JP2007158707A - マイクロストリップアンテナおよび同マイクロストリップアンテナを用いた高周波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】給電素子からの距離が異なる複数の無給電素子を有するマイクロストリップアンテナにおいて、より遠い無給電素子にも大きい高周波電流が誘起され、無給電素子の作用がより強くなるようにする。
【解決手段】給電素子１２A〜１２Dのアレイの両側に、無給電素子１８A〜１８Dのアレイと別の無給電素子５２A〜５２Dのアレイが配置される。給電素子１２A〜１２Dから遠くの方に配置された無給電素子１８A、１８C、５２B、５２Cが、給電素子１２A〜１２Dに近い方に配置された無給電素子１８B、１８D、５２A、５２Cに、ライン６６A、６６B、６８A、６８Bを介して、それぞれ電気的に接続される。近い方の無給電素子１８B、１８D、５２A、５２Cは、それぞれの接地点２２B、２２D、５６A、５６Cにて、グランドレベルに接続されたり切り離されたりすることができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、誘電体基板上に少なくとも一つの給電素子と複数の無給電素子とを有するマイクロストリップアンテナおよび同マイクロストリップアンテナを用いた高周波センサに関する。

特開２００３−１４２９１９号には、少なくとも一つの給電素子と複数の無給電素子を基板表面上に備えた給電点切換型のマルチビームアンテナが記載されている。このマルチビームアンテナでは、複数の給電素子の全部又は一部が、スイッチを介して給電端子に接続・開放可能になっており、スイッチにより給電される給電素子を切り換えることにより、放射方向の違う電波ビームが選択できるようになっている。

特開２００３−１４２９１９号公報

このように給電素子と無給電素子とを有するマイクロストリップアンテナでは、給電素子のみが高周波を印加され、その給電素子に誘導されて無給電素子に高周波電流が誘起され、そして、高周波電流の誘起された無給電素子が作用して、指向性やゲインなどのアンテナ特性を調整、改善あるいは変化させる。

ところで、給電素子からの距離が異なる複数の無給電素子を有するマイクロストリップアンテナでは、給電素子からより遠く離れた無給電素子ほど、そこに誘起される高周波電流がより小さくなるので、その無給電素子がアンテナ特性に与える作用もより小さくなる。このことは、いずれの無給電素子にも或る程度に大きい高周波電流を誘起させて、いずれの無給電素子にもアンテナ特性に対する或る程度に強い作用を発揮させたいという場合に障害となる。

従って、本発明の目的は、給電素子からの距離が異なる複数の無給電素子を有するマイクロストリップアンテナにおいて、より遠い無給電素子にも大きい高周波電流が誘起されるようにし、それにより、いずれの無給電素子もアンテナ特性に対して強く作用するようにすることにある。

本発明に従うマイクロストリップアンテナは、基板と、前記基板上に配置され、高周波信号を印加するための給電点をもつ、１以上の給電素子と、前記基板上に前記給電素子から異なる距離離れて配置された複数の無給電素子と、前記異なる距離離れて配置された複数の給電素子を相互に電気的に接続する素子間接続手段とを備える。

本発明のマイクロストリップアンテナによれば、給電素子からの距離が遠い方の無給電素子が、近い方の無給電素子に電気的に接続されるため、遠い方の無給電素子にも大きい高周波電流が誘起され、その結果、無給電素子の作用より強くなり、ゲインや指向性などのアンテナ特性が向上する。

本発明のマイクロストリップアンテナには、少なくとも一つの無給電素子を接地するか否かを切り替える接地手段がさらに設けられてもよい。少なくとも一つの無給電素子を接地するか否かを切り替えることで、電波ビームの指向方向を変化させることができる。

接地手段の構成には複数のバリエーションが採用できる。一つの実施形態では、給電素子に近い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第１の接地手段と、給電素子から遠い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第２の接地手段とが設けられる。第１の接地手段により、近い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えることで、電波ビームの指向方向を大きく変化させることができる。これに対し、第２の接地手段により、遠い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えることで、電波ビームの指向方向を小さく変化させることができる。大きい変化と小さい変化とを組み合わせることで、より多くの段階で電波ビームの指向方向を変化させることができる。また、別の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、上述した第1の接地手段は備えるが、上述した第２の接地手段は備えない。また別の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、素子間接続ラインを接地するか否かを切り替えるための接地手段を更に備える。

