JP2007267041A - Microstrip antenna and high frequency sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波又はそれより高い周波数の電波を送信するマイクロストリップアンテナに関し、特に、マイクロストリップアンテナから発信される統合的な電波ビームの放射方向を制御するための技術に関する。本発明はまた、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。 The present invention relates to a microstrip antenna that transmits microwaves or higher-frequency radio waves, and more particularly to a technique for controlling the radiation direction of an integrated radio wave beam transmitted from a microstrip antenna. The present invention also relates to a high-frequency sensor using a microstrip antenna.
従来より、基板上に高周波の信号を供給して電波を放射する給電素子と、前記給電素子の周辺に配置し、高周波の信号を供給せず、給電素子からの電波を受けて電波を放射するモノポール式のアンテナが知られている。モノポールアンテナは、高周波信号のグランドとして作用する接地板の上に4分の1波長の長さを有する電極棒を備え、接地板と水平且つ、ドーナツ状に電波を放射することから無線通信用のアンテナとして利用されることが多く、効率よくデータを送受信する為に電波の指向方向を変える技術として次のようなものが知られている。例えば特許文献1,2に記載されたものは、給電素子を中央に1ヶ、周辺に4ヶの無給電素子が配置されており、無給電素子にリアクタンス素子を介しスイッチ素子が配置されており、スイッチの接続または開放を切替えることにより、無給電素子の周波数を変化させ、反射器あるいは導波器とし、反射器側への電波の放射を停止し、導波器側へ電波の指向を持たせている。すなわち電波の方向を所定の方向に導く為には、給電素子をはさみ対称位置に配置される無給電素子に接続されたスイッチの状態を違えて、一方を反射器,他方を導波器にしている。また、基板の表面と裏面にそれぞれアンテナ電極と接地電極を配置し、アンテナ電極と接地電極との間にマイクロ波の高周波信号を印加することによって、アンテナ電極から垂直方向へ電波を発信させるマイクロストリップアンテナが知られている。マイクロストリップアンテナから発信される統合的な電波ビームの放射方向を制御するための技術として、次のようなものが知られている。例えば、特許文献3に記載されたものは、基板の表面に複数のアンテナ電極を配置し、高周波スイッチを切替えて各アンテナ電極への高周波信号の給電線路の長さを変えることにより、統合的な電波ビームの放射方向を変化させる。すなわち、複数のアンテナ電極への給電線路の長さを違えることによって、複数のアンテナ電極からそれぞれ発信される電波の間に位相差を生じさせ、位相が遅れたアンテナの方へ統合された統合的な電波ビームの放射方向を傾ける。また特許文献4には、複数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。
Conventionally, a power supply element that radiates radio waves by supplying high-frequency signals on a substrate, and is arranged around the power supply element to radiate radio waves by receiving radio waves from the power supply elements without supplying high-frequency signals. Monopole antennas are known. The monopole antenna is equipped with an electrode bar having a quarter wavelength length on a ground plate that acts as a ground for high-frequency signals, and radiates radio waves in a donut shape that is horizontal to the ground plate. The following technologies are known as techniques for changing the direction of radio waves in order to efficiently transmit and receive data. For example, in
このようにマイクロストリップアンテナから放射される電波は、モノポールアンテナとは異なり基板に対し鉛直方向に放射される為、アンテナに近づく物体から反射した電波信号によりその存在や物体の移動方向を検知する物体検知装置として知られている。ここでいう鉛直方向とは、統合された電波ビームの最大放射強度の指向角範囲が、半値角±10%の方向を指す。例えば、統合された電波ビームの半値角が±30°の場合、最大放射強度の指向角範囲が±3°の範囲においては基板面に対し電波ビームが鉛直方向に放射されているとみなされる。この物体検知装置においては、上記のようにしてマイクロストリップアンテナからの統合的な電波ビームの放射方向を変化させることにより、統合的な電波ビームの放射方向が固定している場合に比較して、物体の位置や移動方向をより正確に検知することができるようになる。例えば、マイクロストリップアンテナから送信される統合的な電波ビームの放射方向をXY方向に変えて2次元範囲をスキャンさせることにより、部屋の天井に配置することで、部屋内部のどの位置にどのような大きさの物体が存在するか把握でき、モノポールアンテナでは検知できない情報を得ることができる。物体検知装置の用途には、例えば自動追尾ミサイルにおける目標検知や、便器装置における使用者検知など多岐にわたる。いずれの用途においても、マイクロストリップアンテナから送信される統合的な電波ビームの放射方向を変化させ得ることは、非常に有用である。例えば、便器装置における使用者検知装置の場合について述べれば、使用者の位置や近づいてくる使用者の動線がより正確に検知されれば、連立した便器の中のどの便器の洗浄装置や脱臭装置を運転したらよいか適切に制御できる。ところで、使用者の状態を正確に把握する目的のみからは、むしろカメラの方が適しているかもしれないが、便器装置においてカメラは当然使用できない。よって、電波を用いた物体検知装置で、統合的な電波ビームの放射方向を制御して使用者の様子をより正確に把握できるようにすることは、非常に重要である。因みに、日本においては、人体を検知する目的には10.525GHzまたは24.15GHz、また、車載用衝突防止の目的には76GHzの周波数が使用可能である。 Unlike the monopole antenna, radio waves radiated from the microstrip antenna are radiated in the vertical direction with respect to the substrate. Therefore, the presence and the moving direction of the object are detected by the radio signal reflected from the object approaching the antenna. Known as an object detection device. The vertical direction here refers to a direction in which the directivity angle range of the maximum radiation intensity of the integrated radio wave beam is a half-value angle ± 10%. For example, when the half-value angle of the integrated radio wave beam is ± 30 °, it is considered that the radio wave beam is emitted in the vertical direction with respect to the substrate surface when the directivity angle range of the maximum radiation intensity is ± 3 °. In this object detection device, by changing the radiation direction of the integrated radio wave beam from the microstrip antenna as described above, compared to the case where the radiation direction of the integrated radio wave beam is fixed, The position and moving direction of the object can be detected more accurately. For example, by changing the radiation direction of the integrated radio wave beam transmitted from the microstrip antenna to the XY direction and scanning the two-dimensional range, it is arranged on the ceiling of the room, so It can grasp whether there is an object of size, and can obtain information that cannot be detected by a monopole antenna. Applications of the object detection device are diverse, such as target detection in an automatic tracking missile and user detection in a toilet device. In any application, it is very useful to be able to change the radiation direction of the integrated radio beam transmitted from the microstrip antenna. For example, in the case of a user detection device in a toilet device, if the user's position and the approaching user's flow line are detected more accurately, any toilet cleaning device or deodorizer in the simultaneous toilets Proper control of what to do with the device. By the way, the camera may be more suitable for the purpose of accurately grasping the user's condition, but the camera cannot be used in the toilet device. Therefore, it is very important for an object detection device using radio waves to control the radiation direction of an integrated radio wave beam so that the user can be accurately grasped. Incidentally, in Japan, a frequency of 10.525 GHz or 24.15 GHz can be used for the purpose of detecting a human body, and a frequency of 76 GHz can be used for the purpose of preventing a vehicle collision.
特許文献1,2で開示されている従来技術によれば、電波ビームの放射方向が、基板と水平方向であるため、電波ビームの放射方向を変化させたとしても部屋全体人体を検知する場合には、部屋の中央の空間に配置しなければならない。また便器等における使用者検知としては、便器を設置している壁にアンテナを配置する際奥行き方向に空間が必要になり、マイクロストリップアンテナに比べ施工スペースの確保が大変である。また電波の指向方向を切替えるのに、給電素子を中心とした、一対の無給電素子を反射器,導波器に設定しなければならない為、無給電素子を所定の周波数に変化させる為の調整が、スイッチ及びリアクタンス素子の精度に依存する為、どちらかがばらつきを有すると電波ビームの方向が所定の方向に制御できなくなる。また特許文献4で開示されている従来技術によれば、電波ビームの放射方向を変化させるために、電波を放射する給電素子を選択する為に、高周波信号を伝送する給電線路をスイッチングする必要がある。そのため、電波方向を切替えるだけの給電素子を配置しなければならない為にアンテナのサイズが大きくなり、設置の自由度が無くなると同時に、使用される特定周波数のマイクロ波信号に対するインピーダンスが所定の適正値に厳密に調整された高周波スイッチを使う必要があり、そのような高周波スイッチはかなり高価である。特に、統合的な電波ビームの放射方向を連続的または多段階に変化させる場合は多数の高周波スイッチが必要となる。しかしながら、例えば便器装置における使用者検知装置のような用途に高価な部品を多く使用することは実際的ではない。
According to the prior art disclosed in
従って、本発明の目的は、マイクロストリップアンテナにおいて、簡単かつ小型に構成され所定の方向に確実に電波ビームの放射方向を可変でき、高周波センサ用アンテナとすることにより、空間内の物体の位置,移動方向やシステムに近づく物体の動線を検知することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a microstrip antenna that is simple and small in size and can reliably change the radiation direction of a radio wave beam in a predetermined direction. It is to detect the moving direction and the flow line of an object approaching the system.
