JP3940954B2 - マイクロストリップアンテナ及び高周波センサ - Google Patents

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指向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。

従来より、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指向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１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指向方向を変化させる。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指向方向を傾ける。また、例えば、特許文献２に記載のものは、統合的な電波ビームの指向方向の異なるアンテナ電極を複数個配置し、高周波スイッチによって、高周波信号が印加されるアンテナ電極を切替えることによって、統合的な電波ビームの指向方向を変化させる。

マイクロストリップアンテナから発信される電波を用いた物体検知装置が知られている。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指向方向を変化させることにより、統合的な電波ビームの指向方向が固定している場合に比較して、物体の位置や様子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指向方向を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、２次元範囲にわたる物体の有無や様子が把握できる。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指向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、使用者の位置や状態がより正確に検知されれば、便器の洗浄装置や脱臭装置などをより適切に制御できる。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指向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。

特開平７−１２８４３５号公報 特開平９−２１４２３８号公報

特許文献１や特許文献２で開示されている従来技術によれば、統合的な電波ビームの指向方向を変化させるために、マイクロ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。そのためには、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指向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。

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、簡単な構成で送信統合的な電波ビームの指向方向を傾けられるようにすることになる。

本発明の別の目的は、マイクロストリップアンテナにおいて、簡単な構成で送信統合的な電波ビームの指向方向を可変とすることにある。

本発明は、発明者らの研究により得られた新規な知見に基づいている。その新規な知見とは、マイクロストリップアンテナのアンテナ電極を、その領域中の給電点とは異なる或る箇所にて、接地電極に接続すると、そのアンテナ電極から発信されるマイクロ波電波の位相が、接地電極に接続しないときに比べてずれるということである。そして、アンテナ電極の領域中の接地電極と接続される箇所の位置を変えると、位相のずれ量が変わるということである。本発明は、複数の電波のビームを出力するように構成されたマイクロストリップアンテナにおいて、上記知見を応用して、複数の電波のビームのうちの一部のビームの位相を他のビームからずらす。これにより、それら複数の電波のビームが合わさって形成される統合的な電波ビームの指向方向が傾くことになる。位相のずらし量を変えれば、統合的な電波ビームの傾きが代わるから、指向方向が可変となる。

例えば、マイクロストリップアンテナが複数のアンテナ電極を有する場合には、それら複数のアンテナ電極から複数の電波のビームが出力される。この場合、複数のアンテナ電極のうちの一部のアンテナ電極が、その電極中の或る箇所にて、接地電極に接続される。すると、そのアンテナ電極から発信される電波の位相が、他のアンテナ電極から発信される電波からずれるので、統合された統合的な電波ビームの指向方向が傾く。或いは、一つのアンテナ電極を二次共振モードで動作させた場合には、その一つのアンテナ電極から、スプリットした２つの電波のビームが発信される。この場合、その一つのアンテナ電極の領域から選ばれた或る箇所を接地電極に接続すると、スプリットした２つの電波のビームのうちの一方のビームの位相が他方のビームからずれる。よって、それらが合わさった統合的な電波ビームの指向方向が変化する。

アンテナ電極を接地電極へ接続するための接続部材は、アンテナ電極の特性に悪影響を与えないようにするために、アンテナ電極を平面視した場合にアンテナ電極の領域内に入るような場所に配置される。この接続部材によるアンテナ電極を接地電極間の接続を開閉するためのスイッチを設けて、このスイッチをオン／オフすれば、統合的な電波ビームの指向方向が、アンテナ電極に直角な方向と、それより傾いた方向とに切り替えられる。位相のずれ量が異なるアンテナ電極の複数箇所のそれぞれの接続部材とスイッチを設けて、接地電極に接続される箇所を変えられるようにすると、統合的な電波ビームの指向方向を複数段階に変えられる。上記スイッチには、特定周波数のマイクロ波信号を或る程度に良好に通過させ得るインピーダンス特性があればよく、従来技術のように厳密な適正値のインピーダンスをもつことは不要であるから、高価な高周波スイッチは不要である。

アンテナ電極を接地電極に接続するか切り離すかというオン／オフ制御に代えて、アンテナ電極と接地電極との電気的な結合度合い、すなわち、高周波信号に対するインピーダンスを連続的または段階的に変化させる方法を採用することもできる。そのインピーダンスの変化に応じて、統合的な電波ビームの指向方向が変化する。