本発明のマイクロストリップアンテナには、多数の無給電素子が備えられてよい。そして、多数の無給電素子の相互接続の仕方にも複数のバリエーションが採用でできる。一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、給電素子の一側に給電素子から所定距離離れて配置された複数の第1の無給電素子と、給電素子の同じ側に給電素子から前記第１の無給電素子よりも遠くに離れて配置された複数の第２の無給電素子とを備える。そして、複数の第1の無給電素子同士が接続され、複数の第２の無給電素子同士も接続され、さらに、複数の第1の無給電素子と複数の第２の無給電素子も相互に接続される。

また、別の実施形態では、上記複数の第1の無給電素子の各々と上記複数の第２の無給電素子の各々とが相互に接続されるが、複数の第1の無給電素子の相互間は電気的に離され、複数の第２の無給電素子の相互間も電気的に分離される。加えて、第1の無給電素子の各々を接地するか否かを切り替えるための接地手段が更に備えられる。この構成によると、第1の無給電素子のいずれを接地するかを選択することで、電波ビームの指向方向を２次元的な多くの方向へ切り替えることができる。

本発明に従う高周波センサは、本発明に従うマイクロストリップアンテナを送信アンテナおよび受信アンテナとして備え、前記送信アンテナから放射した電波ビームの物体からの反射波または透過波を前記受信アンテナで受信し、受信信号に基づいて前記物体をセンスする。

本発明によれば、給電素子から異なる距離に配置された複数の無給電素子のうち、給電素子から遠い方に配置された無給電素子にも大きい高周波電流が誘起されるので、いずれの無給電素子もアンテナ特性に対して強く作用する。

図１は、本発明の第１の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図１に示されたマイクロストリップアンテナ２は、電気絶縁性の誘電体材料製の基板１０の前面上に、それぞれ矩形の金属薄膜からなる１以上（例えば４つ）の給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dと、同じく矩形の金属薄膜からなる複数（例えば４つ）の無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dとを有する。４つの給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dは、規則的に例えば２×２マトリックスになるように配列されている。同様に、４つの無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dも、規則的に例えば２×２マトリックスになるように配列されている。

基板１０の前面上には、また、金属薄膜線である４本に別れた枝をもつ給電ライン１４が設けられる。変形例として、給電ライン１４は、基板１０の裏面上または厚み内部に設けられてもよい。給電ライン１４の４本の枝は、４つの給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dの相対的に同一位置の点（以下、給電点という）に、それぞれ接続される。この給電ライン１４の中央に位置する元給電点１６には、図示しない高周波発振回路の出力端子が接続される。元給電点１６から給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dのそれぞれの給電点までの給電ライン１４の長さは同一である。従って、給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dのそれぞれには、給電ライン１４を通じて、それぞれの給電点にて、高周波発振回路から出力された同一位相の高周波信号が印加される。

基板１０の前面上には、さらに、金属薄膜線である４本に別れた枝をもつ素子間接続ライン２４が設けられる。変形例として、素子間接続ライン２４は、基板１０の裏面上または厚み内部に設けられてもよい。素子間接続ライン２４の４本の枝は、４つの無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dの相対的に同一位置の点（以下、素子間接続点という）に、それぞれ接続される。素子間接続ライン２４は、給電ライン１４と同様の形状をしており、無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dにおける素子間接続点の相対位置は、給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dにおける給電点に相対位置に一致する。素子間接続ライン２４は、給電ライン１４とは違い、高周波発振回路に接続されない。素子間接続ライン２４は、４つの無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dを相互に電気的に接続する。