上記目的を達成するために請求項1記載の発明は、基板と、高周波信号が給電される給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される無給電素子と、前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向へ、他方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
一般的にマイクロストリップアンテナは、高周波信号が給電されて外部に電波を放射する給電素子と、前記給電素子にて励起された同一周波数の信号を受けて外部に電波を放射する無給電素子と併設すると、給電素子と無給電素子の位置関係から励起されるタイミングの遅れ、すなわち位相の遅れが生じ、給電素子から放射される電波と、無給電素子から放射される電波との統合的な電波ビームの放射方向は変化する。給電素子と無給電素子が同位相ならば基板面に対し鉛直方向に電波ビームは放射され、給電素子の位相が無給電素子の位相よりも進んでいれば基板面に対し鉛直方向から無給電素子が配置された方向側に電波ビームは放射される。すなわち給電素子と無給電素子との位置関係を調整することで位相が変化し、その変化量に応じて電波ビームを所定の角度に可変することができる。ここで言う所定の角度とは、電波の位相の遅れ量と、給電素子−無給電素子間の距離と、使用する周波数とにより一義的に決定される量である。この位相の遅れは、回路パターンの成形精度に依存する為、エッチング加工を用いることで非常に精度がよく、無給電素子と給電素子で構成される直線上の所定の方向に再現性良く設定することが可能である。また、無給電素子に接続された切替え手段により、接地電極と短絡または開放を選択すると、無給電素子に励起される電流量を制限でき、その結果、無給電素子から放射される電波量は、前記給電素子とで構成される統合的な電波に占める割合が著しく減少し、給電素子から放射される電波量にのみ支配され、電波方向を基板に対し、鉛直方向に設定することができる。従って、給電素子に供給される高周波信号の状態を切替えたり、無給電素子を所定の周波数に設定するために切替えるものではなく、無給電素子に励起される状態を制限するための切替え手段であればよいため、接地電極に短絡する際の損失量を厳密に管理する必要が無く、簡単な構成で電波の方向を切替えることができ、基板に対し鉛直方向に電波を放射できる為、省スペースな構成で物体あるいは人体へ電波を放射できる。 In general, a microstrip antenna is provided with a feeding element that radiates radio waves to the outside when a high-frequency signal is fed, and a parasitic element that radiates radio waves to the outside by receiving signals of the same frequency excited by the feeding element. Then, a delay in timing excited from the positional relationship between the feed element and the parasitic element, that is, a phase delay occurs, and an integrated radio beam of the radio wave radiated from the feed element and the radio wave radiated from the parasitic element The direction of radiation changes. If the feed element and the parasitic element have the same phase, a radio wave beam is radiated in the vertical direction with respect to the substrate surface. If the phase of the feed element is ahead of the phase of the parasitic element, the parasitic element from the vertical direction with respect to the substrate surface. A radio wave beam is radiated to the direction side where is placed. That is, the phase is changed by adjusting the positional relationship between the feeding element and the parasitic element, and the radio wave beam can be changed to a predetermined angle in accordance with the amount of change. The predetermined angle here is an amount that is uniquely determined by the amount of delay in the phase of the radio wave, the distance between the feed element and the parasitic element, and the frequency to be used. Since this phase delay depends on the molding accuracy of the circuit pattern, it is very accurate by using etching, and is set in a predetermined direction on a straight line composed of a parasitic element and a feeding element with good reproducibility. It is possible. In addition, when the switching means connected to the parasitic element is used to select a short circuit or open with the ground electrode, the amount of current excited by the parasitic element can be limited, and as a result, the amount of radio waves radiated from the parasitic element is The proportion of the integrated radio wave constituted by the power feeding element is remarkably reduced, and is governed only by the amount of radio wave radiated from the power feeding element, and the radio wave direction can be set in the vertical direction with respect to the substrate. Therefore, it is not a switch for switching the state of the high-frequency signal supplied to the feed element or setting the parasitic element to a predetermined frequency, but a switching means for limiting the state excited by the parasitic element. Therefore, there is no need to strictly control the amount of loss when short-circuited to the ground electrode, the direction of radio waves can be switched with a simple configuration, and radio waves can be emitted vertically to the board, saving space. The structure can radiate radio waves to an object or human body.
無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、一方の選択状態にて基板面に対し鉛直方向へと放射される。ここでいう鉛直方向とは、統合された電波のメインビームにおける最大放射強度の指向方向が、統合された電波ビームの半値角±10%の方向を指す。
一般的なマイクロストリップアンテナの場合、給電される素子が1個のとき基板面に対し鉛直方向に放射される電波ビームの半値角は±30°前後、給電される素子が4個アレイ化されたとき放射される電波ビームの半値角は±20°前後、さらに給電される素子が16個アレイ化されたとき放射される電波ビームの半値角は±15°前後である。
電波ビームの半値角が±10°以内の時に±2°〜±3°正面方向から傾いてしまうと移動体をセンシングする性能に大きくかかわってくるが、電波ビームの半値角が±20°〜±30°前後の時に±2°〜±3°正面方向から傾いても移動体をセンシングする性能にほとんど影響しない。必ず正面方向に向けようとすると製造によるバラつきを調整するための制御回路が必要となり操作性も複雑になるが、このような調整手段を必要としない。
When the parasitic element is selected to be short-circuited or opened with respect to the ground electrode by the switching means, it is radiated in the vertical direction with respect to the substrate surface in one selected state. The vertical direction here refers to a direction in which the directivity direction of the maximum radiation intensity in the main beam of the integrated radio wave is a half-value angle ± 10% of the integrated radio beam.
In the case of a general microstrip antenna, when the number of elements to be fed is one, the half-value angle of the radio wave radiated in the direction perpendicular to the substrate surface is around ± 30 °, and four elements to be fed are arrayed. The half-value angle of the radio wave beam emitted is about ± 20 °, and the half-value angle of the radio beam emitted when 16 elements to be fed are arrayed is about ± 15 °.
When the half-value angle of the radio beam is within ± 10 °, if it is tilted from ± 2 ° to ± 3 ° from the front direction, it will greatly affect the performance of sensing a moving object, but the half-value angle of the radio beam is ± 20 ° to ± Even if it is tilted from ± 2 ° to ± 3 ° from the front at around 30 °, it hardly affects the performance of sensing the moving body. If it is always directed in the front direction, a control circuit for adjusting variation due to manufacturing is required and the operability is complicated, but such adjusting means is not required.
上記目的を達成するために請求項2記載の発明は、基板と、高周波信号が給電される給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される複数の無給電素子と、各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、各無給電素子は前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが前記基板面に対し鉛直方向へ、前記無給電素子の少なくとも1つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention comprises a substrate, a power feeding element to which a high-frequency signal is fed, and a ground electrode that acts as a ground for the high-frequency signal, and the ground electrode is interposed through the substrate. In the microstrip antenna in which the feed element is disposed at a position facing the ground electrode, a plurality of parasitic elements are disposed at positions facing the ground electrode and excited by the feed element; Each of the parasitic elements is arranged at a symmetrical position on the same plane with the feeding element as a center, and all the parasitic elements are arranged by the switching means. When the ground electrode is selected to be short-circuited or opened, the integrated main beam of radio waves is perpendicular to the substrate surface, and at least one of the parasitic elements is the other When different from the selected state of the parasitic element, from the vertical direction to the substrate surface in the horizontal direction, characterized by radiation.
