形的曲线图。
图14是表示现有技术所涉及的电波传感器的电路构成图。
符号说明
1-振荡电路；2-基板；3-接地电极；4、4a、4b-发送天线(发送电极)；5、5a、5b-接收天线(接收电极)；6-收发天线(收发电极)；7、7a、7b-检波元件(肖特基二极管)；8、8a、8b-输出线路；9、9a、9b-电压调节单元；11-信号传递单元；12、12a、12b-频率调节线路；13、13a～13h-导通孔；14-连接线路；15、15a、15b-电阻器；16-定向控制天线(定向控制电极)；21-恒压输出电路；22-放大电路(运算放大器)；23、23a、23b-电力分配电路；31-检波用短截线；32-高频遮断用短截线。
具体实施方式
本发明的电波传感器具备：生成高频信号的振荡电路；由电介质构成的基板；形成在基板的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极；作为电波束发送振荡电路中生成的高频信号的发送天线；接收与存在于感应区域内的被感应体碰撞而反射回来的高频信号的接收天线；与接收天线连接并对高频信号进行检波的检波元件；向外部输出从检波元件输出的感应信号的输出线路；及调节从检波元件输出的感应信号的电压值的电压调节单元。检波元件具有对高频信号(高频电力)进行检波并转换为直流电压的功能，例如肖特基二极管。检波元件只要具备成为二极管的半导体结构即可，FET(场效应管)的漏极端子和栅极端子之间，或者栅极端子和源极端子之间也可以作为检波元件而加以利用。电压调节单元具有调节从检波元件输出的感应信号的电压值的功能，例如任意一个端子接地的在陶瓷基材表面上形成有膜状电阻的电阻器。
发送天线及接收天线的形式可以考虑偶极天线或喇叭形天线、微带天线等各种各样的形式，只要发送天线和接收天线的偏振波方向大致相同，则不必一定是相同的天线结构、形状。而且，发送天线和接收天线也可以用1个天线收发高频信号。考虑电波传感器的低耗电化、小型化(薄型化)时，优选微带天线，其在由电介质构成的基板的一个表面或内部的大致整个面上具备作为高频信号的地线进行作用的接地电极，在另一个表面上形成有作为电波束收发高频信号的薄膜状天线电极。此时，如果在同一基板上形成作为发送天线及接收天线的多个天线电极，并联配置发送天线的电极面和接收天线的电极面，则能够感应存在于发送天线及接收天线前方的感应区域内的被感应体的有无、移动状态。而且，如果在不同的基板上形成作为发送天线的天线电极及作为接收天线的天线电极，使发送天线的电极面和接收天线的电极面相对地进行配置，则能够感应存在于被夹在发送天线和接收天线之间的空间内的被感应体的有无、移动状态。
而且，优选以与矩形天线电极相对的方式形成在基板内部或表面上的接地电极的形状与天线电极一样为矩形。而且，优选至少与矩形天线电极的激励方向平行的接地电极的1个边的长度为，以由沿基板传播的高频信号(在振荡电路中生成)的频率决定的波长为基准，是大致2分之1波长的奇数倍。由此，即使高频信号的频率变高，相对于沿基板传播的波长，接地电极的形状(1个边的长度)变大时，也能够使传播至接地电极的极微小的高频电流集中在接地电极的边端，使接地电极的中央部附近作为高频信号的地线稳定地进行作用。因而，如果使与接地电极相对地配置在基板上的天线电极形成于接地电极的大致中央部(距接地电极边端比约4分之1波长更加内侧的接地电极的位置)，则能够将从天线电极作为电波束收发的高频信号的放射形式控制为大致与基于电磁场模拟的设计一致。而且，由于在与天线电极的同一基板上形成振荡电路时，能够抑制在振荡电路内部及振荡电路至天线电极的高频信号的传输线路中产生阻抗不匹配，构成大致均一的微带线，因此能够高效地将具有规定频率、电能的高频信号传播至天线电极。
振荡电路和发送天线既可以装备在同一基板上，也可以分别装备。如果作为连接振荡电路和发送天线的信号传递单元使用形成在基板上的传输线路或导通孔、同轴电缆或同轴连接器，来连接振荡电路和发送天线，则振荡电路中生成的高频信号的电能几乎不会损失地被传播至发送天线，可作为电波束从发送天线发送。振荡电路是利用耿氏效应二极管、晶体管生成具有规定频率及电能的高频信号的高频电路。考虑电波传感器的低耗电化时，优选并用FET(场效应管)和电介质共振器来生成所希望的高频信号。而且，通过经由恒压输出电路(例如DC/DC转换器、齐纳二极管)向振荡电路输入规定的直流电源电压，能够将如下情况防患于未然，振荡电路中生成的高频信号的频率、电能因施加在电波传感器上的直流电源电压的变化而变动的情况，即产生振荡停止的情况。恒压输出电路和振荡电路既可以装备在同一基板上，也可以分别装备。而且，也可以根据需要作为信号传递单元具备滤波器电路(例如电子器件的高频用电容器、可通过铜箔蚀刻法直接形成在基板上的滤波器线路)，其在使振荡电路中生成的高频信号高效地通过的同时，对振荡电路侧和天线电极侧直流地进行分离(绝缘)，使高频信号从振荡电路传播至天线电极。
在本发明的电波传感器中，至少连接有检波元件(以下二极管)的接收天线是形成在基板另一个表面上的薄膜状天线电极(以下接收电极)，这是接地电极作为反射板进行作用的微带天线。在接收电极上直接或者经由频率调节线路连接有二极管的负极端子或正极端子的任意一个端子，二极管的另一个端子连接在接地电极上。
为了增加从电波传感器发送的电波束的定向增益，而使发送天线和接收天线邻近配置时，从发送天线发送的高频信号的一部分蔓延至接收天线，变为也从接收天线发送高频信号，接收天线还实现发送天线的作用。因而，由于发送天线和接收天线的相位差，从发送天线发送的高频信号和从接收天线发送的高频信号合并后的电波束的定向形式(最大放射强度方向、半功率角)变为发生变化。因此，如果不在预先控制(调节)连接有二极管的接收天线的共振频率(相位)的基础上，调节发送天线和接收天线的元件间空间，则很难控制从传感器发送的电波束的定向增益、定向形式(最大放射强度方向、半功率角)。
本发明的电波传感器在接收电极上直接或者经由频率调节线路连接有二极管的负极端子或正极端子的任意一个端子，而二极管的另一个端子连接在接地电极上的状态下，以接收电极的共振频率(相位)与振荡电路中生成的高频信号的频率大致相同(相同相位)或者较高(正相位)的方式，调节接收电极的形状或者频率调节线路的长度。如果在该接收电极的周围以设置规定的元件间空间的方式配置共振频率与振荡电路中生成的高频信号的频率大致相同的发送天线(发送电极)，则由从发送电极发送的高频信号和从接收电极发送的高频信号合并后的电波束的定向增益提高，能够使与存在于感应区域内的被感应体碰撞而反射回来的高频信号的电能增加。
但是，将向外部输出由二极管检波后的感应信号的输出线路连接在接收电极、频率调节线路的特定位置，即在接收电极及频率调节线路中传播的高频信号的电流值较大的接收电极、频率调节线路的位置上时，较大地受到输出线路所保有的电感成分、电容成分、连接于输出线路后段的放大电路等的影响，接收电极的共振频率发生变化。其结果，变得很难控制电波束的定向形式，且接收效率降低。
因而，最为优选输出线路连接于在接收电极及频率调节线路中传播的高频信号的电流值大致最大，即接收电极及频率调节线路激励时所产生的电场大致最小的接收电极及频率调节线路的位置上。例如，在偏振波方向为垂直偏振波的正方形接收电极的情况下，使接收电极的与激励方向平行的边端的长度为L时，在距接收电极的与激励方向正交的边端为0.5×L(与接收电极的激励方向正交的接收电极的中心线上)的接收电极的内侧或边端的位置上连接输出线路即可。而且，在偏振波方向为圆偏振波的接收电极的情况下，最为优选在接收电极的大致中心部的位置上连接输出线路。由此，由于不受输出线路及连接于输出线路后段的电路的电感成分、电容成分的影响，接收电极的共振频率几乎不发生变化，因此能够以规定的定向增益及定向形式放射电波束，同时能够防止接收效率降低。