給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dは、それぞれの給電点に高周波信号を印加されることにより、図中縦(上下）方向に励振される。無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dでは、給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dからの誘導作用で高周波が誘起されて、同じく図中縦(上下）方向に励振される。給電素子１２A、１２B、１２C、１２Dのアレイが配置された領域３０を、以下、給電素子アレイ領域といい、無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dのアレイが配置された領域３２を、無給電素子アレイ領域という。給電素子アレイ領域３０と無給電素子アレイ領域３２とは、上記励振方向に直交する方向（つまり図中横(左右）方向）に沿って列状にかつ互いに近接して配置される。無給電素子アレイ領域３２内の２つの無給電素子１８Bと１８Dは、給電素子アレイ領域３０に対してより近くに位置するが、他の２つの無給電素子１８Aと１８Cはより遠くに位置する。給電素子アレイ領域３０からの距離が異なる２つの隣り合う無給電素子１８Aと１８B（または１８Cと１８D）は、上記励振方向に直交する方向（つまり図中横(左右）方向）に沿って、列状に配置されている。

図２には、比較例として、図１に示した本発明の第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２から素子間接続ライン２４を除去した構造、すなわち、無給電素子１８A、１８B、１８C、１８Dが互いに切り離されている構造をもつマイクロストリップアンテナ４が示されている。その他の構造については、図２のマイクロストリップアンテナ４は、図１のマイクロストリップアンテナ２と全く同じである。以下、図２に示されたマイクロストリップアンテナ４を、第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナとよぶ。

また、図３には、図２に示されたマイクロストリップアンテナ４から、給電素子１２A〜１２Dから遠い方の２つの無給電素子１８Aと１８Cを除去した構造をもつマイクロストリップアンテナ６が示されている。以下、図３に示されたマイクロストリップアンテナ６を、第２比較例にかかるマイクロストリップアンテナとよぶ。

発明者らは、或る特定の共通の設計条件に従って設計された、図１に示される本発明の第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２と、図２に示される第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４と、図３に示された第２比較例にかかるマイクロストリップアンテナ６について、ゲインと指向性（Directivity）と指向方向（基板１０表面に垂直な方向に対する電波ビームの指向方向の傾き角度）という３種類のアンテナ特性に関して性能試験を実施した。その結果は次のとおりであった。

(1) 図１に示す本発明の第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２
ゲイン＝１２．６db、
指向性＝１３．７db、
指向方向＝無給電素子アレイ領域３２の側へ（図中左側へ）１２度の傾き。

(2) 図２に示す第1比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４
ゲイン＝１０．７db、
指向性＝１１．９db、
指向方向＝図中左側へ１５度の傾き。

(3) 図３に示す第２比較例にかかるマイクロストリップアンテナ
ゲイン＝１０．６db、
指向性＝１１．８db、
指向方向＝図中左側へ１８度の傾き。

この性能試験結果から分かるように、図１に示された本発明の第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２は、図２および図３に示された第１および第２の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４、６よりも、ゲインおよび指向性の双方のアンテナ特性において、より優れた性能を発揮する。その理由は、給電素子１２A〜１２Dが互いに（特に、遠い方の無給電素子１８Aと１８Cが、近い方の無給電素子１８Bと１８Dに）電気的に接続されることにより、遠い方の無給電素子１８Aと１８Dに、図２に示された第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４の場合より、大きな高周波電流が誘起されるからである。これに対し、図２に示された第1比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４では、遠い方の無給電素子１８Aと１８Dには非常に小さい電流しか誘起されず、よって、遠い方の無給電素子１８Aと１８Dの作用は非常に小さい。このことは、上述した性能試験結果において、第1比較例と第２比較例とがゲインと指向性においてほぼ同じ性能を示したこと、換言すれば、遠い方の無給電素子１８Aと１８Dの有無がゲインと指向性にほとんど影響しなかったことからも裏付けられる。

図４は、本発明の第２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図であり、図５は、図４のA-A線に沿った同マイクロストリップアンテナの断面図である。