このように、マイクロストリップアンテナを用い、高周波信号が給電されて外部に電波を放射する給電素子と、前記給電素子にて励起された同一周波数の信号を受けて外部に電波を放射する複数の無給電素子とを設け、前記複数の無給電素子が接地電極に対し同一平面上にあり、且つ給電素子を中心に対称位置にあるため、対称位置にある無給電素子を同時に切替手段により、開放あるいは短絡の何れかに切替えると、給電素子から無給電素子上のに励起される電流量と位相遅れ量が同一であるため、無給電素子と給電素子で構成される直線上の位相変化量が相殺され、統合された電波ビームの放射方向は基板に対し、鉛直方向に放射されることになる。また、対称位置にある無給電素子の何れか一方を切替手段により接地電極に開放あるいは短絡し、無給電素子に励起される電流量を制限すると、その結果、無給電素子から放射される電波量は、前記給電素子と他側の無給電素子とで構成される統合的な電波に占める割合が著しく減少するため、給電素子と他側の無給電素子から放射される電波量にのみ支配され、電波方向が基板に対し鉛直方向から位相遅れ量に応じた所定の角度水平方向に傾き放射される。従って、それぞれの無給電素子に接続された切替手段の開放,短絡の状態を交互に変えると電波ビームもその状態に応じて基板に対し鉛直方向から対称に所定の角度、一対の無給電素子と給電素子で構成される直線上に傾けることができる。 As described above, a microstrip antenna is used to feed a high-frequency signal to radiate a radio wave to the outside, and a plurality of non-radiation devices that receive a signal of the same frequency excited by the power feeding element and radiate a radio wave to the outside. Since the plurality of parasitic elements are on the same plane with respect to the ground electrode and are in a symmetric position with the feeding element as the center, the parasitic elements in the symmetric position can be opened or closed simultaneously by the switching means. When switching to one of the short-circuits, the amount of current excited from the feed element to the parasitic element is the same as the amount of phase lag, so the amount of phase change on the straight line composed of the parasitic element and the feed element cancels out. Thus, the radiation direction of the integrated radio wave beam is radiated in the vertical direction with respect to the substrate. In addition, if one of the parasitic elements at the symmetrical position is opened or short-circuited to the ground electrode by the switching means and the amount of current excited by the parasitic element is limited, the amount of radio waves radiated from the parasitic element as a result Since the proportion of the integrated radio wave composed of the feeding element and the parasitic element on the other side is significantly reduced, it is governed only by the amount of radio waves radiated from the feeding element and the parasitic element on the other side, The direction of the radio wave is inclined and radiated in a horizontal direction by a predetermined angle corresponding to the amount of phase delay from the vertical direction to the substrate. Therefore, when the switching means connected to each parasitic element is alternately switched between open and short states, the radio wave beam is also symmetrical with respect to the substrate from the vertical direction according to the state, and a pair of parasitic elements. It can be tilted on a straight line composed of feeding elements.
上記目的を達成するために請求項3記載の発明は、前記給電素子が複数、配置されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
給電素子を複数、配置することにより、電波ビームを絞り込んだ状態でビーム方向を切り替え、検知距離を伸ばすことができる。 By arranging a plurality of feeding elements, the beam direction can be switched while the radio wave beam is narrowed down, and the detection distance can be extended.
上記目的を達成するために請求項4記載の発明は、基板と、少なくとも1つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ、他方の選択状態では前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fourth aspect of the present invention includes a substrate, a plurality of power supply elements in which at least one power supply element is supplied with a phase in which a high frequency signal is different from that of other power supply elements, In the microstrip antenna, the plurality of feeding elements are arranged at positions facing the ground electrode via the substrate, the microstrip antenna is arranged at a position facing the ground electrode, A parasitic element excited by a feeding element; and a switching unit that can select a short circuit or an open state with respect to the ground electrode, and the parasitic element is short-circuited or opened with the ground electrode by the switching unit. The main beam of the integrated radio wave from the position where the feeding element whose phase is advanced with respect to the substrate surface in one selected state is arranged. Phase to the late predetermined direction in which the feed elements are disposed is, in the other selected to only a direction inclined a predetermined angle from said predetermined direction, characterized by radiation.
無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では複数、配置された給電素子の位相関係により位相が遅れている給電素子が配置された既定方向へ放射され、他方の選択状態では複数の給電素子と無給電素子との位相関係により既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射する When a parasitic element is selected to be short-circuited or opened with the ground electrode by the switching means, the phase of the main beam of the integrated radio wave is delayed due to the phase relationship of the arranged feeder elements in one selected state Radiates in a predetermined direction in which the feeding element is arranged, and in the other selected state, radiates in a direction inclined by a predetermined angle from the predetermined direction due to the phase relationship between a plurality of feeding elements and parasitic elements.
上記目的を達成するために請求項5記載の発明は、基板と、少なくとも1つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、各無給電素子は複数の前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ、前記無給電素子の少なくとも1つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fifth aspect of the present invention includes a substrate, a plurality of power supply elements in which at least one power supply element is supplied with a phase in which a high-frequency signal is different from that of other power supply elements, and a ground for a high-frequency signal. In the microstrip antenna, the plurality of feeding elements are arranged at positions facing the ground electrode via the substrate, the microstrip antenna is arranged at a position facing the ground electrode, Each parasitic element includes a parasitic element that is excited by a feeding element, and each parasitic element includes a switching unit that can select a short circuit or an open state, and each parasitic element is centered on a plurality of the feeding elements. When the switching means selects all the parasitic elements to be short-circuited or opened with the ground electrode, the integrated radio wave The in-beam is in a predetermined direction in which the feeding element whose phase is delayed from the position where the feeding element whose phase is advanced with respect to the substrate surface is arranged. When the parasitic element is different from the selected state, the radiation is performed in a direction inclined by a predetermined angle from the predetermined direction.
全ての無給電素子を切替手段により接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、複数、配置された給電素子の位相関係により位相が遅れている給電素子が配置された既定方向へ放射され、無給電素子の少なくとも1つが他の無給電素子の選択状態とは異なるとき、複数の給電素子と無給電素子との位相関係により既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ、放射する When all parasitic elements are selected to be short-circuited or opened with the ground electrode by the switching means, a plurality of integrated main radio wave beams are fed elements whose phases are delayed due to the phase relationship of the arranged feeder elements. When at least one of the parasitic elements is radiated in the arranged predetermined direction and is different from the selected state of the other parasitic elements, it is inclined by a predetermined angle from the predetermined direction due to the phase relationship between the plurality of parasitic elements and the parasitic elements. Radiate in the direction
上記目的を達成するために請求項6記載の発明は、前記切替手段は、高周波信号を通過または遮断するスイッチと、高周波信号を伝播するリアクタンス素子とから構成され、前記リアクタンス素子の片端は前記無給電素子の所定の位置に、前記リアクタンス素子の他端は前記スイッチの入力端に、前記スイッチの出力端は前記接地電極に各々接続され、前記スイッチは一定の直流電圧が印加されたとき、前記無給電素子と前記接地電極が短絡または開放の状態になることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to a sixth aspect of the present invention, the switching means includes a switch that passes or blocks a high-frequency signal and a reactance element that propagates the high-frequency signal, and one end of the reactance element is the non-reactive element. In a predetermined position of the power feeding element, the other end of the reactance element is connected to the input terminal of the switch, the output terminal of the switch is connected to the ground electrode, and when the switch is applied with a constant DC voltage, The parasitic element and the ground electrode are short-circuited or opened.
このように、切替手段がリアクタンス素子とスイッチにより構成すると、スイッチの設置自由度が向上すると共に電波の放射量に影響する無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態をスイッチで遮断することがないため、無給電素子から放射される電波ビームの量を保持し、しいては、給電素子と統合される電波の放射量を保持できる。また、切替手段は、スイッチに印加する電源を変動することなく一定の直流電圧で行っている為、電源供給回路を簡略化できる。 As described above, when the switching means is constituted by a reactance element and a switch, the degree of freedom in installing the switch is improved and the electromagnetic field state generated between the parasitic element and the ground electrode that affects the radiation amount of the radio wave is blocked by the switch. Therefore, the amount of the radio wave beam radiated from the parasitic element can be maintained, and the radiation amount of the radio wave integrated with the feed element can be maintained. In addition, since the switching means performs a constant DC voltage without changing the power applied to the switch, the power supply circuit can be simplified.
上記目的を達成するために請求項7記載の発明は、前記スイッチは前記接地電極と同一面上に配置されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
このように、切替手段の一部であるスイッチを接地電極面に配置すると、無給電素子に対向する部位をスイッチで切欠くことがない為、無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態を崩すことがなく、無給電素子から放射される電波ビームの量を保持できる。 In this way, when a switch that is a part of the switching means is arranged on the ground electrode surface, the portion facing the parasitic element is not cut out by the switch, so an electromagnetic field state generated between the parasitic element and the ground electrode The amount of the radio wave beam radiated from the parasitic element can be maintained without destroying.
上記目的を達成するために請求項8記載の発明は、前記リアクタンス素子は、前記基板の内部に配置される導通孔と、前記基板の表面または内部に配置される分布定数回路からなる薄膜線路とから構成され、前記導通孔の片端と前記薄膜線路の片端とが接続されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to an eighth aspect of the present invention, the reactance element includes a conduction hole disposed inside the substrate, and a thin film line including a distributed constant circuit disposed on or inside the substrate. The one end of the conduction hole and the one end of the thin film line are connected.
このようにリアクタンス素子に電子部品をいっさい用いず、積層基板加工工程で成形可能な回路パターンで構成した為、部品の定数ばらつきや実装時の位置,回転方向のずれによるばらつきが少なくリアクタンス量の精度が確保されるため、無給電素子上に励起される電流量を精度良く設定でき、給電素子とで構成される位相量および統合された電波ビームの量を制御することができる。 In this way, since no electronic components are used in the reactance element, and the circuit pattern can be formed in the multilayer substrate processing process, there is little variation in the constants of the components and variations due to deviations in the mounting position and rotation direction. Therefore, the amount of current excited on the parasitic element can be set with high accuracy, and the phase amount constituted by the feeder element and the amount of the integrated radio beam can be controlled.