将连接于接收电极或频率调节线路的输出线路连接在沿接收电极及频率调节线路传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极或频率调节线路的位置上时，高频信号的频率越高，则越对输出线路的连接位置要求精度。因而，虽然输出线路的线路宽度越窄越好，但是考虑到基于铜箔蚀刻法的通常的基板制造方法，0.1～0.3毫米左右的线路宽度较为妥当。而且，优选输出线路的线路长度为直线且电长度在发送信号的频率下长于半波长。输出线路既可以配置在配置有接收电极的基板的同一表面上，也可以经由贯穿基板正反两侧的导通孔，配置在与配置有接收电极的表面不同的基板表面上或者内部。而且，可以根据需要在输出线路上连接高频遮断短截线，防止向外部输出二次寄生频率(相对于振荡电路中生成的高频信号的频率2倍的频率成分)。
直接或者经由频率调节线路连接于接收电极的二极管分别使正极端子连接于接地电极，使负极端子连接于频率调节线路时，从输出线路输出的感应信号的电压值电平向正电压侧偏离，另一方面，分别使正极端子连接于频率调节线路，使负极端子连接于接地电极时，从输出线路输出的感应信号的电压值电平向负电压侧偏离。因而，如果根据需要将正电源或负电源的放大电路(由运算放大器等构成，具备电压跟随器或等倍(与输入1相对输出1的比率)以上的信号放大功能的电路)连接于输出线路的后段，则在信号处理变得容易的同时，能够提高电波传感器的抗噪性，抑制从输出线路向外部输出的感应信号(暗噪声)的电压值变动。而且，也可以根据需要在放大电路的前段或后段安装仅抽出所需的频率成分的滤波器电路。
而且，以从接收电极和频率调节线路的连接点经由二极管直至接地电极的传播高频信号的传播路径的电长度在所发送的高频信号的频率下为4分之1波长(λg/4：λg是沿基板传播的高频信号的波长。而且，在使真空中的高频信号的电波的波长为λ，使基板的介电常数为εr时，λ＝εr1/2·λg)的奇数倍的方式调节频率调节线路的长度时，经由接收电极经过检波元件后的高频信号在接地电极处进行全反射。而且，从接收电极和频率调节线路的连接点经由二极管直至接地电极的传播高频信号的传播路径成为在所发送的高频信号的频率下进行共振的高频电路。因而，能够在二极管中高效地对由接收电极接收的高频信号进行检波，同时能够使从二极管输出的感应信号的暗噪声最小化，因此，可得到高S/N比。尤其是如果以从接收电极和频率调节线路的连接点经由二极管直至接地电极的电长度在所发送的高频信号的频率下为λg/4即最短的方式设定频率调节线路的长度，则能够使频率调节线路所引起的高频信号的传播损失最小化，因此，检波效率变为最大，可得到最高的S/N比。
电波传感器具备作为电波束收发高频信号的收发电极时，将上述的连接于接收电极的同样的电路构成(二极管、输出线路等)应用于接收电极时，例如，如果检波元件(二极管)经由频率调节线路与收发电极连接，输出线路连接在沿收发电极传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的收发电极的位置上，则能够从收发电极作为电波束高效地收发高频信号，可得到上述的作用效果。
作为电波束从电波传感器收发高频信号时，需要在基板上设置发送电波束的天线电极(发送电极)和接收电波束的天线电极(接收电极)。这里所说的“发送电极”是指经由传输线路等信号传递单元被直接供给振荡电路中生成的高频信号的天线电极，“接收电极”是指未被直接供给高频信号的天线电极。收发电波束时，不必一定在基板上分别设置发送电极和接收电极。这里所说的“收发电极”是指在从振荡电路经由信号传递单元而连接的天线电极中，在传播高频信号的传播路径中途连接检波元件，在天线电极中兼用电波束的发送和接收的天线电极。
虽然连接二极管的任意一个端子或者频率调节线路的接收电极的位置因接收电极的形状即偏振波方向而不同，但是只要是流入接收电极的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的位置以外，则可以在接收电极的任意位置上连接二极管的任意一个端子或者频率调节线路。尤其优选它们连接在接收电极激励时所产生的电场为大致最大的接收电极的位置上。例如，在偏振波方向为垂直偏振波的正方形接收电极的情况下，使接收电极的与激励方向正交的边端的长度为W时，优选在除距接收电极的与激励方向平行的边端为0.5×W(与接收电极的激励方向平行的接收电极的中心线上)的位置，且流入接收电极的高频信号的电流值为大致最大(电场为大致最小)的接收电极的大致中心部以外的位置上连接二极管的任意一个端子或者频率调节线路，由此，能够抑制感应区域的偏差(与激励方向平行的一侧)。二极管及频率调节线路既可以配置在配置有接收电极的基板的同一表面上，也可以配置在与配置有接收电极的基板表面不同的基板表面上或内部，经由贯穿基板正反两侧的导通孔连接于接收电极。
而且，如果在振荡电路连接于天线，用1个天线收发高频信号的收发电极(天线电极)上应用上述的连接于接收电极的同样的电路构成(二极管、输出线路、电压调节单元等)，则可得到同样的作用效果。当考虑尽可能多地确保从收发电极放射的高频信号的电能时，二极管的任意一个端子或者频率调节线路需要连接在收发电极的适当的位置上。例如，当具有阻抗为50Ω的线路宽度的频率调节线路连接于收发电极的匹配点(在高频信号的频率下阻抗为50Ω的地方)时，收发电极实现带通滤波器的作用，输入至二极管的高频信号的电能增加，从收发电极发送的高频信号的电能减少。因而，优选二极管的任意一个端子或者频率调节线路连接在如下位置上，即与二极管的任意一个端子所具有的阻抗、连接在收发电极上的频率调节线路的一端所具有的阻抗不同的收发电极的位置上。通过敢于在收发电极和二极管(检波元件)的连接点，或者收发电极和频率调节线路的连接点上形成阻抗不匹配的状态，能够尽可能多地确保从收发电极放射的高频信号的电能。而且，由于收发电极作为带通滤波器进行作用，因此不对振荡电路产生影响。在同一基板上分别配置发送电极和接收电极，使二极管的任意一个端子直接或经由频率调节线路与接收电极连接时，通过成为同样的电路结构，也能够得到同样的作用效果。
另一方面，由于本发明的电波传感器在接收高频信号的天线电极(接收电极)上直接或经由频率调节线路连接有二极管的任意一个端子，而另一个端子连接在接地电极上，因此能够几乎没有损失地在二极管中对由接收电极接收的高频信号(高频电力)进行检波。在电波传感器的感应区域内，以从发送天线(发送电极)发送的高频信号的频率的2分之1波长(λ/2)间隔生成电力分布从最小向最大、从最大向最小连续地发生变化的区域。通过被感应体在该感应区域内存在或移动，由接收电极接收的高频信号的电能连续地发生变化，因此，由二极管检波并输出的感应信号中出现频率成分(波)。如此，二极管元件自身的检波特性(与输入至二极管的高频电力相对，从二极管输出直流电压值)较大地影响电波传感器的感应性能。而且，输入至二极管的高频信号的电能变大时，由二极管检波并输出的感应信号的直流电压值变高。
用1个天线作为电波束收发高频信号时，或使发送高频信号的发送天线和接收高频信号的接收天线邻近配置时，即使感应区域内不存在被感应体，振荡电路中生成的高频信号也直接或间接地输入至二极管。因此，当输入至二极管的高频信号的电能过多，施加在电波传感器(放大电路)上的直流电源电压以上的直流电压从二极管输出时，即使被感应体在感应区域内存在或移动时由电波传感器接收的高频信号的电能发生变化，从电波传感器输出的感应信号的电压值电平也变为与直流电源电压相同，不再出现频率成分。
本发明的电波传感器作为调节从二极管输出的感应信号的电压值的电压调节单元，具备任意一个端子与接地电极连接的电阻器，电阻器的另一个端子连接于接收电极或频率调节线路。