図４と図５に示されるマイクロストリップアンテナ４０は、図１に示されたマイクリストリップアンテナ２と同一の構造に加え次のような追加構造を有する。すなわち、全ての無給電素子１８A〜１８Dの上述した素子間接続点とは別の相対的に同一位置の点（以下、接地点という）２２A〜２２Dに、それぞれ、基板１０を貫通する導電路（以下、スルーホールという）４４A、４４Cの一端が接続される（代表的に２つの無給電素子１８Aと１８Cに対応する２本のスルーホール４４A、４４Cのみしか図示されていないが、他の２つ無給電素子１８Bと１８Dに対応する他の２本のスルーホールも存在する。）。無給電素子１８A〜１８Dの背後に相当する基板１０の裏面上の４箇所には、それぞれ、スイッチ４２A、４２Cが搭載されている（図示してないが、無給電素子１８Bと１８Dに対応する他の２つのスイッチも存在する。）。これらのスイッチ４２A、４２Cの一方の端子は、対応するスルーホール４４A、４４Cの他端にそれぞれ接続され、他方の端子は、基板１０の裏面上または厚み内部に設けられたグランドレベルを提供するアース電極４６に接続される。ここで、スイッチ４２A、４２Cの各々には、使用高周波帯域での通過特性やアイソレーション特性の高い高周波スイッチ（例えば、MMICタイプの高周波スイッチ）を用いることもできるし、或いは、使用高周波帯域での通過特性やアイソレーション特性があまり高くない通常の単体の半導体スイッチング素子（例えば、単体の電界効果トランジスタまたは単体のバイポーラトランジスタなど）を用いることもできる。

この第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０では、４つのスイッチ４２A、４２Cを操作して、４つの無給電素子１８A〜１８Dをアース電極４６に接続するかしないかを選択することにより、電波ビームの放射方向を可変制御することができる。

図６は、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０から素子間接続ライン２０を除去した構造のマイクロストリップアンテナ５０を示している。図６に示されたマイクロストリップアンテナ５０を、以下、第３比較例にかかるマイクロストリップアンテナという。

発明者らは、上記特定の共通の設計条件に従って設計された、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０と、図６に示された第３の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ５０について、電波ビームの方向を可変制御する性能に関して試験を実施した。この性能試験の結果、４つのスイッチ４２A、４２Cの全てをオンにして４つの無給電素子１８A〜１８Dの全てをアース電極４６に接続した場合には、第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０でも、第３の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ５０でも、同じゲイン、同じ指向性および同じ指向方向が得られた。すわち、双方のマイクロストリップアンテナ４０と６０において、ゲインは１１．４db、指向性は１２．４db、そして、電波ビームの指向方向は０度（基板面に垂直）であった。このことから、無給電素子１８A〜１８Dが相互接続されているか否かに関わらず、無給電素子１８A〜１８Dを全て接地することで、全ての無給電素子１８A〜１８Dに誘起される高周波電流を実質的にゼロにして、無給電素子１８A〜１８Dの作用を実質的に無くすことができることが分かる。

一方、４つのスイッチ４２A、４２Cの全てをオンにして４つの無給電素子１８A〜１８Dの全てをアース電極４６から切り離した場合には、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０は、図１に示された第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２と実質的に同じ構造になり、また、図６に示された第３の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ５０は、図２に示された第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４と実質的に同じ構造になる。よって、この場合には、第１実施形態に関わる性能試験結果として既に説明したように、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０の方が、図６に示された第３の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ５０よりも、ゲインおよび指向性においてより高い値が得られる。

従って、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０の方が、図６に示された第３の比較例にかかるマイクロストリップアンテナ５０よりも、スイッチ４２A、４２Cを制御することで、ゲインと指向性のより強い電波ビームの方向切り替えを行なうこと、換言すれば、電波ビームの指向方向をより明確に切り替えることができる。

さらに、図４と図５に示された第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０によれば、無給電素子１８A〜１８Dを全てを接地するか否かに加え、さらに、遠い方の無給電素子１８Aと１８Cのみを接地し近い方の給電素子１８Aと１８Cは接地しないという３種類の状態を選択するようにすることで、電波ビームの指向方向を３段階に変化させることもできる。

図７は、本発明の第３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図７に示された第３実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６０は、図４と図５に示した第２実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ４０と同じ構造に加え、さらに、第２の無給電素子アレイ領域３４を同一の基板１０上に有している。第２の無給電素子アレイ領域３４は、給電素子アレイ領域３０を中心にして、第1の無給電素子アレイ領域３２と対称に配置されている。第２の無給電素子アレイ領域３４内には、第1の無給電素子アレイ領域３２内の４つの無給電素子１８A〜１８Dのアレイと全く同じ構造をもつ、追加の４つの無給電素子５２A〜５２Bのアレイが設けられる。従って、給電素子１２A〜１２Dのアレイが、左右の両側から、無給電素子１８A〜１８Dのアレイと無給電素子５２A〜５２Bのアレイとによって挟まれる。