上記目的を達成するために請求項9記載の発明は、前記リアクタンス素子の長さは、[λg/4]×n (λg:基板上の波長,n:整数)であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 9 is characterized in that the reactance element has a length of [λg / 4] × n (λg: wavelength on substrate, n: integer).
このようにリアクタンス素子の長さを設定すると無給電素子の上リアクタンス素子と接続された部位をスイッチにより精度良く電流量を“0”にすることができる為、無給電素子に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。また、厳密にリアクタンス素子の長さを[λg/4]×nにしなくても、([λg/4]±[λg/8])×nであれば、本発明のマイクロストリップアンテナを提供することが可能である。 When the length of the reactance element is set in this way, the amount of current excited by the parasitic element can be accurately set to “0” by the switch at the site connected to the upper reactance element of the parasitic element. And the direction of the radio wave beam integrated with the feed element can be controlled with high accuracy. Further, even if the length of the reactance element is not strictly set to [λg / 4] × n, the microstrip antenna of the present invention can be provided if ([λg / 4] ± [λg / 8]) × n. It is possible.
上記目的を達成するために請求項10記載の発明は、前記リアクタンス素子の片端は、前記薄膜線路のインピーダンスと一致する前記無給電素子上の位置に接続されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 is characterized in that one end of the reactance element is connected to a position on the parasitic element which matches the impedance of the thin film line.
このようにリアクタンス素子と無給電素子上のインピーダンスの整合をとると、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が損失しないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。 If the impedance of the reactance element and the parasitic element is matched in this way, the high frequency signal between the ground electrode and the parasitic element is not lost when the switch is short-circuited. The amount of current to be transmitted can be reliably limited, and the direction of the radio wave beam integrated with the feed element can be controlled with high accuracy.
上記目的を達成するために請求項11記載の発明は、前記リアクタンス素子の片端は、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺と、励振方向と直交する前記無給電素子の端辺から使用周波数の1/10波長(λg)中央部に向かった前記無給電素子の部位との間に接続されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the invention described in claim 11, one end of the reactance element is used from an end side of the parasitic element orthogonal to the excitation direction and an end side of the parasitic element orthogonal to the excitation direction. It is characterized in that it is connected to the part of the parasitic element that is directed to the center of 1/10 wavelength (λg) of the frequency.
一般的に考えると無給電素子の50Ωのインピーダンス地点は無給電素子の励振方向と直交する端辺から0.17λg付近で、この地点はインピーダンスの変化率が大きい。これは電波の放射状態(放射量・放射方向)が変化しやすいことを意味しており、使用周波数が高くなる程、リアクタンス素子を接続する位置精度が要求され、製造による品質のばらつきが大きく影響するようになる。励振方向と直交する無給電素子4の端面から使用周波数の1/10波長中央部に向かった前記無給電素子の部位にリアクタンス素子を接続することにより、製造のバラつきを受けにくく、安定した性能を得ることができる。
また、無給電素子のその部位のインピーダンスは、ハイインピーダンスとなるため、リアクタンス素子のインピーダンスをハイインピーダンス状態にしておけば正確に設定しなくても、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が反射や損失がほとんどないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。
Considering generally, the impedance point of 50Ω of the parasitic element is near 0.17λg from the end perpendicular to the excitation direction of the parasitic element, and this point has a large impedance change rate. This means that the radiation state (radiation amount / radiation direction) of radio waves is likely to change. The higher the operating frequency, the more accurate the position accuracy of connecting the reactance elements, which greatly affects the quality variation due to manufacturing. To come. By connecting a reactance element to the part of the parasitic element from the end face of the
In addition, since the impedance of the part of the parasitic element is high impedance, if the impedance of the reactance element is set to a high impedance state, the ground electrode and Since the high-frequency signal between the parasitic elements has almost no reflection or loss, the amount of current excited on the parasitic element can be reliably limited, and the direction of the radio wave beam integrated with the parasitic element can be accurately controlled. Can do.
上記目的を達成するために請求項12記載の発明は、前記無給電素子の少なくとも1つは、接続される前記リアクタンス素子の位置が他の前記無給電素子とは異なることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 12 is characterized in that at least one of the parasitic elements is different in position of the reactance element to be connected from the other parasitic elements.
このようにリアクタンス素子の位置を例振方向に対し配置を変えると、設置自由度が向上するため、給電素子を中心に多数の無給電素子を配置し、それぞれにリアクタンス素子およびスイッチを設ける場合にも、スイッチの搭載スペースが無く、無給電素子と対向する接地電極の一部を切欠くことないため、無給電素子と接地電極間で発生する電磁界状態を保持できる。 When the position of the reactance element is changed with respect to the vibration direction in this way, the degree of freedom of installation is improved. Therefore, when a large number of parasitic elements are arranged around the feeding element, and each is provided with a reactance element and a switch. However, since there is no switch mounting space and a part of the ground electrode facing the parasitic element is not cut out, the electromagnetic field state generated between the parasitic element and the ground electrode can be maintained.
上記目的を達成するために請求項13記載の発明は、前記薄膜線路のインピーダンスは50Ωであることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
このように薄膜線路のインピーダンスを50Ωに設定すると、後段に接続されるスイッチの入力インピーダンスが一般に50Ωに設定されている為、接続部の整合性が保持でき、スイッチを短絡状態にした際に、接地電極と無給電素子の間の高周波信号が損失しないため、無給電素子上に励起される電流量を確実に制限でき、給電素子とで統合された電波ビームの方向を精度良く制御することができる。 When the impedance of the thin film line is set to 50Ω in this way, the input impedance of the switch connected to the subsequent stage is generally set to 50Ω, so that the consistency of the connection can be maintained, and when the switch is short-circuited, Since the high-frequency signal between the ground electrode and the parasitic element is not lost, the amount of current excited on the parasitic element can be surely limited, and the direction of the radio wave beam integrated with the feeder element can be accurately controlled. it can.
上記目的を達成するために請求項14記載の発明は、前記給電素子と前記無給電素子の形状は、励振方向における1辺の長さが同一であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 14 is characterized in that the feeding element and the parasitic element have the same length of one side in the excitation direction.
このように給電素子と無給電素子の励振方向の長さを揃えることで、給電素子で励起された電流により無給電素子から放射される電波の周波数が給電素子のそれと一致する為、それぞれから放射される電波が分離することなく統合され、切替手段の短絡または開放に応じて所定の方向に電波ビームを可変することができる。 By aligning the excitation direction lengths of the feed element and the parasitic element in this way, the frequency of the radio wave radiated from the parasitic element by the current excited by the feed element matches that of the feed element. Radio waves are integrated without being separated, and the radio wave beam can be varied in a predetermined direction in accordance with short-circuiting or opening of the switching means.
上記目的を達成するために請求項15記載の発明は、請求項1乃至14いずれか1項記載のマイクロストリップアンテナを備えたことを特徴とする高周波センサである。 In order to achieve the above object, a fifteenth aspect of the present invention is a high-frequency sensor comprising the microstrip antenna according to any one of the first to fourteenth aspects.
このように電波の指向方向を可変できるマイクロストリップアンテナを有する高周波センサを構成すると、センサから放射される電波の方向が基板面に対し鉛直方向および鉛直方向から無給電素子の配置方向または反対側に傾斜した状態に切替えることができる為、例えば壁面に設置した場合に、正面方向と下方向になるようにセンサを設置すると、身長のことなる人体が近づいた場合にもそれぞれの高さを認識して検知できたり、正面方向と床面に平行方向に電波方向を切替えた場合には、センサに近づく人体又は物体か否かを判断でき、その空間に必要な情報を的確に判断するセンサを構成できる。また、センサから放射される電波の方向が基板面に対し鉛直方向および鉛直方向からいずれか一方の無給電素子の配置方向に傾斜した状態に切替えることができる為、例えば壁面に設置した場合に、正面方向と上下方向になるようにセンサを設置すると、身長のことなる人体が近づいた場合にもそれぞれの高さを認識して検知できたり、正面方向と床面に平行方向に複数電波方向を切替えた場合には、センサに近づく人体又は物体か横切るものかを判断でき、その空間に必要な情報を的確に判断するセンサを構成できる。電波ビームの指向方向を簡単に、且つ単純に制御できるマイクロストリップアンテナは、アンテナ前方に存在する物体の位置や移動方向を二次元的あるいは3次元的に認識するセンサに有用である。 When a high-frequency sensor having a microstrip antenna that can change the direction of radio waves is configured in this way, the direction of the radio waves radiated from the sensor is perpendicular to the substrate surface and from the vertical direction to the parasitic element placement direction or the opposite side. Since it can be switched to an inclined state, for example, when it is installed on a wall surface, if the sensor is installed so that it is in the front direction and the downward direction, each height will be recognized even if a human body with a height approaches. If the direction of the radio wave is switched between the front direction and the parallel to the floor surface, it can be determined whether it is a human body or an object approaching the sensor, and a sensor that accurately determines the information necessary for the space is configured. it can. In addition, since the direction of the radio wave radiated from the sensor can be switched from the vertical direction and the vertical direction to the state in which one of the parasitic elements is arranged with respect to the substrate surface, for example, when installed on a wall surface, When the sensor is installed so that it is in the front and vertical directions, it can detect and detect the height even when a human body with a height approaches, or it can detect multiple radio wave directions in parallel to the front direction and the floor surface. In the case of switching, it is possible to determine whether a human body or an object that approaches the sensor or to cross it, and it is possible to configure a sensor that accurately determines information necessary for the space. A microstrip antenna that can easily and simply control the directivity direction of a radio wave beam is useful as a sensor that recognizes the position and moving direction of an object existing in front of the antenna in a two-dimensional or three-dimensional manner.