通过在电波传感器的感应区域内不存在被感应体的状态下，调节电阻器的电阻值使从二极管输出的感应信号的电压值最佳化，即使为了低耗电化，使施加在电波传感器上的直流电源电压降低，也能够在被感应体在感应区域内存在或移动时，在从电波传感器输出的感应信号中出现频率成分(波)。由此，能够根据感应信号的频率(周期
Figure BPA00001348551200121
时间)和从发送电极发送的高频信号的频率(波长
Figure BPA00001348551200122
距离)容易地识别被感应体的移动状态(移动速度、相对的移动距离)。
最为优选电阻器的另一个端子与前述的输出线路一样，连接在接收电极或频率调节线路的特定位置，即沿接收电极及频率调节线路传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极或频率调节线路的位置上。因此，优选高频信号的频率高时，不是将电阻器的另一个端子直接连接于接收电极或频率调节线路，而是经由具有0.1～0.3毫米左右的线路宽度的连接线路，连接于接收电极或频率调节线路。因而，输出线路能够与连接线路兼用。电阻器、连接线路既可以配置在配置有接收电极的基板的同一表面上，也可以配置在与配置有接收电极的基板表面不同的基板表面上或内部，经由贯穿基板正反两侧的导通孔连接于接收电极。
以上，对于本发明的电波传感器，以分别具备发送高频信号的发送天线(发送电极)和接收高频信号的接收天线(接收电极)的电波传感器为中心记载了作用效果，但是如果在用1个天线收发高频信号的收发天线(收发电极)上应用连接于接收电极的同样的电路构成(二极管、输出线路、电压调节单元等)，则能够得到同样的作用效果。
只要是至少具备接收高频信号的接收天线，在该接收天线上直接或经由频率调节线路连接有对高频信号进行检波的检波元件的电波传感器，就能够得到前述的作用效果。
而且，通过经由天线电极连接振荡电路和二极管，即使因二极管容量、连接位置不均而在二极管的通过特性、二极管输入端的反射特性上产生变化，也由于天线成为缓冲器，而能够抑制振荡电路中生成的高频信号的频率、电能变化。
下面，参照附图对本发明实施方式所涉及的电波传感器进行说明。
另外，实施方式的附图中的基板厚度、布线图案的尺寸为了便于说明而与实际形状不同。
图1是本发明第1实施方式的电波传感器的电路构成图。图2是电波传感器的(a)正视图、(b)从正面侧观察的内部透视图、(c)从正面侧观察的背面部的透视图。
图2所示的电波传感器为，在内部的大致整个面上形成有作为高频信号的地线进行作用的接地电极3的基板2的一个表面上具备恒压输出电路21、振荡电路1及放大电路22，在另一个表面上具备发送高频信号的薄膜矩形发送电极4、接收高频信号的薄膜矩形接收电极5、对高频信号进行检波的二极管7、向外部输出由二极管7检波后的结果的输出线路8、调节从二极管7输出的感应信号的电压值的电压调节单元9。
振荡电路1中生成的高频信号经由位于形成在基板2的另一个表面上的发送电极4内部且形成于匹配点(在高频信号的频率下阻抗为50Ω的地方)的贯穿基板2的正反两侧的导通孔13a(并未与接地电极3导通)传播至发送电极4。而且，作为电波束从发送电极4向前方(相对于接地电极3面配置有发送电极4的一侧)发送高频信号。此时，为了实现电波传感器的定向增益及小型化，在基板2的同一表面上邻近地形成有发送电极4和接收电极5，因此，从发送电极4发送的高频信号的一部分蔓延至接收电极5，接收电极5被激励。其结果，也从接收电极5发送高频信号。
发送电极4和接收电极5是至少一个边具有基板2上的高频信号的约2分之1波长(λg/2)的长度L的大致正方形的薄膜电极，发送电极4和接收电极5都具有垂直偏振波的激励结构，是接地电极3作为反射板进行作用的微带天线。使发送电极4的与激励方向平行的边端的长度为L时，与发送电极4的激励方向平行的接地电极3的1个边的长度为L×3，以根据沿基板2传播的高频信号(在振荡电路1中生成)的频率决定的波长为基准，具有相当于约2分之1波长的奇数倍的长度。
发送电极4和接收电极5的形状(L尺寸及W尺寸)相同，被调节为在振荡电路中生成的高频信号的频率下进行共振(激励)的形状。这里所说的共振是指在发送电极4、接收电极5的反射特性中，各自的共振点在-10dB以下的频带内存在高频信号的频率的状态。在接收电极5上经由频率调节线路12连接有二极管7的正极端子或负极端子的任意一个端子，而二极管7的另一个端子经由导通孔13b连接在接地电极3上。当然，由于高频信号的频率越高，导通孔13b自身的长度(基板2的厚度)越对接收电极5的共振频率产生影响，因此也可以将导通孔13b看作频率调节线路。
如图3所示，在二极管7经由频率调节线路12连接于接收电极5的状态下，以从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至接地电极3的传播高频信号的传播路径的电长度在所发送的高频信号的频率下为4分之1波长(λg/4)的奇数倍的方式，设定频率调节线路12的长度。通过如此设定，从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至接地电极3的传播高频信号的传播路径成为在所发送的高频信号的频率下进行共振的高频电路。因而，能够在二极管7中高效地对由接收电极5接收的高频信号进行检波，同时能够使从二极管7输出的感应信号的暗噪声最小化，因此，可得到高S/N比。尤其是如果以从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至接地电极3的电长度在所发送的高频信号的频率下为最短的λg/4的方式设定频率调节线路12的长度，则能够使频率调节线路12所引起的高频信号的传播损失最小化，因此，检波效率变为最大，可得到更高的S/N比。
但是，将向外部输出由二极管7检波后的感应信号的输出线路8连接于在接收电极5及频率调节线路12中传播的高频信号的电流值较大的接收电极5上，或者连接在频率调节线路12的位置上时，变为较大地受到输出线路8所保有的电感成分、电容成分、连接于输出线路8后段的放大电路22等的影响，接收电极5的共振频率发生变化。其结果，变得很难控制电波束的定向形式，且接收效率降低。
图2所示的电波传感器为，在接收电极5激励时沿接收电极5传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极5的与激励方向平行的边端的大致中央部(即距接收电极5的与激励方向正交的边端为0.5×L(L：与激励方向平行的边端的长度)的位置)上连接有向外部输出由二极管7检波后的结果的输出线路8，接收电极5经由输出线路8及形成于其后段的贯穿基板2的正反两侧的导通孔13d连接在放大电路22上。因此，在本实施方式的电波传感器中，几乎不会改变沿接收电极5传播的高频信号的状态，因此，几乎不会对接收电极5的共振频率产生影响。因而，能够以规定的定向增益及定向形式放射电波束，同时能够防止接收效率降低。
虽然接收电极5的形状为矩形(垂直偏振波)时，在接收电极5的与激励方向平行的边端的中央部上连接输出线路8最为合适，但是即使在接收电极5的与激励方向平行的边端的任意位置(除与接收电极5的与激励方向正交的边端的交叉部附近以外)上连接输出线路8，也由于沿接收电极5传播的高频信号的状态不会极端地变化，因此接收电极5的共振频率的变化极少。因而，如果能够以所希望的定向增益及定向形式放射电波束，得到所希望的接收效率，则输出线路8也可以连接在接收电极5的与激励方向平行的边端的任意位置上。如果接收电极5是矩形，则能够通过铜箔蚀刻法在基板2的同一表面上同时形成接收电极5和输出线路8，能够在接收电极5的与激励方向平行的边端的规定位置上精度良好地连接输出线路8。