この第３実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６０によれば、給電素子のアレイの両側に無給電素子のアレイが存在するので、電波ビームの指向方向を、基板１０の表面に垂直な方向を中心とした左右両側の範囲で、より多くの段階で変化させることができる。

すなわち、発明者らは、上記特定の設計条件に従って設計された第３実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６０について、接地される無給電素子を変えることでゲイン、指向性、指向方向がどのように変化するかに関して、試験を実施した。その結果は次のとおりであった。

(1) 両側共に遠い方の無給電素子１８A、１８C、５２Bおよび５２Dのみを接地した場合
ゲイン＝１２．０db、
指向性＝１３．２db、
指向方向＝０度。

(2) 左側の全ての無給電素子１８A〜１８Dのみを接地した場合
ゲイン＝１２．６db、
指向性＝１３．７db、
指向方向＝右側へ１２度の傾き。

(3) 左側の全ての無給電素子１８A〜１８Dと右側の遠い方の無給電素子５２Bと５２Dのみを接地した場合
ゲイン＝１２．０db、
指向性＝１３．０db、
指向方向＝右側へ９度の傾き。

(4) 左側の遠い方の無給電素子１８Aと１８Cのみを接地した場合
ゲイン＝１１．９db、
指向性＝１３．１db、
指向方向＝右側へ６度の傾き。

なお、上記と接地する無給電素子の選択を左右逆にした場合には、ゲインと指向性は上記と同じであったが、指向方向は上記とは左右逆になった。

以上の試験結果から分かるように、電波ビームの指向方向を垂直方向の両側へ他段階に切り替えることができる。特に、各側の無給電素子のアレイ全部を接地するか否かの切り替えで、指向方向を大きいステップで変化させることができ、他方、左右各側における遠い方の無給電素子を接地するか否かの切り替えで、指向方向を小さいステップで変化させることができ、それらを組み合わせることで、多段階に指向方向を切り替えることができる。

図８は、本発明の第４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図８に示された第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６２は、図７に示した第３実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６０から、給電素子アレイ領域３０から遠い方の無給電素子１８A、１８C、５２Bおよび５２Dを接地するための部品（スルーホールとスイッチ）を除去した構造を有する。換言すれば、この第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６２では、給電素子アレイ領域３０に近い方の無給電素子１８B、１８D、５２Aおよび５２Cのみが、接地するか否かをスイッチ（図示省略）で切り替えられるようになっている。

上記特定の設計条件に従って設計された第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６２について、発明者らが実施した性能試験の結果は次のとおりであった。

(1) 両側共に近い方の無給電素子１８B、１８D、５２Aおよび５２Cの全て接地した場合
ゲイン＝１１．６db、
指向性＝１２．５db、
指向方向＝０度。

(2) 左側の近い方の無給電素子１８Bおよび１８Dのみを接地した場合
ゲイン＝１２．６db、
指向性＝１３．７db、
指向方向＝右側へ１２度の傾き。

なお、上記と接地する無給電素子の選択を左右逆にした場合には、ゲインと指向性は上記と同じであったが、指向方向は上記とは左右逆になった。

この試験結果と上述した図７に示した第３実施形態についての試験結果、特に両試験結果の(2)項を対比すると分かるように、図８に示された第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６２では、左側（または右側）の近い方の２つの無給電素子１８Bと１８D（または５２Aと５２C）を接地すると、同側の４つの無給電素子１８A〜１８D（または５２A〜５２D）の全部を接地した場合とほぼ同様の状態が得られる。従って、電波ビームの指向方向を第３実施形態のように細かく変化させる必要はなく、ある程度大きく変化させることができれば十分である用途においては、第４実施形態形にかかるマイクロストリップアンテナ６２のように、近い方の無給電素子のみにスイッチが設けられてスイッチの個数が減らされた簡素な構成を採用することができる。