本発明によれば、マイクロストリップアンテナにおいて、簡単かつ小型に構成され所定の方向に確実に電波ビームの放射方向を可変でき、高周波センサ用アンテナとすることにより、空間内の物体の位置,移動方向やシステムに近づく物体の動線を検知することができる。 According to the present invention, in a microstrip antenna, the radiation direction of a radio wave beam can be reliably changed in a predetermined direction with a simple and small configuration, and the position and moving direction of an object in space can be achieved by using a high frequency sensor antenna. And the flow line of an object approaching the system can be detected.
以下、図面を参照しながら、本発明におけるマイクロストリップアンテナの実施の形態について説明する。
尚、以下実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。
図1は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第1実施形態であり、(a)正面からみた平面図、(b)背面からみた平面図、(c)A−A’の断面図である。
Hereinafter, embodiments of a microstrip antenna according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following examples, the thickness of the substrate and the pattern dimensions in the drawings are different from actual shapes for convenience of explanation.
FIG. 1 is a first embodiment of a microstrip antenna according to the present invention, (a) a plan view seen from the front, (b) a plan view seen from the back, and (c) a sectional view taken along line AA ′.
図1のマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板1と、高周波信号が給電される給電素子2と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極3と、給電素子2にて励起される無給電素子4と、無給電素子4と接地電極3とが短絡または開放の状態を選択可能にする切替手段から構成されている。切替手段は制御電極8に一定の直流電圧を印加したとき高周波信号を通過または遮断するスイッチ7と、無給電素子4の所定の位置からスイッチ7まで高周波信号を伝播する基板1の内部に配置される導通孔5と、基板の1表面に配置される分布定数回路からなる薄膜線路6とから構成されている。ここでは導通孔5の片端と薄膜線路6の片端を接続したものをリアクタンス素子とし、同通孔5の長さ(基板の厚みと同じ)と上面視したときの薄膜線路6の和がリアクタンス素子の長さとなる。
給電素子2と無給電素子4は同一形状であり、基板1を介して接地電極3と対向する基板1の表面に所定の間隔を設け配置されている。接地電極3が形成された基板1の裏面にはスイッチ7が配置される。無給電素子4の所定の位置には導通孔5の片端が、導通孔5の他端には薄膜線路6の片端が、薄膜線路6の他端にはスイッチ7の入力端が、スイッチ7の出力端には接地電極3が、各々接続されている。
The microstrip antenna shown in FIG. 1 includes an insulating
The
マイクロストリップアンテナ構造(接地電極3との電磁界結合を利用し給電素子2の正面方向に効率よく電波を放射する)をなす給電素子2は使用周波数の半波長(λg/2:λg…基板1を伝搬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1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もつ矩形状の薄膜電極であり、インピーダンスが50Ωとなる地点に高周波信号を給電するための給電点Pを設けている。この給電点Pの位置は、図示しない発振回路から高周波信号が伝播される伝送線路のインピーダンスにより変化するが、一般的にはアンテナに接続される発振回路や検波回路等の入出力端が50Ωで整合が取れるよう設計されている。
The
薄膜線路6は分布定数回路からなる50Ωのインピーダンスをもったコプレーナラインであり、無給電素子4のインピーダンスが50Ωとなる位置に導通孔5の片端を接続し、導通孔5の他端に薄膜線路6が接続されている。本実施例では給電素子2と無給電素子4は同一形状であるから、無給電素子4と導通孔5の接続位置は給電素子2の給電点Pと同じ位置に相当する。
The
スイッチ7には、電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタ、トランジスタ等を複合し高機能化した高周波スイッチ(MMIC)を使用できる。本実施例では、図2に記載した端子配置を備えた電界効果トランジスタを用い、ドレイン端子を入力端とし薄膜線路6の片端に、ソース端子を出力端として接地電極3に各々接続し、ゲート端子を制御電極8として一定の直流電圧を印加することで高周波信号を通過または遮断できる。ドレイン端子を出力端として、ソース端子を入力端として使用することもできるが、本発明のアンテナはマイクロストリップ構造をなしているため、放射効率を考慮すると接地電極3が形成できる領域(面積)が大きい程が好ましい。
The
図3はスイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを短絡または開放の状態に選択したとき、無給電素子4と導通孔5を接続した地点における反射特性を示したグラフである。
導通孔5の深さと薄膜線路6の長さにより決定されるリアクタンス素子の長さL1が半波長(λg/2)の時、図3に示すグラフの実線は開放状態、破線は短絡状態を選択したときに相当する。開放状態のときは無給電素子4の共振周波数が使用周波数と同程度(定在波比に換算したとき2以下程度)となり無給電素子4から電波が放射されるが、短絡状態のときは無給電素子4の共振周波数が大きく変化し使用周波数から外れ、無給電素子4から電波が殆ど放射されない状態となる。
リアクタンス素子の長さL1を半波長より短くした1/4波長(λg/4)の時は、図3に示すグラフの実線が短絡状態、破線が開放状態を選択したときに相当する。これはリアクタンス素子の長さL1が半波長の時とは正反対の結果である。すなわち、短絡状態のときは無給電素子4の共振周波数が使用周波数と同程度となり無給電素子4から電波が放射されるが、開放状態のときは無給電素子4の共振周波数が大きく変化し使用周波数から外れ、無給電素子4から電波が殆ど放射されない状態となる。
FIG. 3 is a graph showing the reflection characteristics at a point where the
When the reactance element length L1 determined by the depth of the
The quarter wavelength (λg / 4) in which the length L1 of the reactance element is shorter than a half wavelength corresponds to the case where the solid line in the graph shown in FIG. 3 is selected as the short circuit state and the broken line as the open state. This is a result opposite to the case when the length L1 of the reactance element is a half wavelength. That is, the resonance frequency of the
従って、無給電素子4に接続されるリアクタンス素子の長さL1が半波長の時、スイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを短絡状態にすると、無給電素子4からは電波が殆ど放射せず給電素子2からの電波の放射量が圧倒的に多くなるため、図4(a)に示すように給電素子2と無給電素子4により統合された電波のメインビームは、、基板1面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを開放状態にすると、無給電素子4から放射される電波の放射量が給電素子2から放射される電波の放射量に対して無視できない大きさになるため、図4(b)に示すように給電素子2と無給電素子4により統合された電波のメインビームは、給電素子2と無給電素子4の位相関係(ここでは、給電素子2に対し無給電素子4の位相が進んだ状態)により、基板1面に対し鉛直方向から水平方向側(図中右方向)へ放射される。
リアクタンス素子の長さL1が1/4波長の時、スイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを開放状態にすると、図4(a)に示すように給電素子2と無給電素子4により統合された電波のメインビームは、基板1面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを短絡状態にすると、図4(b)に示すように給電素子2と無給電素子4により統合された電波のメインビームは、基板1面に対し鉛直方向から水平方向側(図中右方向)へ放射される。
Therefore, when the length L1 of the reactance element connected to the
When the length L1 of the reactance element is ¼ wavelength, when the
このようにスイッチ7を制御することで、簡単に電波ビームの放射方向を基板1面に対し鉛直方向から水平方向側へ変えることができるが、そのためにはリアクタンス素子の接続位置や長さを適切に設定する必要がある。
図5(a)、(b)に示すマイクロストリップアンテナは前述したマイクロストリップアンテナと同様に、基板1の表面に給電素子2と無給電素子4が、基板1の裏面に接地電極3が各々、配置されているが、薄膜線路6やスイッチ7は存在しない。(a)と(b)で異なる所は無給電素子4に接続された導通孔5の片端の位置であり、図5(a)では給電点Pと同じインピーダンスが50Ωの地点に、図5(b)ではインピーダンスが50Ωよりも高くなる無給電素子4の外郭近傍の地点に、導通孔5の片端が接続されている。図5(c)、(e)は図5(a)のB−B’断面図であり、図5(d)、(f)は図5(b)のC−C’断面図である。
図6は電波ビームの放射方向を示すグラフであり、CASE1は図5(c)に示す導通孔5の他端が接地電極3と開放状態のとき、CASE2は図5(d)に示す導通孔5の他端が接地電極3と開放状態のとき、CASE3は図5(e)に示す導通孔5の他端が接地電極3と短絡状態のとき、CASE4は図5(f)に示す導通孔5の他端が接地電極3と短絡状態のときを、それぞれ示している。
By controlling the
The microstrip antenna shown in FIGS. 5A and 5B is similar to the above-described microstrip antenna, in which the
FIG. 6 is a graph showing the radiation direction of the radio wave beam.