上述した原理に基づく本発明の一つの側面に従うマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板と、前記基板の一面に配置され、高周波信号を印加するための給電点をそれぞれもつ、複数のアンテナ電極と、前記基板の他面又は内部に配置される、グランドレベルを提供するための接地電極と、前記複数のアンテナ電極のうちの少なくとも一つのアンテナ電極を、前記給電点とは別の少なくとも一箇所にて、前記接地電極に接続するための接続部材とを備え、前記接続部材が、前記少なくとも一つのアンテナ電極を平面視した場合に前記少なくとも一つのアンテナ電極が占める平面領域内に入る場所であって、その場所にて前記アンテナ電極を前記接地電極に接続することにより前記アンテナ電極から放射される統合的な電子ビームの指向方向が前記基板の法線方向から傾くような場所に配置されている。このマイクロストリップアンテナによれば、複数のアンテナ電極のうち、接続部材によって接地電極に接続されるアンテナ電極から出力される電波のビームと、他のアンテナ電極から出力される電波のビームとの間の位相がずれるため、複数のアンテナ電極から出力される複数の電波のビームを合わせて統合的な電波ビームの指向方向が傾く。

好適な実施形態においては、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記接地電極に接続される前記少なくとも一箇所が、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記給電点から終端縁へ向って前記高周波信号の１／４波長の奇数倍の距離だけ離れた位置とは異なる位置に存在する。このような箇所を接地電極に接続することで、上述した指向方向が傾く作用が効果的に得られる。

好適な実施形態においては、前記接続部材が、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記少なくとも一箇所に対応する前記基板の箇所を貫通する導電性のスルーホールであって、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記少なくとも一箇所に接続された一端と、前記接地電極に接続された他端とを有する。また、別の好適な実施形態によれば、前記少なくとも一つのアンテナ電極の少なくとも一つの縁が、前記基板の少なくとも一つの縁に沿って配置され、前記接続部材が、前記基板の前記少なくとも一つの縁の側面上に配置された導電体であって、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記少なくとも一つの縁の少なくとも一箇所に接続された一端と、前記接地電極に接続された他端とを有する。いずれにせよ、接続部材の構成は簡単で済む。

好適な実施形態においては、前記少なくとも一つのアンテナ電極の前記接地電極に接続される前記少なくとも一箇所が、前記少なくとも一つのアンテナ電極の終端縁の近傍であって、前記給電点から終端縁に向かう方向に直交する方向において略中央の位置に存在する。

好適な実施形態においては、前記接続部材による前記少なくとも一つのアンテナ電極と前記接地電極との間の接続を開閉するスイッチを更に備える。このスイッチのオン／オフにより、統合的な電波ビームの指向方向を変えることが出来る。

好適な実施形態においては、前記スイッチが、前記接続部材と前記接地電極との接続箇所に配置されている。このように配置されたスイッチは、アンテナ電極の背後に隠れることになるため、アンテナ電極に特性に悪影響を与えない。

上記スイッチとして、上記接続部材と上記接地電極にそれぞれ接続された２つの電気接点を有し、その２つの電気接点が、ＯＮ状態では第1のギャップを間にもって離れ、ＯＦＦ状態では第１のギャップより大きい第２のギャップをもって離れるようになったスイッチを用いることができる。或いは、上記スイッチとして、上記接続部材と上記接地電極にそれぞれ接続された２つの電気接点の間に絶縁膜を有するスイッチを用いることもできる。いずれにせよ、このような構造のスイッチとして、ＭＥＭＳスイッチを用いることができる。

また、上記複数のアンテナ電極へ高周波を供給するための給電ラインは、基板のアンテナ電極と同じ面上に設けられてもよいし、或いは、反対側の面に設けられてもよい。給電ラインが反対側の面に設けられた場合、給電ラインとアンテナ電極との間の接続は、基板を貫通するスルーホールを通じて行うことができる。

好適な実施形態においては、上記給電ラインは、発振回路と接続される大本の給電点を基板のほぼ中央に有し、その大本の給電点から互いに反対の両方向へ分岐し、そして、その大本の給電点からの給電ラインの分岐方向と個々のアンテナ電極を励振する方向とが１方向にて一致しないように構成されている。前記複数のアンテナ電極の各々には前記接続部材と前記スイッチが設けられている。このマイクロストリップアンテナによれば、例えば最も左側に位置する１以上の電極のスイッチを操作することで、統合的な電波ビームの指向方向を平面視で例えば右側へ（逆に最も右側に位置する１以上の電極のスイッチを操作すると電波ビームは例えば左側へ）傾けることができ、一方、例えば最も上側に位置する１以上の電極のスイッチを操作することで、統合的な電波ビームの指向方向を平面視で例えば下側（逆に最も下側にある１以上の電極のスイッチを操作すると電波ビームは例えば上側）へ傾けることができる。また、同じ側で同時にオンされるスイッチの個数を変えることで、同じ側へ傾いた指向方向の傾き角度の大きさを可変できる。