図９は、本発明の第５の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図９に示された第５実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６４は、図８に示した第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６２から、無給電素子アレイ領域３２、３４の各々内で図中上下の位置関係にある給電素子同士を接続する素子間接続ライン２０、５４の部分を除去した構造を有する。換言すれば、この第５実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６４では、給電素子アレイ領域３０に対して同じ側で等距離に位置する無給電素子同士（例えば、無給電素子１８Aと１８C同士、無給電素子１８Bと１８D同士、無給電素子５２Aと５２C同士、および無給電素子５２Bと５２D同士）は相互接続されず、同じ側で異なる距離に位置する隣り合う無給電素子同士（例えば、無給電素子１８Aと１８B同士、無給電素子１８Cと１８D同士、無給電素子５２Aと５２D同士、および無給電素子５２Cと５２D同士）だけが、素子間接続線６６A、６６B、６８Aおよび６８Bで相互接続される。別の見方をすれば、励振方向に直交する方向に沿って列状に配置された隣り合う無給電素子同士（例えば、無給電素子１８Aと１８B同士、無給電素子１８Cと１８D同士、無給電素子５２Aと５２D同士、および無給電素子５２Cと５２D同士）だけが相互接続される。

この第５実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６４では、どの無給電素子を接地するかを選択することで、電波ビームの指向方向を図中横（左右）方向へ変化させるだけでなく、図中（上下）方向にも変化させることができ、この横方向と縦方向の変化を組み合わせることで、斜めの方向にも変化させることができる。この点に関し、上記特定の設計条件に従って設計された第５実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６４について、発明者らが実施した性能試験の結果は次の通りである。

(1) 図中右下の無給電素子５２Cのみを接地した場合
指向方向＝図中左上方向へ傾く。

(2) 図中下側の２つの無給電素子５２Cと１８Dのみを接地した場合
指向方向＝図中上方向へ傾く。

(3) 図中左下の無給電素子１８Dのみを接地した場合
指向方向＝図中右上方向へ傾く。

(4) 図中右側の２つの無給電素子５２Aと５２Cのみを接地した場合
指向方向＝図中左方向へ傾く。

(5) ４つの無給電素子１８B、１８D、５２Aおよび５２Cの全てを接地した場合
指向方向＝０度。

(6) 図中左側の２つの無給電素子１８Bと１８Dのみを接地した場合
指向方向＝図中右方向へ傾く。

(7) 図中右上の無給電素子５２Aのみを接地した場合
指向方向＝図中左下方向へ傾く。

(8) 図中上側の２つの無給電素子５２Aと１８Bのみを接地した場合
指向方向＝図中下方向へ傾く。

(9) 図中左上の無給電素子１８Bのみを接地した場合
指向方向＝図中右下方向へ傾く。

図１０は、本発明の第６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図１０に示された第６実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ７０は、図７に示した第３実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６０から、無給電素子１８A〜１８Dおよび５２A〜５２Dを個別に接地するための部品（スルーホールとスイッチ）を除去し、代わりに、素子間接続ライン２０と５４を、それぞれの中央に設けられた接地点７２と７４にて、それぞれアース電極（図示せず）に接続するか否かを切り替えるための部品（スルーホールとスイッチ（図示省略））を追加した構造を有する。要するに、個々の無給電素子ではなく、素子間接続ライン２０と５４が、それを接地するか否か切り替えられるようになっている。

上記特定の設計条件に従って設計された第６実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ７０について、発明者らが実施した性能試験の結果は次のとおりであった。

(1) 両側の素子間接続ライン２０と５４を共に接地した場合
ゲイン＝１０．４db、
指向性＝１１．６db、
指向方向＝０度。

(2) 左側の素子間接続ライン２０のみを接地した場合
ゲイン＝１２．６db、
指向性＝１３．８db、
指向方向＝右側へ１２度の傾き。

(3) 右側の素子間接続ライン５４のみを接地した場合
ゲイン＝１２．６db、
指向性＝１３．８db、
指向方向＝左側へ１２度の傾き。

従って、この第６実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ７０では、左側の素子間接続ライン２０を接地することで、左側の無給電素子１８A〜１８Dの全てを接地したとほぼ同様の状態が得られ、右側の素子間接続ライン５４を接地することで、右側の無給電素子５２A〜５２Dの全てを接地したとほぼ同様の状態が得られる。従って、この第６実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ７０は、図８に示された第４実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ６４と比較すると、それとほぼ同様の電波ビーム方向制御性能を奏することができつつ、スイッチ数はさらに半減して一層簡素な構造であるという利点がある。