如此，图2所示的电波传感器为，在二极管7的负极端子或正极端子的任意一个端子直接或者经由频率调节线路12连接在接收电极5上，而另一个端子连接在接地电极上的状态下，构成共振电路。因此，在本实施方式的电波传感器中，能够几乎没有损失地将由接收电极5接收的高频信号(高频电力)输入至二极管7，可高效地进行检波。因而，本实施方式的电波传感器的感应性能如图4(a)所示，二极管元件自身的检波特性(与输入至二极管的高频电力相对，从二极管输出的直流电压值)较大地产生影响，因此，输入至二极管的高频信号的电能变大时，由二极管检波并输出的感应信号的直流电压值变高。
另一方面，使发送天线4(发送电极)和接收天线5(接收电极)相对或邻近配置时，在感应区域内不存在被感应体的状况下，从发送天线4发送的高频信号经由空间输入至接收天线5，从而输入至连接于接收天线5的二极管7。因此，有可能存在如下情况，输入至二极管7的高频信号的电能过多，从二极管7输出施加在电波传感器(放大电路)上的直流电源电压以上的直流电压值。这种情况下，被感应体在感应区域内存在或移动时，即使由接收天线5接收的高频信号的电能发生变化，如图4(b)所示的波形1，从电波传感器输出的感应信号的电压值电平也与直流电源电压相同，不再出现频率成分。
图2所示的电波传感器为了调节从二极管7输出的感应信号的电压值，在连接在接收电极5的与激励方向平行的边端上的输出线路8的路径中连接有电阻器15。电阻器15的一个端子经由导通孔13c连接于接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8上。因此，几乎不会改变沿接收电极5传播的高频信号的状态，因此，在本实施方式的电波传感器中，几乎不会对接收电极5的共振频率产生影响，能够调节从二极管7输出的感应信号的电压值。因而，通过在电波传感器的感应区域内不存在被感应体的状态下，调节电阻器15的电阻值使从二极管7输出的感应信号的电压值最佳化，即使为了低耗电化而使施加在电波传感器上的直流电源电压降低，也能够在被感应体在感应区域内存在或移动时，如图4(b)所示的波形2，在从电波传感器输出的感应信号中出现频率成分(波)。由此，在本实施方式的电波传感器中，能够根据感应信号的频率(周期
Figure BPA00001348551200161
时间)和从发送电极发送的高频信号的频率(波长
Figure BPA00001348551200162
距离)容易地识别被感应体的移动状态(移动速度、相对的移动距离)。
另外，在基板2的同一表面上配置有接收电极5和电阻器15时，为了防止相互干涉，优选在离接收电极5的边端为λg/2以上的位置上配置电阻器15。
由于图2所示的电波传感器使发送电极4和接收电极5邻近配置，因此由于元件间的相互干涉，发送电极4和接收电极5的共振频率一起向较高侧偏移。其结果，虽然从电波传感器放射的高频信号的电能稍稍降低，但是定向增益增加。因此，在本实施方式的电波传感器中，在以半功率角设定的感应区域内被感应体存在或移动时，能够较高地得到与被感应体碰撞而反射回来的高频信号的电能，能够通过连接于接收电极5的二极管7高效地进行检波。本实施方式的电波传感器考虑到安装于住宅设备机器的应用时，适合于在较窄的空间内感应特定方向的被感应体的移动，适合于感应接近小便器或大便器的人体或所排泄的尿，或者感应接近水栓机器的手或接近温水洗净便座的人体。
在本实施方式中，在内部的大致整个面上形成有接地电极3的所谓积层基板2的一个表面上具备振荡电路1，在另一个表面上具备发送电极4和接收电极5，但是也可以在单层基板2的一个表面的大致整个面上形成接地电极3，在另一个表面上具备振荡电路1、发送电极4及接收电极5。
而且，在本实施方式中，在发送电极4周围设置规定的元件间空间配置有以在接收电极5上连接有二极管7、输出线路8等的状态下接收电极5单体的共振频率变为与振荡电路1中生成的高频信号的频率大致相同的方式调节了频率调节线路12的长度的接收电极5。但是，并不局限于这种构成，也可以设置合并后的电波束的定向增益为大致最大的元件间空间，在发送电极4周围配置以在接收电极5上连接有二极管7、输出线路8等的状态下接收电极5单体的共振频率变为比振荡电路1中生成的高频信号的频率高(正相位)的方式调节了频率调节线路12的长度的接收电极5。此时，由于从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至接地电极3的电长度偏离λg/4，因此经由输出线路8向外部输出的感应信号的暗噪声稍微变高。但是，通过如此改变，能够使从电波传感器放射的高频信号的电能及定向增益增加，因此，可实现电波传感器的节电化、小型化。
而且，发送电极4和接收电极5不必一定以与激励方向平行的发送电极4的边端和与激励方向平行的接收电极5的边端相对的方式将发送电极4和接收电极5配置为同一平面状。也可以以与激励方向正交的发送电极4的边端和与激励方向正交的接收电极5的边端相对的方式进行配置，还可以以发送电极4的边端的一部分和接收电极5的边端的一部分相对的方式进行配置。由此，能够抑制高频信号从发送电极4向接收电极5蔓延，可降低从连接于接收电极5的输出线路8输出的感应信号的暗噪声，提高S/N比。
而且，发送电极4和接收电极5不必一定邻近配置。只要根据所希望的感应性能在同一基板的表面上以使从发送电极4的中心点至接收电极5的中心点的距离离开1个波长(1λg)以上的方式配置发送电极4和接收电极5即可。如果如此配置，则相互干涉的程度变小，因此，虽然合并后的电波束的定向增益较低，但是从电波传感器放射的高频信号的电能与使发送电极4和接收电极5邻近配置时相比能够变大。
而且，发送电极4和接收电极5不必一定处于同一平面状。可以根据所希望的感应性能，将发送电极4和接收电极5配置在不同的基板或同一基板上，可以自由地决定发送电极4和接收电极5的位置关系。例如，如果相对于发送电极4的激励面在后方侧(与电波束的放射方向相反的方向)平行地配置接收电极5的激励面，则能够抑制高频信号从发送电极4向接收电极5蔓延，能够进一步降低从连接于接收电极5的输出线路8输出的感应信号的暗噪声。
而且，二极管7不必一定经由频率调节线路12连接于接收电极5。例如，如图5(a)的变形例1所示，也可以将二极管7的负极端子或正极端子的任意一个端子直接连接在接收电极5上，将另一个端子连接在未图示的接地电极3上。而且，在二极管的任意一个端子直接连接在接收电极5上，另一个端子经由贯穿基板2正反两侧的导通孔13b连接在未图示的接地电极3上的状态下，以接收电极5的共振频率成为所希望的频率的方式，调节了接收电极5的尺寸L(与激励方向平行的边端的长度)及尺寸W(与激励方向正交的边端的长度)，因此，可得到前述的作用效果。
以下，虽然变形例所示的电波传感器仅记载了本发明的主要部分即接收电极5侧的正视图，但是与图2所示的电波传感器的电路构成相同。
而且，连接于接收电极5的输出线路8的连接位置根据接收电极5的形状而不同。图2所示的电波传感器具备矩形接收电极5，该接收电极5是可高效地接收垂直偏振波的电波束的天线，与此相对，图5(b)的变形例2所示的电波传感器具备图中左上和图中右下角部被切除后的矩形接收电极5，该接收电极5是可高效地接收圆偏振波的电波束的天线。未图示的发送电极4与接收电极5为相同的形状。