好適な実施形態においては、前記基板の一面上の前記複数のアンテナ電極が、前記基板の比誘電率よりも大きい比誘電率をもつ誘電体で覆われている。誘電体で覆われたアンテナ電極の表面では高周波信号の波長が、電極表面が空気に直接触れている場合に比較して、より短くなり、その分、アンテナ電極のサイズと間隔を小さくすることができる。すなわち、同じサイズの基板上に配置できるアンテナ電極の個数と密度をより高くすることができる。その結果として、電波ビームの指向方向の調節可能な傾きの分解能をより細かくすることができる。

好適な実施形態においては、前記少なくとも一つのアンテナ電極が、前記給電点から終端縁へ向かう方向に伸びる複数のストライプ電極に分割されている。これにより、電波ビームのゲインと指向性が向上する。

前記アンテナ電極の端部に接するように誘電体が配置されてもよい。前記アンテナ電極の近傍にキャビティ構造が形成されてもよい。前記アンテナ電極の近傍に無給電電極が配置されてもよい。

本発明の別の側面に従うマイクロストリップアンテナは、絶縁性の基板と、前記基板の一面に配置され、高周波信号を印加するための給電点を有する、少なくとも１つのアンテナ電極と、前記基板の他面又は内部に配置された接地電極と、前記アンテナ電極を、前記給電点とは別の少なくとも一箇所にて、前記接地電極に接続するための接続部材とを備え、前記接続部材が、前記アンテナ電極を平面視した場合に前記アンテナ電極が占める平面領域内に入る場所であって、その場所にて前記アンテナ電極を前記接地電極に接続することにより前記アンテナ電極から放射される統合的な電子ビームの指向方向が前記基板の法線方向から傾くような場所に配置されている。好適な実施形態では、前記アンテナ電極が、前記高周波信号を受けて二次共振モードで動作するような二次元寸法を有している。このマイクロストリップアンテナによれば、１つのアンテナ電極から、スプリットした２つの電波のビームが出力され、そして、一方のビームの位相が他方のビームからずれるので、統合した電波ビームの指向方向が傾く。

本発明はまた、上述した本発明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と、前記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、前記送信アンテナと同一物の又は前記送信アンテナとは別物の受信アンテナと、前記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高周波センサも提供する。

本発明のマイクロストリップアンテナによれば、簡単な構成で統合的な電波ビームの指向方向を傾けることができる。また、接続部材をスイッチで開閉できる構成を採用すれば、統合的な電波ビームの指向方向を可変制御することができる。

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。図１は、複数のアンテナ電極を備えた一般的なマイクロストリップアンテナの斜視図である。

図１において、絶縁性の基板１の表面には、同じサイズで同じ矩形状のＡアンテナ電極２とＢアンテナ電極３が、形状的及び位置的に線対称の関係をもって、配置され、基板１の裏面にはほぼ全面に接地電極４が配置されている。そして、Ａアンテナ電極２及びＢアンテナ電極３のそれぞれの同じ側の縁の中央点に設けられた給電点Ｐ、Ｐには、給電線路１０を通じて、例えば、１０．５２５ＧＨｚの高周波電圧Ｖｆが印加される。接地電極４は接地されてグランドレベルを提供する。Ａアンテナ電極２とＢアンテナ電極３への給電線路１０の長さは同じである。なお、給電点Ｐ、Ｐは、アンテナ電極２、３の縁ではなく、アンテナ電極２、３の縁から内奥へ或る距離だけ入った位置に配置される場合もある。このような構成によって、Ａアンテナ電極２及びＢアンテナ電極３からは、それぞれ、同一電界強度の電波ビーム７、８が基板１に対して垂直な指向方向で送信される。

ところが、発明者らの実験結果によると、複数のアンテナ電極のうち何れかのアンテナ電極の或る箇所を接地電極に接続すると、接地電極に接続されたアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相と接地電極に接続されないアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相との間に位相ズレが生じるために、複数のアンテナ電極から送信される統合的な電波ビームの指向方向が傾くことが確認された。なお、接地電極に接続されたアンテナ電極の接地電極に接続されないアンテナ電極に対する位相ズレは、アンテナ電極における接地電極の接続位置やアンテナ電極の形状などによって、進む場合も遅れる場合もあり得る。位相ズレの量も、アンテナ電極における接地電極の接続位置やアンテナ電極の形状などによって異なる。