図１１は、アンテナ特性が無給電素子の位置により変化することを説明するための、本発明の第７の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図１１に示された第７実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ８０は、図１に示された第１実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ２を変形して、給電素子アレイ領域３０からの距離が異なる隣り合う２つの無給電素子同士、すなわち無給電素子１８Aと１８B同士および無給電素子１８Cと１８D同士だけが、それぞれ相互接続されるようにした構造をもつ。

この第７実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ８０において、相互接続された隣り合う無給電素子間の距離D1が変わると、ゲイン、指向性および指向方向などのアンテナ特性も変化する。この点に関して、上記特定の設計条件に従って設計された第７実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ８０いついて、発明者らは試験を実施した。この試験では、給電素子アレイ領域３０に近い方の無給電素子１８Bと１８Dの位置は湖底とし、遠い方の無給電素子１８Aと１８Cの位置を図中横(左右）方向に移動させて、上記距離D1を変化させた。その試験結果によると、上記距離D1が高周波信号の基板１０表面での半波長であるとき、相互接続された隣り合う無給電素子間の誘起高周波の位相差がゼロとなり、ゲインおよび指向性は共に最大値となった。上記距離D1が上記半波長より大きくても小さくても、上記位相差はゼロ以外の値となり、ゲインおよび指向性は共に上記最大値より小さくなった。従って、大きいゲインおよび指向性を得るためには、上記距離D1を上記半波長にすることが望ましい。

図１２は、本発明の第８の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。

図１２に示された第８実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ９０では、給電素子アレイ領域３０と無給電素子アレイ領域７８とが図中縦(上下）方向に沿って列状に配置される。無給電素子アレイ領域７８では、複数、例えば４つの無給電素子７２A〜７２Dが、給電素子１２A〜１２Dと同様の相対配置で、すなわち、例えば２×２マトリックスの相対配置で、配列される。無給電素子７２A〜７２Dと給電素子１２A〜１２Dの励振方向は、他の実施形態と同様、図中縦(上下）方向である。従って、励振方向に沿って、給電素子アレイ領域３０と無給電素子アレイ領域７８が配列される。給電素子アレイ領域３０からの距離の異なる２つの隣り合う無給電素子７２Aと７２C（または７２Bと７２D）も、励振方向に沿って、列状に配置される。この距離の異なる２つの隣り合う無給電素子同士、すなわち無給電素子７２Aと７２C同士、および無給電素子７２Bと７２D同士は、それぞれ、素子間接続ライン７４と７６により相互接続される。２本の素子間接続ライン７４と７６は、それらを合わせた全体的な形状は、給電ライン１４とほぼ同様である。

上記特定の設計条件に従って設計された第８実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ９０についての試験結果によると、ゲインは１２．３db、指向性は１３．６db、および指向方向は図中上側に６度傾いた。このアンテナ特性と、図２に示した第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナ４のアンテナ特性、すなわち、ゲインが１０．７db、指向性が１１０．db、指向方向が図中左側へ１５度の傾き、とを比較すると分かるように、第８実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ９０においても、給電素子１２A〜１２Dからの距離の異なる無給電素子同士が接続されていることで、ゲインおよび指向性が共に向上する。

第８実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ９０においても、相互接続された無給電素子同士の距離D2が代わると、ゲイン、指向性および指向方向などのアンテナ特性が変る。また、素子間接続ライン７４と７６の長さ、例えば、素子間接続ライン７４と７６の矛方向に張り出した長さL１および／またはL2を変えた場合にも、ゲイン、指向性および指向方向などのアンテナ特性が変る。

第８実施形態にかかるマイクロストリップアンテナ９０では、素子間接続ライン７４、７６の一部が、給電素子１２A、１２Bとそれに隣接する無給電素子７２C、７２Dの間に入り込んでおり、それにより、無給電素子７２C、７２Dでの高周波電流の誘起が弱められるおそれがある。このおそれを解消するために、素子間接続ライン７４、７６を基板１０の前面ではなく裏面または厚み内部に配置してもよい。