垂直偏振波方式的接收电极5(图2)为，高频信号的电流集中于任意一对相对的电极的边端，与此相对，圆偏振波的接收电极5(图5(b))为，高频电流集中于电极5的外周边。因此，在圆偏振波方式的接收电极5的外周连接输出线路8、电阻器15时，接收电极5的共振频率受到较大的影响，接收效率降低。变形例2所示的电波传感器为，在接收电极5中传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极5的大致中央部形成有贯穿基板2正反两侧的导通孔13h。接收电极5经由导通孔13h连接于形成在与接收电极5不同的表面上的未图示的输出线路8。而且，在未图示的输出线路8上连接有未图示的电阻器15。电阻器15的一个端子连接在未图示的接地电极3上，而另一个端子连接在输出线路8上。因而，在变形例2的电波传感器中，由于未对接收电极5中传播的高频信号的状态产生影响，因此可得到前述的作用效果。也就是说，如果输出线路8以直流电的方式与接收电极5导通，并且输出线路8连接于在接收电极5中传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极5的位置上，则由于未对接收电极5中传播的高频信号的状态产生影响，因此可得到前述的作用效果。
而且，在图2的电波传感器中，为了调节从二极管7输出的感应信号的电压值，在连接在接收电极5的与激励方向平行的边端上的输出线路8的路径中连接有电阻器15，虽然电阻器15的一个端子经由导通孔13c连接在接地电极3上，而另一个端子连接在输出线路8上，但是电阻器15不必一定连接在输出线路8上。例如，也可以在与连接有输出线路8的接收电极5的边端相对的边端的大致中央部上连接具有0.1～0.3mm线宽的连接线路，将电阻器15的另一个端子连接在连接线路上。也就是说，如果输出线路8以直流电的方式与接收电极5导通，并且输出线路8连接于在接收电极5中传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的接收电极5的位置上，则也可以直接或经由连接线路将电阻器15连接在接收电极5上。此时，电阻器15的一个端子连接在接地电极3上，而另一个端子直接或经由连接线路连接在接收电极5上。如果如此构成，则能够调节从二极管7输出的感应信号的电压值，可得到前述的作用效果。
图6(a)的变形例3所示的电波传感器为，具有阻抗为50Ω的线路宽度的频率调节线路12连接在与接收电极5的匹配点(在高频信号的频率下阻抗为约50Ω的地方)不同的位置上。从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7、导通孔13b直至未图示的接地电极3的电长度为4分之3波长(λg/2+λg/4)。而且，输出线路8连接在距接收电极5和频率调节线路12的连接点的电长度为2分之1波长(λg/2)，即频率调节线路12中传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的位置上。
因而，由于能够将接收电极5的共振频率设定为与高频信号的频率相同，将由接收电极5接收的高频信号经由较短的频率调节线路12输入至二极管7的任意一个端子，因此能够高效地对由接收电极5接收的高频信号进行检波。而且，从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7、导通孔13b直至未图示的接地电极3的传播高频信号的传播路径为共振电路。但是，在本实施方式中，由于连接于频率调节线路12的输出线路8未对其共振状态产生影响，因此能够使暗噪声最小化。而且，由于能够通过电阻器15的电阻值调节从二极管7输出的感应信号的电压值，因此检波效率提高。
变形例3所示的电波传感器为了调节从二极管7输出的感应信号的电压值，在连接于频率调节线路12的输出线路8的路径中连接有电阻器15，电阻器15的一个端子经由导通孔13c连接于接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8上。但是，电阻器15不必一定连接在输出线路8上。如图6(b)变形例4所示的电波传感器，即使输出线路8连接在接收电极5的与激励方向平行的边端的大致中央部上，电阻器15经由连接线路14连接在频率调节线路12上，也能得到前述的作用效果。
从接收电极5和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至接地电极3的传播高频信号的传播路径也作为天线进行作用。因此，与接收电极5在同一平面上形成频率调节线路12，且在频率调节线路12上连接二极管7时，接收高频信号的定向方向(感应区域)多少受到一点影响。因而，如果在发送电极4、接收电极5的周围配置缓和该影响的定向控制天线(定向控制电极)，则能够容易地控制定向方向。可以自由地设定定向控制电极的形状。例如，如果将与接收电极5具有相同共振频率的定向控制电极配置在以发送电极4为中心而与接收电极5对称的位置上，则能够抑制定向方向的偏差。
通过铜箔蚀刻法与矩形接收电极5在同一平面上形成频率调节线路12时，即使为了避免因接收电极5的激励状态受到影响而导致接收效率降低，也优选与接收电极5连接的频率调节线路12以引出的方式形成在与接收电极5的激励方向平行的方向上。而且，与矩形接收电极5在同一平面上形成输出线路8时，即使为了避免因接收电极5的激励状态受到影响而导致接收效率降低，也优选与接收电极5连接的输出线路8以引出的方式形成在与接收电极5的激励方向正交的方向上。
在基板2内部的大致整个面上形成接地电极3，在基板2的一个表面上形成矩形接收电极5，在基板2的另一个表面上分别形成频率调节线路12、输出线路8时，频率调节线路12及输出线路8以引出的方式形成为，与接收电极5的激励方向无关，根据电路布线图案、器件布局而朝向任意的方向。
图7(a)的变形例5所示的电波传感器为，在由电介质构成的基板2的内部或另一个表面的大致整个面上形成有未图示的接地电极3，在基板2的一个表面上形成有多个发送电极4a、4b和多个接收电极5a、5b。多个发送电极4a、4b和多个接收电极5a、5b都是至少一个边具有相当于在基板2上高频信号的频率的约2分之1波长(λg/2)的长度L的薄膜矩形天线电极，是未图示的接地电极3作为反射板进行作用的微带天线。
多个发送电极4a、4b通过作为电力分配电路的传输线路23a而相互连接，未图示的振荡电路1中生成的高频信号经由导通孔13a及传输线路23a被传播至多个发送电极4a、4b。多个接收电极5a、5b也通过作为电力分配电路的传输线路23b而相互连接。在接收电极5b的与激励方向正交的边端的大致中央部上经由频率调节线路12连接有二极管7的正极端子或负极端子的任意一个端子，而另一个端子经由导通孔13b连接在未图示的接地电极3上。而且，在接收电极5a的与激励方向平行的边端的大致中央部上连接有向外部输出由二极管7检波后的结果的输出线路8。在输出线路8的后段经由导通孔13d连接有未图示的放大电路。而且，在输出线路8上作为调节从二极管7输出的感应信号的电压值的电压调节单元9连接有电阻器15。电阻器15的一个端子经由导通孔13c连接于未图示的接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8上。通过传输线路23b相互连接的多个接收电极5a、5b的共振频率可以通过调节连接于接收电极5b的频率调节线路12的长度而设定为所希望的频率。
如图7(a)所示，在为使电波传感器的天线增益提高，而设置规定的元件间空间来配置多个发送电极4a、4b和多个接收电极5a、5b时，也能够高效地对与被感应体碰撞而反射回来的高频信号进行检波，能够降低经由输出线路8输出的感应信号的暗噪声，因此，可得到高S/N比。
变形例5所示的电波传感器在接收电极5b上经由频率调节线路12连接有二极管7，在接收电极5a上连接有输出线路8。但是，并不局限于此，输出线路8也可以连接在接收电极5b的与激励方向平行的边端的大致中央部上，还可以连接在沿传输线路23b传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的传输线路23b的位置上。