導通孔5の他端が接地電極3と開放状態にあるCASE1とCASE2を比較すると、ともに電波のメインビームは図中右(+)方向へ放射されているが、CASE1の方がより図中右(+)方向にメインビーム(主要電波)が放射されているが、図中左(−)方向に放射されるサイドローブ(不要電波)も大きくなっていることがわかる。また、導通孔5の他端が接地電極3と短絡状態にあるCASE3とCASE4を比較すると、CASE4では電波のメインビーが図中正面(0°)方向へ放射されているのに対し、CASE3では電波のメインビーが図中左(−)方向へ放射されているがわかる。これは無給電素子4に接続される導通孔5の片端の位置の違いから発生するもので、給電点Pと同じインピーダンスが50Ωの地点を単純に短絡しても電波のメインビームは図中正面(0°)方向へ放射されないことを意味し、電波のメインビームを図中正面(0°)方向へ放射するには適切な長さを有したリアクタンス素子を接続する必要がある。
When CASE1 and CASE2 in which the other end of the
図7(a)にリアクタンス素子の長さL1を変化させスイッチ7を制御し無給電素子4と接地電極3間とを開放状態にしたときの統合された電波ビームの放射形状を、図7(b)に無給電素子4と接地電極3間とを短絡状態にしたときの統合された電波ビームの放射形状を示す。
本発明のマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子の長さが、[λg/4])×n (n:整数)で設定されているため、無給電素子4と接地電極3間とを短絡または開放の状態に選択したとき、どちらか一方の状態で基板面1に対し統合された電波ビームが鉛直方向に放射される。
統合された電波ビームが基板1面に対し鉛直方向から水平方向側へ放射する形態は、リアクタンス素子の長さL1が、[λg/4]<L1<[λg/2]の時に比較するとし放射角度を大きくできる。そして、[λg/2]<L1の時と比較するとメインローブに対しサイドローブを小さくでき、移動する物体の方向を精度良く検知できる。
FIG. 7A shows the radiation shape of the integrated radio wave beam when the length L1 of the reactance element is changed to control the
In the microstrip antenna of the present invention, since the length of the reactance element is set to [λg / 4]) × n (n: integer), the
The form in which the integrated radio wave beam radiates from the vertical direction to the horizontal direction with respect to the surface of the
無給電素子4に接続するリアクタンス素子の位置は、図8に示す励振方向と直交する無給電素子4の端辺と、励振方向と直交する無給電素子4の端辺から使用周波数の1/10波長(λg)中央部に向かった無給電素子4の部位との間に接続することが好ましい。
図9に示すグラフは無給電素子4と接地電極3を開放状態から短絡状態に切り替えた時の給電素子2の給電点Pにおけるインピーダンスおよび定在波比(VSWR)の変化率を示したグラフである。
一般的に考えると無給電素子4の50Ωのインピーダンス地点は無給電素子4の端面から0.17λg付近であるが、この地点はインピーダンスの変化率が大きい。これは電波の放射状態(放射量・放射方向)が変化しやすいことを意味しており、使用周波数が高くなる程、リアクタンス素子を接続する位置精度が要求され、製造による品質のばらつきが大きく影響するようになる。励振方向と直交する無給電素子4の端辺と、励振方向と直交する無給電素子4の端辺から使用周波数の0.15λg中央に向かった無給電素子4の部位との間はインピーダンスの変化率も小さくリアクタンス素子を接続する位置として適しているが、さらには1/10λg中央に向かった無給電素子の部位との間にリアクタンス素子を接続することが好ましく、製造のバラつきを受けにくく、安定した性能を得ることができる。
The position of the reactance element connected to the
The graph shown in FIG. 9 is a graph showing the change rate of the impedance and the standing wave ratio (VSWR) at the feeding point P of the
Generally speaking, the 50Ω impedance point of the
基板1は、ガラスクロスを重ねエポキシ樹脂で固着させた汎用性の高いガラスエポキシ基板やアルミナやチタンの粉末を混合した高誘電率樹脂基板等も使用可能だが、比誘電率εrのバラつきが大きいと給電素子2や無給電素子4の共振周波数が変動し電波ビームの放射性能のバラつきが大きくなる。安定した放射性能を得るためには、フッ素等の単一素材(εr:2〜4)からなる低誘電率樹脂基板、ガラスを主成分(εr:6〜8)とした低温焼成セラミック基板、アルミナ(εr:8〜10)を主成分とした高温焼成セラミック基板等の比誘電率εrのバラつきが比較的小さい基板を使用することが好ましい。さらには製造上のばらつき(給電素子2や無給電素子4、薄膜線路6のエッチング・または印刷精度や無給電素子4と導通孔5の接続位置の孔加工精度)を考慮すると、使用周波数がGHz帯と高いため比較的低誘電率の基板を使用することが好ましい。
低比誘電率でバラつきが少ない基板は組成構造上、積層が困難であることが多いが、本発明のマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子である導通孔5または薄膜線路6の片端が、薄膜線路6のインピーダンスと略一致する無給電素子2上の位置に接続すれば良いため、スイッチ7を接地電極3と同一面に容易に配置することができ、基板1を積層構造にして接地電極2が形成される面とスイッチ7を配置する面を分離しなくても良い。
As the
A substrate having a low relative dielectric constant and little variation is often difficult to stack due to the composition structure. However, in the microstrip antenna of the present invention, one end of the
本実施例では無給電素子4と給電素子は同一形状としたが、必ずしも同じにする必要は無い。無給電素子の共振周波数が使用周波数より大きく変化しないレベル(定在波比に換算したとき2以下程度)ならば、励振方向と平行する無給電素子の1辺の長さや励振方向と直交する1辺の長さが多少、変化しても使用できる。
In the present embodiment, the
本実施例では導通孔5の形状を円柱構造としたが、内部が中空または樹脂埋めされた円筒構造でも良い。但し、周波数が高くなると円筒構造の場合、リアクタンス成分の他に無視できない容量成分が発生するため、直径を小さく(例えば、0.5mm以下)する必要が生じる。当然のことながら無給電素子4におけるインピーダンスが50Ω±0Ωの地点のみに導通孔5を設けることは困難である。従って、導通孔5の大きさは極力小さくして無給電素子4のインピーダンスが50Ωの地点を含むように接続することが好ましい。
In this embodiment, the shape of the
図10は第1実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例1を示す断面図である。
図10に示すマイクロストリップアンテナは、給電素子2と無給電素子4、接地電極3が基板1の内部に埋設されている。劣悪な環境(高温多湿の部屋や地域)での使用、いたずら等による素子の損傷を防止できる。また、給電素子2と無給電素子4を3次元的(異なる平面上)に配置することで、給電素子2と無給電素子4の2次元的な配置距離は同じでも位相量が変化するため、統合された電波ビームが基板面1に対し鉛直方向から水平方向側へ放射する角度を調節できる
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a first modification of the microstrip antenna shown in the first embodiment.
In the microstrip antenna shown in FIG. 10, a
図11は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第2実施形態を示す平面図である。
以下、前述した第1実施形態と重複する箇所については説明を省略する。
図11に示すマイクロストリップアンテナは、50Ωのインピーダンスをもつ給電点Pからインピーダンスが100Ωの伝送線路に分岐され、その両端に給電素子2a、2bが接続され、同位相にて高周波信号が伝播されている。従って、給電される素子面積が増えるため、電波ビームを絞り込んだ状態でビーム方向を切り替え、検知距離を伸ばすことができる。
また、給電素子2a、2bの伝送線路が接続されている各接続部のインピーダンスは100Ωである。それに対し、無給電素子4の導通孔5は図1のマイクロストリップアンテナと同じ50Ωの地点に接続されている。このように、無給電素子4と導通孔5の接続位置は必ずしも給電素子の給電点Pと同じ位置にある必要は無く、薄膜線路6のインピーダンスと略一致する無給電素子の位置にリアクタンス素子の片端が接続されれば良い。
FIG. 11 is a plan view showing a second embodiment of the microstrip antenna of the present invention.