例えば、アンテナ電極がある形状である場合には、接地電極に接続されたアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相が接地電極に接続されないアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相より進むために、複数のアンテナ電極から出力される電波のビームを合わせた統合的な電波は、接地電極に接続されていないアンテナ電極側（つまり、位相の遅れたアンテナ電極側）へ傾くことが分かった。以下、接地電極に接続されたアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相が、そうでないアンテナ電極を伝搬する高周波信号の位相より進む場合を例にとり、本発明の実施形態について説明する。

図２は、本発明のマイクロストリップアンテナの一実施形態を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

図２、３に示すマイクロストリップアンテナは、図１に示したものと同じ基本的構成、すなわち、基板１とＡアンテナ電極２とＢアンテナ電極３と接地電極４と給電線路１０を有する。Ａアンテナ電極２とＢアンテナ電極３とは形状的及び位置的に線対称の関係にある。これに加えて、一方の電極、例えばＡアンテナ電極２、の或る一箇所２Ａが接地電極４に接続される。すなわち、Ａアンテナ電極２の上記一箇所２Ａに対応する基板１の箇所を導電体性の接続部材（以下、「スルーホール」という）５が貫通しており、このスルーホール５は、一端にてＡアンテナ電極２の上記一箇所に結合され、他端にて接地電極４に結合される。このように、Ａアンテナ電極２の上記一箇所２Ａは、スルーホール５を介して接地電極４に接続されている。このように接地電極４に接続される(又は、後に説明されるように、スイッチやその他の電気回路により所望時に接地にされ得るようになった）アンテナ電極の箇所を、「接地点」と呼ぶ。図２に示すように、アンテナ電極２、３の図中下側の給電点Ｐ、Ｐから反対側の縁(終端縁）までのアンテナ電極２、３の長さＬは、高周波信号の基板１での半波長λｇ/２と同じかやや小さく設計されている。ここで、λｇは、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＝εｒ^１/２・λｇである。図２に示す例では、Ａアンテナ電極２の接地点２Ａは、給電点Ｐがある縁とは反対側の終端縁の１箇所に配置されている。Ａアンテナ電極２から発射される電波のビームは、Ｂアンテナ電極３から発射される電波のビームより位相が若干進み、結果として、両ビームをあわせた統合的な電波ビームの指向方向は、図２で矢印に示すようにＢアンテナ電極３の側へ傾く。

図２に示す構成において、Ａアンテナ電極２の接地点２Ａの位置を変えると、統合的な電波ビームの指向方向の傾き角度が変化する。図４は、アンテナ電極２、３が或る形状である場合において実験的に得られた、接地点２Ａの位置と統合的な電波ビームの指向方向の基板面に垂直な方向に対する傾き角度との関係を示す特性図である。図４において、横軸はＡアンテナ電極２の給電点Ｐを原点０とした場合の図２に示した長さＬの方向における接地点２Ａの位置を示し、縦軸は統合的な電波ビームの傾き角度を示している。

図４から分かるように、長さＬの方向における給電点Ｐから接地点２Ａまでの距離がほぼ０（つまり、接地点２Ａが給電点Ｐと同じ縁上）またはほぼ半波長λｇ/２（つまり、接地点２Ａが給電点Ｐと反対側の終端縁上）であるときに、統合的な電波ビームの傾き角度が最大となり、逆に、その距離がほぼ４分の１波長λｇ/４（つまり、接地点２Ａが長さＬ方向の中央位置上）であるときに、統合的な電波ビームの傾き角度が最小（ほぼ０）となる。なお、図には示してないが、接地点２Ａの位置を長さＬ方向とは直交する方向に変えた場合には、統合的な電波ビームの傾き角度に目立った変化はない。例えば、図２において、Ａアンテナ電極２の上左端（図４中でλｇ/２の位置）にある接地点２Ａを、上側の縁に沿って右方向へ移動させても、統合的な電波ビームの傾き角度に目立った変化はない。これに対し、上左端の接地点２Ａを、左側の縁に沿って下方へ移動させると、傾き角度は低下して中央点（図４中でλｇ/４の位置）で最小となり、次に上昇して下側の縁（図４中で０の位置）に到達すると再び最大となる。

従って、図５に示すように、Ａアンテナ電極２の接地点２Ａを終端縁よりやや中間位置側に配置した場合、統合的な電波ビームの傾きは、図２に示す場合よりやや小さくなる。図２と図５に示した２つの接地点２Ａの位置の双方にスルーホール５を設け、それらのスルーホール５にそれぞれスイッチ（図示せず）を設けて、それらのスルーホール５を個別に開閉できるようにすると、それらのスイッチのすべてがオフか、いずれかひとつにスイッチがオンであるかにより、統合的な電波ビームの方向を３通りに切り替えることができる。