使多个接收电极5a、5b相互连接的传输线路23b并不仅仅传播高频信号，还作为天线进行作用。因而，如图7(b)的变形例6所示的电波传感器，在传输线路23b的大致中央部上经由频率调节线路12连接有二极管7的正极端子或负极端子的任意一个端子，而另一个端子经由导通孔13b连接在未图示的接地电极3上时，也能得到前述的作用效果。变形例5及变形例6为，由于从二极管7的端子中的未与未图示的接地电极3连接的一个端子经由输出线路8直至电阻器15以直流电的方式进行导通，因此通过调节连接于输出线路8的电阻器15的电阻值，能够调节从二极管7输出的感应信号的电压值。
在前述的实施方式中，虽然在基板2的表面上仅形成有相同数量的发送电极4和接收电极5，但是并不局限于此，也可以在基板2的表面上配置通过电力分配电路即传输线路23而相互连接的多个发送电极4a、4b，在与多个发送电极4a、4b中任意一个发送电极的边端至少一部分相对的位置上形成至少1个接收电极5。此时，由于将振荡电路1中生成的高频信号的电力分配并传播至多个发送电极4a、4b，因此能够减少从与接收电极5邻接的发送电极4向接收电极5蔓延的高频信号的电能。因而，能够减少输入至连接于接收电极5的二极管7的高频信号的电能，能够降低感应区域内不存在被感应体时从连接于接收电极5的输出线路8输出的感应信号的暗噪声。
以下，对于与前述的实施方式重复的部分的记载省略说明。
图8是表示本发明第2实施方式的电波传感器的(a)电路构成图、(b)正视图。
图2所示的电波传感器在基板2的表面上形成有发送高频信号的发送电极4和接收高频信号的接收电极5。与此相对，图8所示的电波传感器在基板2的表面上形成有用1个天线收发未图示的振荡电路1中生成的高频信号的收发电极6。未图示的振荡电路1中生成的高频信号经由信号传递单元11传播至设置于收发电极6的供电点。这里所说的供电点是指例如经由作为信号传递单元11的传输线路连接振荡电路1和收发电极6时，传输线路所具有的阻抗为50Ω时，存在于收发电极6内部的阻抗为50Ω的位置为供电点。因而，供电点是指信号传递单元11连接在收发电极6上时在连接点几乎不发生反射的取得了匹配的位置。信号传递单元11由取得了阻抗匹配的传输线路、对未图示的振荡电路1和收发电极6进行电分离(绝缘)的滤波器电路、贯穿基板2正反两侧的导通孔13a构成，高效地传播高频信号。如果通过振荡电路1的电路构成自身对从振荡电路1输出高频信号的端部和收发电极6直流地进行分离，则不需要在信号传递单元11中具备滤波器电路。
收发电极6是至少一个边具有相当于在基板2上高频信号的频率的约2分之1波长(λg/2)的长度L的薄膜矩形天线电极，是未图示的接地电极3作为反射板进行作用的微带天线。为了提高检波效率，不是在连接振荡电路1和收发电极6的传输线路的路径中途连接二极管7，而是在收发电极6的与激励方向正交的边端的大致中央部上经由频率调节线路12连接二极管7。二极管7的正极端子或负极端子的任意一个端子连接在频率调节线路12上，而另一个端子经由导通孔13b连接于未图示的接地电极3。
图14所示的专利文献1记载的电波传感器在作为信号传递单元的传输线路11的路径中途直接连接有二极管7的正极端子。因此，在图14所示的电波传感器中，振荡电路1中生成的高频信号的电力的一部分输入至二极管7。因而，从收发天线6向空间发送的高频信号的电能必然减少。在图8所示的电波传感器中，在连接未图示的振荡电路1和收发电极6的信号传递单元11的路径中途未连接二极管7。因此，振荡电路1中生成的高频信号的电能能够几乎不会降低地被传播至收发电极6，并作为电波束而被发送。而且，能够高效地对与存在于感应区域内的被感应体碰撞而返回的高频信号进行检波。尤其是如果以从收发电极6和频率调节线路12的连接点经由二极管7直至未图示的接地电极3的电长度为λg/4的方式调节频率调节线路12的长度，则能够使二极管7中检波并输出的感应信号的暗噪声最小化，可得到高S/N比。
此时，向外部输出由二极管7检波后的结果的输出线路8连接在收发电极6的与激励方向平行的边端的大致中央部上，在输出线路8的后段上连接有放大电路22。矩形收发电极6的与激励方向平行的边端的大致中央部是沿收发电极6传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的位置。因此，由于不会改变收发电极6中传播的高频信号的状态，因此收发电极6的共振频率(相位)不会受到影响。因而，能够在保持从收发电极放射的电波束的定向增益、定向形式(最大放射强度方向、半功率角)的基础上，将由二极管7检波后的结果传递至放大电路。
专利文献1中仅记载有在图14所示的电波传感器中，在连接振荡电路1和收发天线6的传输线路11的路径中途直接连接二极管7的正极端子。但是，通常在二极管7的后段(负极端子)连接检波用短截线31和向外部输出由二极管7检波后的结果(感应信号)的输出线路8。而且，二极管7并不一定能够连接在沿传输线路11传播的高频信号的电流值为最小(波节)的传输线路11的位置上。因此，在输出线路8上连接高频遮断短截线32，用于避免向外部输出高频信号。
与此相对，图8所示的电波传感器为，从收发电极6和频率调节线路12的连接点至未图示的接地电极3的传播高频信号的传播路径为共振电路，而且在收发电极6的与激励方向平行的边端的大致中央部上连接有输出线路8。因此，即使输出线路8上不连接高频遮断短截线，也几乎不会向外部输出高频信号。因而，图8所示的电波传感器与现有的电波传感器相比，电路构成简单，可实现小型化、低制造成本化。
图8所示的电波传感器在基板2的其中一个表面上配置有放大电路22。通过该构成，如果经由放大电路22向外部输出由二极管7检波后的结果，则在信号处理变得容易的同时，电波传感器的抗噪性提高，可抑制从输出线路8向外部输出的感应信号(暗噪声)的电压值变动。
而且，图8所示的电波传感器作为调节从二极管7输出的感应信号的电压值的电压调节单元9而具备电阻器15。电阻器15的任意一个端子经由导通孔13c连接于未图示的接地电极3，而另一个端子经由输出线路8连接于收发电极6。因而，通过在感应区域内不存在被感应体的状态下，调节电阻器15的电阻值使从二极管7输出的感应信号的电压值最佳化，即使为了低耗电化而使施加在电波传感器上的直流电源电压降低，也能够在被感应体在感应区域内存在或移动时，在从电波传感器输出的感应信号中出现频率成分(波)。由此，在本实施方式的电波传感器中，能够根据感应信号的频率(周期
Figure BPA00001348551200251
时间)和从收发电极6发送的高频信号的频率(波长距离)容易地识别被感应体的移动状态(移动速度、相对的移动距离)。
图9(a)的变形例7所示的电波传感器在基板2的表面上以设置规定间隔的方式形成有多个矩形收发电极6a、6b。多个收发电极6a、6b通过作为电力分配电路的传输线路23而相互连接。而且，在传输线路23的中央部上形成有贯穿基板2正反两侧的导通孔13a，未图示的振荡电路中生成的高频信号经由导通孔13a及传输线路23被传播至多个收发电极6a、6b。在收发电极6b的与激励方向正交的边端的大致中央部上经由频率调节线路12连接有二极管7的正极端子或负极端子的任意一个端子，而另一个端子连接在未图示的接地电极3上。而且，在收发电极6b的与激励方向平行的边端的大致中央部上连接有输出线路8，在输出线路8上连接有电阻器15。电阻器15的任意一个端子经由导通孔13c连接于未图示的接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8上。