Hereinafter, description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted.
The microstrip antenna shown in FIG. 11 is branched from a feeding point P having an impedance of 50Ω to a transmission line having an impedance of 100Ω, and feeding
Further, the impedance of each connection portion to which the transmission lines of the
図12は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第3実施形態であり、(a)正面からみた平面図、(b)背面からみた平面図である。
図12のマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板1と、高周波信号が給電される給電素子2と、高周波信号のグランドとして作用する接地電極3と、給電素子2にて励起される複数の無給電素子4a、4bと、無給電素子4a、4bと接地電極3とが短絡または開放の状態を選択可能にする切替手段として制御電極8a、8bに一定の直流電圧を印加したとき高周波信号を通過または遮断するスイッチ7a、7bと、無給電素子4a、4bの所定の位置からスイッチ7a、7bまで高周波信号を伝播するリアクタンス素子として基板1の内部に配置される導通孔5a、5bと、基板1の表面に配置される分布定数回路からなる薄膜線路6a、6bとから構成されている。
給電素子2と無給電素子4a、4bは同一形状であり、基板1を介して接地電極3と対向する基板1の表面に給電素子2を中心として同一平面上の対称な位置に所定の間隔を設け配置されている。従って、無給電素子4a、4bの励振方向は給電素子2と同じであり、位相も略同位相である。接地電極3が形成された基板1の裏面にはスイッチ7a、7bが配置され、無給電素子4a、4bとスイッチ7a、7bの入力端は導通孔5a、5bと薄膜線路6a、6bにより接続され、スイッチ7a、7bの出力端は接地電極3に接続されている。
FIG. 12 shows a third embodiment of the microstrip antenna of the present invention, (a) a plan view seen from the front, and (b) a plan view seen from the back.
The microstrip antenna of FIG. 12 includes an insulating
The
図12に示すマイクロストリップアンテナは、リアクタンス素子の長さL1が半波長(λg/2)の時、スイッチ7a、7bを制御し無給電素子4a、4bと接地電極3間とを短絡状態にすると、図13(a)に示すように給電素子2と無給電素子4a、4bにより統合された電波のメインビームは、無給電素子4a、4bからは電波が殆ど放射せず給電素子2からの電波の放射量が圧倒的に多くなるため、基板1面に対し鉛直方向へ放射される。そして、スイッチ7a、7bを制御し無給電素子4aと接地電極3間とを開放状態、無給電素子4bと接地電極3間とを短絡状態にすると、図13(b)に示すように給電素子2と無給電素子4a、4bにより統合された電波のメインビームは、無給電素子4aからの電波の放射量が給電素子2の電波の放射量に対して無視できない大きさになるため、給電素子2と無給電素子4aの位相関係(給電素子2に対し無給電素子4aの位相が進んだ状態)により、基板1面に対し鉛直方向から水平方向側(図中右方向)へ放射される。
無給電素子4aと接地電極3間とを短絡状態、無給電素子4bと接地電極3間とを開放状態にすると、給電素子2と無給電素子4a、4bにより統合された電波のメインビームは、図中左方向へ放射される。
リアクタンス素子の長さL1が1/4波長(λg/4)のときは、無給電素子4a、4bと接地電極3とを短絡または開放した時の無給電素子4a、4bからの電波の放射状態が正反対になり、スイッチ7a、7bを同様に制御すれば統合された電波ビームの放射方向は同様に変化する。
このように、本発明のマイクロストリップアンテナは正面方向、正面方向から左方向および正面方向から右方向と対称に電波ビームの方向を簡単に切り替えることができる。
In the microstrip antenna shown in FIG. 12, when the length L1 of the reactance element is a half wavelength (λg / 2), the switches 7a and 7b are controlled so that the
When the
When the length L1 of the reactance element is ¼ wavelength (λg / 4), the radiation state of the radio waves from the
Thus, the microstrip antenna of the present invention can easily switch the direction of the radio wave beam symmetrically from the front direction, from the front direction to the left direction, and from the front direction to the right direction.
図14は第2実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例1を示す(a)正面からみた平面図、(b)背面からみた平面図である。
図14に示すマイクロストリップアンテナは、無給電素子4a、4bに薄膜線路6c、6dの片端が接続され他端が導通孔5a、5bに接続されている。従って、無給電素子5a、5bの真下に相当する接地電極を除去する必要がなく、放射効率の低下を抑制できる。本変形例1では、薄膜線路6a、6b、6c、6dの長さを均一にしているが、薄膜線路6a、6cと導通孔5aにより決定されるリアクタンス素子の長さが、[λg/4])×n (n:整数)ならば、任意に調整することができる。
また、図15に示すマイクロストリップアンテナのように薄膜線路6c、6dのインピーダンスを高めに変更(幅W1が細線化)し、無給電素子4a、4bに接続する薄膜線路6c、6dの位置を無給電素子4a、4bの外郭よりの地点に変更すると、さらに放射効率の低下を抑制できる。
14A is a plan view seen from the front, and FIG. 14B is a plan view seen from the back, showing a modified example 1 of the microstrip antenna shown in the second embodiment.
In the microstrip antenna shown in FIG. 14, one end of the
Further, as in the microstrip antenna shown in FIG. 15, the impedance of the
図16は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第4実施形態であり、(a)正面からみた平面図、(b)背面からみた平面図である。
無給電素子において同一のインピーダンスとなる地点は、無給電素子の中心点を基準とし対称の位置に複数あり、1つではない。
図16に示すマイクロストリップアンテナは、無給電素子4a、4bに接続される導通孔5a、5bが給電素子2に対して点対称の位置に配置されている。しかし、無給電素子4a、4bともに同じインピーダンスとなる位置に導通孔5a、5bが接続されているため、スイッチ7a、7bの制御により図12に示したマイクロストリップアンテナと同じ作用・効果が得られる。また、薄膜線路6a、6bを屈曲させることで基板1の小型化を図ることも容易である。
FIG. 16 is a fourth embodiment of the microstrip antenna of the present invention, (a) a plan view seen from the front, and (b) a plan view seen from the back.
There are a plurality of points having the same impedance in the parasitic element at symmetrical positions with respect to the center point of the parasitic element, and not one.
In the microstrip antenna shown in FIG. 16, the conduction holes 5 a and 5 b connected to the
図17は第4実施形態で示したマイクロストリップアンテナの変形例1を示す(a)正面からみた平面図、(b)背面からみた平面図である。
図17に示すマイクロストリップアンテナは、給電素子2の励振方向に相当する延長線上の位置に対称に無給電素子4a、4bを配置している。無給電素子4a、4bの励振方向は給電素子2と同じであるが、給電素子2の給電点Pが給電素子2の中央部にないため各無給電素子4a、4bに励起される状態が若干異なるものの、各無給電素子4a、4bから放射される電波の放射量や位相が極端にずれることはない。各無給電素子4a、4bから放射される電波の放射量や位相を同じにする手段として、無給電素子4a、4bのいずれか一方の無給電素子の形状を変えて共振周波数をずらせば良い。具体的には励振方向と直交する1辺の長さを変えることである。無給電素子4a、4bに接続される導通孔5a、5bが給電素子2に対して対称の位置に配置されているため、給電素子2の真下に相当する接地電極3部分に薄膜線路6a、6bやスイッチ7a、7bを配置することを避けることができるため、接地電極3と同一面に薄膜線路6a、6bやスイッチ7a、7bを配置でき、設計の簡素化、製造コストの削減が図れる。
効率の低下を抑制できる。
17A is a plan view seen from the front, and FIG. 17B is a plan view seen from the back, showing
In the microstrip antenna shown in FIG. 17, the
Reduction in efficiency can be suppressed.
図18は、本発明のマイクロストリップアンテナにおける第5実施形態であり、正面からみた平面図である。
図18に示すマイクロストリップアンテナは、50Ωのインピーダンスをもつ給電点Pからインピーダンスが100Ωの伝送線路に分岐され、その両端に給電素子2a、2bが接続されている。ただし、給電点Pから各給電素子2a、2bまでの伝送線路の長さが異なるため、各給電素子2a、2bに伝播される高周波信号の位相が異なる。本実施例では給電点Pからの距離が短い給電素子2aの位相が給電素子2bの位相よりも進んでいる。
従って、各無給電素子4a、4bに導通孔5a、5bを介し接続される図示しないスイッチ7a、7bを制御し、各無給電素子4a、4bと図示しない接地電極3とを短絡または開放状態にしたとき、統合された電波ビームは、位相が遅れている給電素子4b側に向かい放射されることになる。そして、どちらか一方の無給電素子と接地電極3とを短絡または開放の状態にすることにより、先の方向を基準とし図中左右どちらか一方の方向へ向かい電波が放射される。このように、あらかじめ基板面の鉛直方向に対し偏った方向を基準として、電波ビームの方向を簡単に切り替えることができ、設計も容易である。
FIG. 18 is a plan view of a fifth embodiment of the microstrip antenna of the present invention as seen from the front.