図６は、本発明のマイクロストリップアンテナの第２の実施形態の平面図である。また、図７は、図６のＢ−Ｂ断面図である。

図６及び図７に示すように、Ａアンテナ電極２及びＢアンテナ電極３の終端縁が基板１の縁に沿って配置される。Ａアンテナ電極２の終端縁が、基板１の縁の側面に配置された接続部材６によって、接地電極４に接続される。このようにしてＡアンテナ電極２の終端縁が接地電極４に接続されることによって、図２の場合と同様に、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が、図６の矢印のようにＢアンテナ電極３の方向へ傾く。

図８は、本発明のマイクロストリップアンテナの第３の実施形態の平面図である。

図８に示すように、Ａアンテナ電極７及びＢアンテナ電極８の給電点Ｐ、Ｐが、それぞれのアンテナ電極７、８の内奥の位置（伝送線路１０のインピーダンスとアンテナインピーダンスとが一致する点）に配置されている。Ａアンテナ電極７の終端縁の左端に接地点７Ａがあり、これが図示しないスルーホールによって背面の接地電極に接続される。それにより、統合的な電波ビームは例えば図８の矢印に示すようにＢアンテナ電極３の方向へ傾く。

図８の実施形態において、Ａアンテナ電極７の接地点７Ａを例えば図９に示すように終端縁の右端に変えると、統合的な電波ビームは例えば図９の矢印に示すようにＡアンテナ電極２方へ傾く。図８と図９に示した２つの接地点７Ａの位置の双方にスルーホールを設け、それらのスルーホールにそれぞれスイッチ（図示せず）を設けて、それらのスルーホールを個別に開閉できるようにすると、それらのスイッチのすべてがオフか、いずれかひとつにスイッチがオンであるかにより、統合的な電波ビームの方向を３通りに切り替えることができる。図８、９に示す構成では、片側のアンテナ電極にはスルーホールをまったく配置していないため製造上のばらつきによる（インピーダンス不整合）伝達損失を片側に集約でき、出力特性の良いアンテナを提供できる。

図１０は、本発明のマイクロストリップアンテナの第４の実施形態の平面図である。

図１０に示すように、基板１にＡアンテナ電極１１、Ｂアンテナ電極１２、Ｃアンテナ電極１３、及びＤアンテナ電極１４の４枚のアンテナ電極が２×２のマトリクス状に配置される。Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２は形状的及び位置的に線対称の関係にあり、Ｃアンテナ電極１３とＤアンテナ電極１４も形状的及び位置的に線対称の関係にある。Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２の電極パターンと、Ｃアンテナ電極１３とＤアンテナ電極１４のパターンは、形状において基本的に同一である。Ａアンテナ電極１１、Ｂアンテナ電極１２、Ｃアンテナ電極１３及びＤアンテナ電極１４への給電線路の長さは同一である。基板１のほぼ中央にある大本の給電点Ｐ０からの給電ライン１０の分岐方向（図中左右の方向）と、個々の電極１１〜１４を励振する方向（給電点Ｐから終端縁への方向で、図中縦方向）とは、直交していて、一致してはいない。Ａアンテナ電極１１の終端縁上の1箇所に接地点１１Ａが設けられ、Ｃアンテナ電極１３の終端縁上の一箇所にも接地点１３Ａが設けられる。これにより、例えば図１０の右向きの矢印のように、統合的な電波ビームの指向方向がＡ、Ｃアンテナ電極１１、１３からＢ、Ｄアンテナ電極１２、１４へ向かう方向へ傾く。

また、この実施形態において、図１１に示すように、Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２の終端縁上にそれぞれ接地点１１Ａ、１２Ａが設けられると、例えば図１１に示す下向きの矢印のように、統合的な電波ビームの指向方向がＡ、Ｂアンテナ電極１１、１２からＣ、Ｄアンテナ電極１３、１４へ向かう方向へ傾く。

また、この実施形態において、図１２に示すように、Ａアンテナ電極１１にのみ接地点１１Ａが設けられると、例えば図１２に示す右斜め下向きの矢印のように、統合的な電波ビームの指向方向がＡアンテナ電極１１からＤアンテナ電極１４へ向かう方向へ傾く。