由于多个收发电极6a、6b通过传输线路23相互导通连接，因此能够提高天线增益，能够在较窄的感应范围内，通过二极管7高效地对由多个收发电极6a、6b接收的高频信号进行检波，可得到高S/N比。而且，在图9(a)的电波传感器中，通过调节作为电力分配电路的传输线路23的长度(使分支点至收发电极6a的电长度与分支点至收发电极6b的电长度不同)，使传播至收发电极6a和收发电极6b的高频信号的相位错开，而能够控制电波束的定向性，向所希望的方向放射电波束。
图9(b)的变形例8所示的电波传感器相对于图8所示的电波传感器还设置有定向控制电极16。定向控制电极16与收发电极6配置在同一平面上，通过调节定向控制电极16的形状及与收发电极6的元件间空间，而能够任意地控制电波束的定向增益的增加、定向形式(最大放射强度方向、半功率角)。虽然图2所示的电波传感器的高频信号的发送区域和接收区域不同，但是变形例8所示的电波传感器的高频信号的发送区域和接收区域一致。
图8及图9所示的电波传感器都为如下结构，收发电极6的形状为矩形，在收发电极6的与激励方向正交的边端的大致中央部上连接有频率调节线路，在收发电极6的与激励方向平行的边端的大致中央部上连接有输出线路8。在该构成中，收发电极6可以与前述的分别具备发送电极4和接收电极5的电波传感器的接收电极5一样使用。因而，能够将连接于接收电极5的同样的电路构成(二极管、输出线路、电压调节单元等)也应用于收发电极6，可得到同样的作用效果。而且，如果输出线路8、作为电压调节单元9的电阻器15与收发电极6以直流电的方式导通，并且连接在沿作为信号传递单元11的传输线路传播的高频信号的电流值为大致最大(电场大致最小)的传输线路的路径中途，则能够使振荡电路1中生成的高频信号的电能几乎不会降低地传播至收发电极6。
图8及图9所示的电波传感器具备在内部的大致整个面上形成有接地电极3的所谓的积层基板2，在该积层基板2的一个表面上具备未图示的振荡电路，在另一个表面上具备收发电极6。但是，也可以使用单层基板2来代替积层基板2，在单层基板2的一个表面的大致整个面上形成未图示的接地电极3，在另一个表面上具备未图示的振荡电路1和收发电极6。
图10所示的电波传感器在图8所示的电波传感器中还应用了图2所示的电波传感器的接收电极5侧的电路构成。而且，在与形成有收发电极6及接收电极5的基板2的表面不同的表面上配置有未图示的放大电路。
图10所示的电波传感器在基板2内部的大致整个面上形成有接地电极3，在基板2的表面上以设置规定间隔的方式形成有矩形收发电极6(第1天线电极)和接收电极5(第2天线电极)。在收发电极6和接收电极5的与激励方向正交的边端的大致中央部上经由频率调节线路12a、12b分别连接有二极管7a、7b的正极端子或负极端子的任意一个端子，而二极管7a、7b的另一个端子经由导通孔13b、13e分别连接于未图示的接地电极3。而且，在收发电极6和接收电极5的与激励方向平行的边端的大致中央部上分别连接有输出线路8a、8b。而且，在输出线路8a(第1输出线路)上连接有贯穿基板2正反两侧的导通孔13d和调节从二极管7a(第1检波元件)输出的感应信号的电压值的电阻器15a(第1电压调节单元)。电阻器15a的一个端子经由导通孔13c连接于未图示的接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8a上。另一方面，在输出线路8b(第2输出线路)上连接有贯穿基板2正反两侧的导通孔13g和调节从二极管7b(第2检波元件)输出的感应信号的电压值的电阻器15b(第2电压调节单元)。电阻器15b的一个端子经由导通孔13f连接于未图示的接地电极3，而另一个端子连接在输出线路8b上。由二极管7a检波并输出的感应信号1经由导通孔13d被传递至未图示的放大电路，由二极管7b检波并输出的感应信号2经由导通孔13g被传递至未图示的放大电路，并分别向外部输出。
未图示的振荡电路1中生成的高频信号经由导通孔13a被传播至收发电极6，并作为电波束而被发送。此时，如前所述，所发送的高频信号的一部分蔓延至接收电极5，变为也从接收电极发送高频信号。由从收发电极6发送的高频信号和从接收电极5发送的高频信号合并后的电波束的定向增益、定向形式(最大放射强度方向、半功率角)是根据收发电极6和接收电极5的相位差来决定的。该相位差由以收发电极6的相位为基准的接收电极5的相位及收发电极6与接收电极5的位置关系来决定。因而，通过调节分别连接在收发电极6及接收电极5上的频率调节线路12a、12b的长度，能够预先以成为规定的共振频率(相位)的方式进行设定，并排配置如此设定的收发电极6和接收电极5时，只要调节其元件间空间，就能够得到所希望的相位差。例如，对于使收发电极6和接收电极5比较邻近地配置，如图11(a)所示，与沿收发电极6传播的高频信号的电流值的相位(波形1)相对，沿接收电极5传播的高频信号的电流值的相位(波形2)滞后135degree的电波传感器，可以认为是被感应体从正面方向接近的情况。此时，与经由连接于收发电极6的输出线路8a传递至未图示的放大电路的感应信号1的电压值的相位(波形3)相对，经由连接于接收电极5的输出线路8b传递至未图示的放大电路的感应信号2的电压值的相位(波形4)滞后270degree。
专利文献2所述的电波传感器具备2个检波元件(二极管)，在连接振荡电路1和收发天线6的传输线路11的路径中途，在相互错开规定的电长度例如4分之1波长(λg/4)的位置上分别连接二极管，检测出相位差。因而，如果是被感应体向电波传感器接近(或远离)的动作，则根据由各二极管检波并输出的2个感应信号而得到的相位差与被感应体接近(或远离)的位置无关始终相同。
在图10所示的电波传感器中，根据由二极管7a检波并输出的感应信号1和由二极管7b检波并输出的感应信号2而得到的相位差除收发电极6与接收电极5的相位差以外还与元件间空间有关。因此，即使是被感应体向电波传感器接近(或远离)的动作，相位差也根据被感应体接近(或远离)的位置而发生变化。在图10(b)中，使连结收发电极6的中心点和接收电极5的中心点的直线的中心位置为0cm，使形成有收发电极6的方向侧为正区域，使形成有接收电极5的方向侧为负区域。此时，如图11(b)所示，被感应体在正区域内移动时，根据感应信号1和感应信号2而得到的相位差在比270degree高的范围内变化，被感应体在负区域内移动时，根据感应信号1和感应信号2而得到的相位差在比270degree低的范围内变化。正区域、负区域都是在被感应体移动的位置离中心位置越远(αm＜βm)时，相位差的变化率越为增加。
考虑到相对于距传感器的距离的相位差的变化率，优选收发电极6和接收电极5的元件间空间较窄。因而，只要在以能制造的较窄的元件间空间来配置收发电极6和接收电极5的基础上，调节分别连接在收发电极6及接收电极5上的频率调节线路12a、12b的长度，得到所希望的相位差即可。
图10所示的电波传感器相对于图8所示的电波传感器还应用了图2所示的电波传感器的接收电极5侧的电路构成。因此，根据由感应信号1和感应信号2得到的相位差的变化而检测出在感应区域内移动的被感应体的位置时，通过前述的作用效果可得到高S/N比。而且，可实现低耗电化、小型化。在图10所示的电波传感器中，虽然以与激励方向平行的收发电极6的边端和与激励方向平行的接收电极5的边端相对的方式配置收发电极6和接收电极5，但是也可以以与激励方向正交的收发电极6的边端和与激励方向正交的接收电极5的边端相对的方式配置收发电极6和接收电极5。
即使在图14所示的专利文献1记载的电波传感器中应用本发明的接收电极5(第2天线电极)及接收电极5的电路构成(二极管7b、输出线路8b、电压调节单元9b)，也能够得到前述的作用效果。此时，专利文献1记载的电波传感器的收发电极6(第1天线电极)是与接收电极5相同的微带天线，具有成为相同的偏振波方向的电极形状。