The microstrip antenna shown in FIG. 18 is branched from a feeding point P having an impedance of 50Ω to a transmission line having an impedance of 100Ω, and feeding
Accordingly, the switches 7a and 7b (not shown) connected to the
上述した本発明に従うマイクロストリップアンテナは、物体の検知などのための高周波センサに応用できる。そのような高周波センサは、マイクロストリップアンテナを用いた送信アンテナと、送信アンテナから出力された電波の物体からの反射波又は透過波を受信するための受信アンテナと、受信アンテナからの電気信号を受けて処理する処理回路とを備えたる。ここで受信アンテナは送信アンテナとは別に設けることができるが、特に反射波を受信する場合には、送信アンテナを受信アンテナとしても用いることができる。 The above-described microstrip antenna according to the present invention can be applied to a high-frequency sensor for detecting an object. Such a high-frequency sensor receives a transmitting antenna using a microstrip antenna, a receiving antenna for receiving a reflected wave or transmitted wave from a radio wave object output from the transmitting antenna, and an electric signal from the receiving antenna. And a processing circuit for processing. Here, although the receiving antenna can be provided separately from the transmitting antenna, the transmitting antenna can also be used as the receiving antenna, particularly when a reflected wave is received.
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this embodiment is only the illustration for description of this invention, and is not the meaning which limits the scope of the present invention only to this embodiment. The present invention can be implemented in various other modes without departing from the gist thereof.
1 基板
2、2a、2b 給電素子
3、接地電極
4、4a、4b 無給電素子
5、5a、5b 導通孔
6、6a、6b、6c、6d 薄膜線路
7、7a、7b スイッチ
8、8a、8b 制御電極
DESCRIPTION OF
Claims (15)
高周波信号が給電される給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される無給電素子と、
前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向へ、他方の選択状態では前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。 A substrate,
A feed element to which a high-frequency signal is fed;
It consists of a ground electrode that acts as a ground for high-frequency signals,
In the microstrip antenna in which the feeding element is disposed at a position facing the ground electrode through the substrate,
A parasitic element disposed at a position facing the ground electrode and excited by the feeding element;
The grounding electrode and a switching means capable of selecting a short circuit or an open state, and
When the parasitic element is selected to be short-circuited or opened with respect to the ground electrode by the switching means, the main beam of the integrated radio wave is selected in the vertical direction with respect to the substrate surface in the selected state. In a state, the microstrip antenna radiates from a vertical direction to a horizontal direction with respect to the substrate surface.
高周波信号が給電される給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、前記給電素子にて励起される複数の無給電素子と、
各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
各無給電素子は前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが前記基板面に対し鉛直方向へ、前記無給電素子の少なくとも1つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記基板面に対し鉛直方向から水平方向側へ、放射することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。 A substrate,
A feed element to which a high-frequency signal is fed;
It consists of a ground electrode that acts as a ground for high-frequency signals,
In the microstrip antenna in which the feeding element is disposed at a position facing the ground electrode through the substrate,
A plurality of parasitic elements which are arranged at positions facing the ground electrode and are excited by the feeding elements;
Each parasitic element includes the ground electrode and switching means capable of selecting a short circuit or an open state,
Each parasitic element is arranged at a symmetrical position on the same plane with the feeding element as the center, and is integrated when all the parasitic elements are selected to be shorted or opened with the ground electrode by the switching means. When the main beam of radio waves is perpendicular to the substrate surface and at least one of the parasitic elements is different from the selected state of the other parasitic elements, the radiation is emitted from the vertical direction to the horizontal direction with respect to the substrate surface. A microstrip antenna.
少なくとも1つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、
前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
前記無給電素子を、前記切替手段により前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、一方の選択状態では前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ放射し、他方の選択状態では前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ放射することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。 A substrate,
A plurality of power feeding elements in which at least one power feeding element is fed with a phase in which a high-frequency signal is different from that of other power feeding elements;
It consists of a ground electrode that acts as a ground for high-frequency signals,
In the microstrip antenna in which a plurality of the feeding elements are arranged at positions facing the ground electrode through the substrate,
A parasitic element disposed at a position facing the ground electrode and excited by a plurality of the feeding elements,
The grounding electrode and a switching means capable of selecting a short circuit or an open state, and
When the parasitic element is selected to be short-circuited or opened with respect to the ground electrode by the switching means, the main beam of the integrated radio wave is in phase with respect to the substrate surface in one selected state. The micro beam radiates in a predetermined direction in which the feeding element whose phase is delayed from the position where the element is disposed, and emits in a direction inclined by a predetermined angle from the predetermined direction in the other selected state. Strip antenna.
少なくとも1つの給電素子が、他の給電素子と比べ高周波信号が異なる位相で給電される複数の給電素子と、
高周波信号のグランドとして作用する接地電極とから構成され、
前記基板を介して前記接地電極と対向する位置に複数の前記給電素子を配置したマイクロストリップアンテナにおいて、
前記接地電極と対向する位置に配置され、複数の前記給電素子にて励起される無給電素子と、
各無給電素子には前記接地電極と短絡または開放の状態が選択可能な切替手段とを備え、
各無給電素子は複数の前記給電素子を中心として同一平面上の対称な位置に配置され、前記切替手段により全ての前記無給電素子を前記接地電極と短絡または開放の状態に選択したとき、統合された電波のメインビームが、前記基板面に対し位相が進んでいる前記給電素子が配置された位置から位相が遅れている前記給電素子が配置された既定方向へ放射し、前記無給電素子の少なくとも1つが他の前記無給電素子の選択状態とは異なるとき、前記既定方向から所定の角度だけ傾いた方向へ放射することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。 A substrate,
A plurality of power feeding elements in which at least one power feeding element is fed with a phase in which a high-frequency signal is different from that of other power feeding elements;
It consists of a ground electrode that acts as a ground for high-frequency signals,
In the microstrip antenna in which a plurality of the feeding elements are arranged at positions facing the ground electrode through the substrate,
A parasitic element disposed at a position facing the ground electrode and excited by a plurality of the feeding elements,
Each parasitic element includes the ground electrode and switching means capable of selecting a short circuit or an open state,
Each parasitic element is arranged at a symmetrical position on the same plane with a plurality of the feeding elements as the center, and is integrated when all the parasitic elements are selected to be shorted or opened with the ground electrode by the switching means. The main beam of the emitted radio wave radiates in a predetermined direction where the feeding element whose phase is delayed from the position where the feeding element whose phase is advanced with respect to the substrate surface is arranged, and the parasitic element of the parasitic element When at least one of the microstrip antennas radiates in a direction inclined by a predetermined angle from the predetermined direction when at least one of the parasitic elements is different from the selected state.
高周波信号を通過または遮断するスイッチと、
高周波信号を伝播するリアクタンス素子とから構成され、
前記リアクタンス素子の片端は前記無給電素子の所定の位置に、前記リアクタンス素子の他端は前記スイッチの入力端に、前記スイッチの出力端は前記接地電極に各々接続され、前記スイッチは一定の直流電圧を印加したとき、前記無給電素子と前記接地電極が短絡または開放の状態になることを特徴とする請求項1乃至5何れか1項記載のマイクロストリップアンテナ。 The switching means is
A switch that passes or blocks high-frequency signals;
It consists of a reactance element that propagates high-frequency signals,
One end of the reactance element is connected to a predetermined position of the parasitic element, the other end of the reactance element is connected to an input terminal of the switch, an output terminal of the switch is connected to the ground electrode, and the switch is connected to a certain direct current. 6. The microstrip antenna according to claim 1, wherein when a voltage is applied, the parasitic element and the ground electrode are short-circuited or opened.
前記基板の内部に配置される導通孔と、
前記基板の表面または内部に配置される分布定数回路からなる薄膜線路とから構成され、
前記導通孔の片端と前記薄膜線路の片端とが接続されたことを特徴とする請求項6又は7に記載のマイクロストリップアンテナ。 The reactance element is
A conduction hole disposed inside the substrate;
It is composed of a thin film line consisting of a distributed constant circuit arranged on the surface or inside of the substrate,
The microstrip antenna according to claim 6 or 7, wherein one end of the conduction hole and one end of the thin film line are connected.
[λg/4])×n (λg:基板上の波長,n:整数)であることを特徴とする請求項6乃至8何れか1項記載のマイクロストリップアンテナ。 The length of the reactance element is:
9. The microstrip antenna according to claim 6, wherein [λg / 4]) × n (λg: wavelength on substrate, n: integer).
A high frequency sensor comprising the microstrip antenna according to claim 1.
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