また、この実施形態において、図１３に示すように、Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２とＣアンテナ電極１３の終端縁上にそれぞれ接地点１１Ａ、１２Ａ、１３Ａが設けられると、例えば図１３に示す右斜め下向きの矢印のように、統合的な電波ビームの指向方向がＡアンテナ電極１１からＤアンテナ電極１４へ向かう方向へ、図１２の場合より大きく傾く。接地点１１Ａ−１３Ａに接続されたスルーホール（図示せず）にそれぞれスイッチ（図示せず）を設けて、それらスイッチを選択的に有効／無効にすることで、図１０から図１３に示したようなバリエーションが選択できる。

図１４は、本発明のマイクロストリップアンテナの第５の実施形態を示す平面図である。

図１４に示すように、Ａアンテナ電極１１、Ｂアンテナ電極１２、Ｃアンテナ電極１３、及びＤアンテナ電極１４の４枚のアンテナ電極が２×２のマトリクス状に配置される。Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２は形状的及び位置的に線対称の関係にあり、Ｃアンテナ電極１３とＤアンテナ電極１４も形状的及び位置的に線対称の関係にある。Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２の電極パターンと、Ｃアンテナ電極１３とＤアンテナ電極１４のパターンは、形状において基本的に同一である。Ａアンテナ電極１１、Ｂアンテナ電極１２、Ｃアンテナ電極１３及びＤアンテナ電極１４への給電線路の長さは同一である。Ａアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２の終端縁が基板１の上縁に沿って配置される。そして、Ａアンテナ電極１１の終端縁上の２つの箇所が、それぞれ、その２箇所に対応した基板１の上縁の側面に配置された２つの接続部材６Ａ、６Ｂによって、基板１の裏面の接地電極（図示せず）に接続される。同様に、Ｂアンテナ電極１２の終端縁上の２つの箇所が、それぞれ、その２箇所に対応した基板１の上縁の側面に配置された２つの接続部材６Ｃ、６Ｄによって、基板１の裏面の接地電極（図示せず）に接続される。これによって、例えば図１４に示す下向きの矢印のように、統合的な電波ビームの指向方向がＣアンテナ電極１３及びＤアンテナ電極１４の方向へ傾く。接続部材６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄにそれぞれスイッチ（図示せず）を設けて、それらスイッチにより接続部材６Ａ、６Ｂ、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを開閉することで、統合的な電波ビームの指向方向や角度を変化させることができる。

図１５は、本発明のマイクロストリップアンテナの第６の実施形態を示す配置断面図である。

図１５に示すように、基板１は、Ａ基板１Ａ、Ｂ基板１Ｂのような積層された複数の基板からなる多層基板であり、Ａ基板１ＡとＢ基板１Ｂの間に接地電極４が挟み込まれている。つまり、基板１の内部に接地電極４が配置される。Ａアンテナ電極２及びＢアンテナ電極３は例えば図２の実施形態と同様に配置される。Ａアンテナ電極２は、例えば終端縁の一箇所の接地点２Ａにて、Ａ基板１Ａを貫くスルーホール５によって接地電極４に接続される。図２の実施形態と同様に、統合的な電波ビームの指向方向がＢアンテナ電極３の方向へ傾く。スルーホール５にスイッチ（図示せず）を設けて、そのスイッチによりスルーホール５を開閉することで、統合的な電波ビームの指向方向を変化させることができる。

図１６は、上述したスイッチの一例を示す断面図である。

図１６に示すように、Ａアンテナ電極２に接続されたスルーホール５と接地電極４とが間の接続される箇所にスイッチ９が設けられ、スイッチ９はこのスルーホール５と接地電極４間の接続を開閉する。スイッチ９は、Ａアンテナ電極２を平面視した場合にＡアンテナ電極２の領域内に入る場所に配置されている。スイッチ９は、高周波信号を良好に通せる特性を持つ必要はないから、高周波スイッチである必要はない。スイッチ９は、機械的なスイッチでもよいし半導体スイッチでもよい。

図１７は、本発明のマイクロストリップアンテナの第７の実施形態を示す断面図である。

この実施形態の平面図は図１０から図１３に示したものと同様である。図１７に示すように、Ａアンテナ電極１１は、接地点１１Ａにて、スルーホール５Ａによって接地電極４に接続される。一方、Ｂアンテナ電極１２は、Ａアンテナ電極１１の接地点１１Ａと対称の位置にある点１２Ａにて、スルーホール５Ｂに接続されているものの、このスルーホール５Ｂは基板１を完全に貫いておらず接地電極４には接続されていない。つまり、スルーホール５Ｂは、スルーホールとして機能しないダミーのスルーホールである。従って、Ｂアンテナ電極１２は接地電極４に接続されていない。このＡアンテナ電極１１とＢアンテナ電極１２と同様の構成が、Ｃアンテナ電極１３とＤアンテナ電極１４にも適用されている。従って、図１０の場合と同様に、Ａアンテナ電極１１とＣアンテナ電極１３だけが接地電極４に接続されるので、統合的な電波ビームの指向方向は図１０の場合と同様に傾く。それに加えて、接地電極４へ接続されないＢアンテナ電極１２やＤアンテナ電極１４にもダミーのスルーホール５Ｂが接続されることにより、全てのアンテナ電極１１−１４がほぼ同じ形状に構成されることになり、アンテナ電極１１−１４の整合性がよくなる。