而且，在图12所示的变形例9的电波传感器中，连接在图10所示的收发电极6上的输出线路8a及其后段的电路配置在与形成有收发电极6的基板2的表面不同的表面上。而且，贯穿基板2正反两侧的导通孔13h形成于作为收发电极6的与激励方向平行的边端的大致中央部附近的收发电极6的内部，收发电极6和输出线路8经由导通孔13h而连接。而且，共振频率(相位)与接收电极5大致相同，控制电波束的定向形式的定向控制电极16以收发电极6为中心配置在与接收电极5对称的位置上。因而，通过这种构成，能够调节从传感器放射的电波束的偏差，相对于基板2的表面向铅垂方向放射电波束。定向控制电极16的共振频率可通过调节与激励方向平行的边端的长度L和与激励方向正交的边端的长度W而得到所希望的共振频率，其形状既可以是正方形也可以是长方形。
而且，可以在定向控制电极16中应用与接收电极5一样的电路构成(二极管、输出线路等)，增加从传感器输出的感应信号的数量。使经由连接于收发电极6的输出线路8a输出的检波结果为感应信号1，使经由连接于接收电极5的输出线路8b输出的检波结果为感应信号2，使经由连接于定向控制电极16的未图示的输出线路输出的检波结果为感应信号3。此时，以被感应体从同一方向接近(或远离)传感器时，根据感应信号1和感应信号2而得到的相位差1与根据感应信号1和感应信号3而得到的相位差2不同的方式，预先设定分别连接在接收电极5及定向控制电极16上的频率调节线路的长度(接收电极5与定向控制电极的共振频率不同)。如果如此构成，则能够更加精度良好地检测出在感应区域内移动的被感应体的位置、移动状态。
上述的本发明的电波传感器作为第1天线电极及第2天线电极分别具备1张贴片天线，能够检测出被感应体的相位差。因此，即使传感器的设置环境为较窄的场所，也能够容易地进行设置从而较为适合。但是，由第1天线电极及第2天线电极分别接收并在检波后向外部输出的第1感应信号和第2感应信号如图13所示的曲线图，传感器至被感应体的距离越远，则因驻波的影响而越产生失真。因此，根据第1感应信号和第2感应信号连续地检测出相位差时，相位差的不均变大，被感应体的位置检测精度降低。
于是，优选在预先设定的规定时间内第1感应信号和第2感应信号的至少一方的输出电压高于且低于规定阈值时根据多个感应信号的输出电压检测出相位差并识别被感应体的移动状态的控制电路中具备：运算部，在连续变化的多个感应信号中根据至少一方的感应信号的峰值和谷值计算出振幅电压值；及存储部，连续地储存运算部的结果以及第1感应信号和第2感应信号与基准电压值分别进行交叉(零交)的时间，控制电路根据积存在存储部中的振幅电压值的变化而根据多个感应信号的输出电压检测出相位差从而识别被感应体的移动状态。例如，用运算部根据第1感应信号的峰值和谷值(Vp1、VB1、VP2…)连续地计算出振幅电压值，将它们储存在存储部中。而且，根据相对于振幅电压值变为最大(图中VP3-VB4)时的第1感应信号与基准电压值交叉(图中下降)的时间而滞后的第2感应信号与基准电压值交叉(图中下降)的时间来检测出相位差。由此，即使传感器至被感应体的距离较远，也能够精度良好地检测出被感应体的位置。
而且，如果配置多个作为第1天线电极或第2天线电极的至少一方的天线电极进行作用的贴片天线并阵列化，则能够使定向增益增加并使电波束集中，因此，能够缓和驻波所产生的影响，控制变得容易。
在存储部中，每次检测出相位差，便消去所储存的振幅电压值以及第1感应信号和第2感应信号分别与基准电压值交叉(零交)的时间。而且，如果第n次计算出的振幅电压值比第(n+1)次计算出的振幅电压值小，则在其后消去相当于第n次的振幅电压值以及第1感应信号和第2感应信号分别与基准电压值交叉(零交)的时间，能够以较少的存储容量进行控制。
以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是该实施方式只不过是用于说明的例示，并未将本发明的范围仅限定于该实施方式。本发明在不脱离其主旨的情况下，可以实施其它各种各样的方式。
本发明的电波传感器除重视设计性以外，作为传感器的设置空间狭小且所需的感应范围为较近距离的民用、工业机器的传感单元极为出色，尤其最为适合于自动洗净小便器或大便器、自动水栓或温水洗净便座等水路周边机器或自动门。

Claims (11)

1.一种电波传感器，其特征在于，具备：
生成高频信号的振荡电路；
由电介质构成的基板；
形成在所述基板的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极；
形成在所述基板的另一个表面上的作为电波束放射高频信号并收发与被感应体碰撞而反射回来的电波束的天线电极；
及对由所述天线电极接收的高频信号进行检波的检波元件，
所述检波元件的任意一个端子与调节所述天线电极的频率的频率调节线路连接，所述检波元件的另一个端子与所述接地电极连接，
所述频率调节线路在与为了向所述天线电极供给所述振荡电路中生成的高频信号而设置于所述天线电极的供电点不同的位置上与所述天线电极连接。
2.根据权利要求1所述的电波传感器，其特征在于，
所述频率调节线路在所述频率调节线路所具有的阻抗与所述天线电极所具有的阻抗不同的位置上与所述天线电极连接。
3.根据权利要求1或2所述的电波传感器，其特征在于，
所述频率调节线路在所述天线电极激励时所产生的电场为大致最大的位置上与所述天线电极连接。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电波传感器，其特征在于，
所述天线电极是矩形天线电极，
所述频率调节线路连接在与所述天线电极的激励方向正交的所述天线电极的边端上。
5.一种电波传感器，其特征在于，具备：
生成高频信号的振荡电路；
由电介质构成的基板；
形成在所述基板的一个表面或内部的大致整个面上的作为高频信号的地线进行作用的接地电极；
形成在所述基板的另一个表面上的作为电波束放射高频信号并收发与被感应体碰撞而反射回来的电波束的天线电极；
及对由所述天线电极接收的高频信号进行检波的检波元件，
所述检波元件的任意一个端子与所述接地电极连接，
所述检波元件的另一个端子在与为了向所述天线电极供给所述振荡电路中生成的高频信号而设置于所述天线电极的供电点不同的位置上与所述天线电极连接。
6.根据权利要求5所述的电波传感器，其特征在于，
所述检波元件的另一个端子在所述检波元件的另一个端子所具有的阻抗与所述天线电极所具有的阻抗不同的位置上与所述天线电极连接。
7.根据权利要求5或6所述的电波传感器，其特征在于，
所述检波元件的另一个端子在所述天线电极激励时所产生的电场为大致最大的位置上与所述天线电极连接。
8.根据权利要求5至7中任意一项所述的电波传感器，其特征在于，
所述天线电极是矩形天线电极，
所述检波元件的另一个端子连接在与所述天线电极的激励方向正交的所述天线电极的边端附近。
9.根据权利要求1或5所述的电波传感器，其特征在于，
还具备向外部输出由所述检波元件检波后的感应信号的输出线路，
以所述振荡电路中生成的高频信号的频率与所述天线电极的共振频率变为大致相同的方式，规定所述天线电极至所述接地电极的电长度以及所述输出线路安装在所述天线电极上的位置。
10.根据权利要求9所述的电波传感器，其特征在于，
所述天线电极至所述接地电极的电长度被规定为经由所述天线电极经过所述检波元件后的高频信号在所述接地电极全反射的长度，
所述输出线路的安装位置被规定于所述天线电极激励时所产生的电场为大致最小的所述天线电极的位置。
11.根据权利要求9或10所述的电波传感器，其特征在于，
所述天线电极至所述接地电极的电长度为，以根据沿所述基板传播的高频信号的频率决定的波长为基准，是4分之1波长的奇数倍。
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