本発明の一実施形態に従う高周波センサは、上述した本発明のいずれかの実施形態に従うマイクロストリップアンテナを用いた送信アンテナおよび受信アンテナを有する。送信アンテナとしてのマイクロストリップアンテナと、受信アンテナとしてのマイクロストリップアンテナとが別個に設けられていてもよいし、或いは、両者が同じ一つのマイクロストリップアンテナであってもよい。この高周波センサは、本発明に従うマイクロストリップアンテナから所望方向へ電波ビームを放射し、その方向に存在する物体からの電波ビームの反射波または透過波を本発明に従うマイクロストリップアンテナで受信し、その受信信号に基づいて（受信信号のみに基づいてもよいし、受信信号と送信信号をミキシングして得られるドップラ信号に基づいてもよい）、物体の有無や状態などをセンスする。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

本発明の第１の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第１比較例にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第２比較例にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの断面図。 第３比較例にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第５の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第７の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第８の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。

符号の説明

２、４０、６０、６２、６４、７０、８０、９０ マイクロストリップアンテナ
１０ 基板
１２A〜１２D 給電素子
１４ 給電ライン
１６ 元給電点
１８A〜１８D、５２A〜５２D、７２A〜７２D 無給電素子
２０、２４、７４、７６ 素子間接続ライン
３０ 給電素子アレイ領域
３２、３４、７８ 無給電素子アレイ領域
４２A、４２C スイッチ
４４A、４４C スルーホール
４６ アース電極

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に配置され、高周波信号を印加するための給電点をもつ、１以上の給電素子と、
   前記基板上に前記給電素子から異なる距離離れて配置された複数の無給電素子と、
   前記異なる距離離れて配置された複数の無給電素子を相互に電気的に接続する素子間接続手段と
   を備えたマイクロストリップアンテナ。
2. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   少なくとも一つの無給電素子を接地するか否かを切り替える接地手段をさらに備えたマイクロストリップアンテナ。
3. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記給電素子に近い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第１の接地手段と、
   前記給電素子から遠い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第２の接地手段と
   を備えるマイクロストリップアンテナ。
4. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記給電素子に近い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第1の接地手段を更に備え、
   前記給電素子から遠い方に配置された無給電素子を接地するか否かを切り替えるための第２の接地手段は備えないマイクロストリップアンテナ。
5. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記素子間接続ラインを接地するか否かを切り替えるための接地手段を更に備えるマイクロストリップアンテナ。
6. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記複数の無給電素子には、前記給電素子の一側に前記給電素子から所定距離離れて配置された複数の第1の無給電素子と、前記給電素子の前記一側に前記給電素子から前記第１の無給電素子よりも遠くに離れて配置された複数の第２の無給電素子とが含まれ、
   前記素子間接続手段は、前記複数の第1の無給電素子を相互に接続し、前記複数の第２の無給電素子を相互に接続し、さらに、前記複数の第1の無給電素子と前記複数の第２の無給電素子を相互に接続するマイクロストリップアンテナ。
7. 請求項１記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記複数の無給電素子には、前記給電素子の一側に前記給電素子から所定距離離れて配置された複数の第1の無給電素子と、前記給電素子の前記一側に前記給電素子から前記第１の無給電素子よりも遠くに離れて配置された複数の第２の無給電素子とが含まれ、
   前記素子間接続手段は、前記複数の第1の無給電素子の各々と前記複数の第２の無給電素子の各々とを相互に接続し、前記複数の第1の無給電素子の相互間および前記複数の第２の無給電素子の相互間を切り離した状態とし、
   前記第1の無給電素子の各々を接地するか否かを切り替えるための接地手段を更に備えるマイクロストリップアンテナ。
8. 請求項１のマイクロストリップアンテナを送信アンテナおよび受信アンテナとして備え、前記送信アンテナから放射した電波ビームの物体からの反射波または透過波を前記受信アンテナで受信し、受信信号に基づいて前記物体をセンスする高周波センサ。

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