図１８は、本発明のマイクロストリップアンテナの第８の実施形態を示す平面図である。図１９は、図１８のＣ−Ｃ断面図である。

図１８において、アンテナ電極２１の給電点Ｐから終端縁（上側の縁）までの長さＬは、高周波信号の半波長λｇ/２よりやや大きく設定されている。そのため、アンテナ電極２１は高周波信号に対して２次共振周波数モードで動作し、その結果、図１９に示すようにアンテナ電極２１から２つの方向へスプリットした電波ビーム２２、２３が出力される。アンテナ電極２１が、或る位置(例えば、終端縁の左端）に配置された接地点２１Ａにて、スルーホール５Ａを通じて接地電極４に接続されると、２つの電波ビーム２２、２３の間の位相がずれる(例えば、接地点２１Ａ側の電波ビーム２２の位相が進む）ために、電波ビーム２２、２３を合わせた統合的な電波ビームの指向方向は例えば接地点２１Ａがない側（図中右側）に傾く。アンテナ電極２１が、別の位置(例えば、終端縁の右端）に配置された接地点２１Ｂにて、スルーホール５Ｂを通じて接地電極４に接続されると、統合的な電波ビームの指向方向は別の方向（例えば、左側）へ傾く。スルーホール５Ａ、５Ｂをそれぞれスイッチ９Ａ、９Ｂによって開閉して接地点の位置を変化させれば、統合的な電波ビームの指向方向が変化する。

図２０は、本発明のマイクロストリップアンテナの第９の実施形態を示す平面図である。図２１は、同実施形態の背面図である。図２２は、図２０のＤ−Ｄ断面図である。図２３は、図２１におけるスルーホールと接地電極との接続箇所Ｓの拡大図である。

図２０および図２２に示すように、基板１の表面には複数のアンテナ電極１１、１２、１３、１４がマトリックス状に配置される。アンテナ電極１１と１２は形状的及び位置的に線対称の関係にあり、アンテナ電極１３と１４も形状的及び位置的に線対称の関係にある。アンテナ電極１１と１２の電極パターンと、アンテナ電極１３と１４のパターンは、形状において基本的に同一である。アンテナ電極１１、１２、１３、１４への給電線路の長さは同一である。アンテナ電極１１、１２、１３、１４の各々は、異なる位置に配置された複数の接地点１１Ａ−１１Ｃ、１２Ａ−１２Ｃ、１３Ａ−１３Ｃ、１４Ａ−１４Ｃにて複数のスルーホール５、５、…と接続されている。図２１に示すように、基板１の裏面には実質的に全面に亘って接地電極４が配置されている。図２２および図２３に示すように、各スルーホール５は基板１を貫通して裏面側で円形の島状の電極（以下、ランドという）３１を形成している。図２３に示すように、接地電極４の各ランド３１に対応する箇所には、ランド３１と同心のより大きい円形の隙間が開いており、よって、ランド３１と接地電極４の間には絶縁スペース３３が存在する。接続線３２が、絶縁スペース３３を跨いで、ランド３１と接地電極４の間をつないでいる。接続線３２は、スイッチ機能をもち、ランド３１と接地電極４を電気的に接続したり、切り離したりすることができる。各接続線３２の開閉により、上述した複数の接地点１１Ａ−１１Ｃ、１２Ａ−１２Ｃ、１３Ａ−１３Ｃ、１４Ａ−１４Ｃのうちのどれを接地電極４に接続するかを選択することにより、統合的な電波ビームの指向方向を変化させることができる。

なお、各アンテナ電極における接地点の個数や配置には様々なバリエーションが考えられる。例えば、統合的な電波ビームの指向方向を、基板から垂直方向を中心にして反対方向（例えば、上下や左右）へ振ることができ、かつ、各方向において指向方向の傾き角の大きさを所望数の段階に変えられるようなるような複数箇所に接地点を配置することができる。

ところで、上述したすべての実施形態において、スイッチが、アンテナ電極と接地電極との間をオン（接続）とオフ（切断）の２段階に単純に切り替えている。しかし、変形例として、アンテナ電極と接地電極との電気的な結合の度合い、換言すれば、アンテナ電極と接地電極との間の高周波信号に対するインピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊωＬ−ｊ・１／ωＣ）を、連続的または段階的に調節することにより、統合的な電波ビームの指向方向を連続的または段階的に変化させるようにすることもできる。例えば、図２３に示した例では、接続線３２の幅ｄｍ（換言すれば断面積）や絶縁スペースの距離ｄｓなどが、ランド３１（つまり、アンテナ電極）と接地電極４との間のインピーダンスに影響を与える。従って、図２３に示した例において、接続線３２の幅ｄｍまたは絶縁スペースの距離ｄｓを連続的または段階的に可変とする構成を導入することにより、アンテナ電極と接地電極４との間のインピーダンスを変え、それにより、統合的な電波ビームの指向方向の傾きの大きさを可変制御することができる。ことができる。例えば、接続線３２の幅ｄｍを変えることによって、接続線３２のインピーダンス（抵抗値）を変えることができる。また、アンテナ電極から接地電極に接続されるスルーホールの長さを変えることで、アンテナ電極と接地電極との間のインピーダンスを変えることもできる。

以下では、このようにアンテナ電極と接地電極との間のインピーダンスを変えるようにした実施形態について説明する。

図２４は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１０の実施形態を示す断面図である。

図２４に示す実施形態では、スルーホール５の長さを変えることによってアンテナ電極２と接地電極４との間のインピーダンスが可変制御される。すなわち、多層基板３４の表面にはアンテナ電極２が配置され、そのアンテナ電極２に接続されたスルーホール５が多層基板３４を裏面側まで貫いている。スルーホール５は、その長さによってそのインピーダンスが有意に変わるような材質又は細さに形成されている。多層基板３４の裏面には接地電極４が配置されている。さらに、多層基板３４の各層間に中間電極３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄがそれぞれ配置されており、これらの中間電極３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄのすべてにスルーホール５が接続されている。そして、各中間電極３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ、３５Ｄは、それぞれ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４によって裏面の接地電極４に接続されるように構成されている。

ここで、スイッチＳＷ１をＯＮすると、接地電極４は実質的に中間電極２５Ａの位置になるので、スルーホール５の実効長さは最も短くなり、アンテナ電極２と接地電極４との間のインピーダンスは最も小さくなる。また、スイッチＳＷ４をＯＮすると、接地電極４は実質的に中間電極３５Ｄの位置になるので、スルーホール５の実効長さは最も長くなり、アンテナ電極２と接地電極４との間のインピーダンスは最も大きくなる。このようにして、各スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４を切替えることによって、スルーホール５の実効長さを変えることにより、アンテナ電極２と接地電極４との間のインピーダンスが変わるので、統合的な電波ビームの指向方向が変わる。

図２５は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１１の実施形態におけるスルーホール５と接地電極４と接続箇所の部分を示す平面図である。

この実施形態において、スルーホール５とランド３１と接地電極４とは図２３に示したものと同様の構成になっている。図２５（ａ）から（ｃ）に示すように、接続線３２Ａは先端に行く置くほど連続的に細くなる（断面積が小さくなる）形状を有する。接続線３２Ａは、アクチュエータ４１により、一定角度範囲で回転移動するようになっている。図２５（ａ）に示すように、接続線３２Ａの先端の最も細い部分がランド３１と接地電極４を接続する場合、接続線３２Ａのインピーダンス（すなわち、アンテナ電極と接地電極４との間のインピーダンス）が最も大きくなる。図２５（ｂ）および図２５（ｃ）に示すように、接続線３２Ａのより太い部分がランド３１と接地電極４を接続する場合、接続線３２Ａのインピーダンス（すなわち、アンテナ電極と接地電極４との間のインピーダンス）はより小さくなる。統合的な電波ビームの傾き角度は、上記インピーダンスの大きさに対応した角度となる。このようにしてインピーダンスの大きさが連続的に変わることにより、統合的な電波ビームの傾きが連続的に変わる。

図２６は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１２の実施形態におけるスルーホール５と接地電極４と接続箇所の部分を示す平面図である。

図２６（ａ）から（ｃ）に示すように、先端に行くほど連続的に細くなる（断面積が小さくなる）形状の接続線３２Ｂが、アクチュエータ４２によってある距離範囲で直線的に移動するようになっている。図２５の実施形態と同等の作用効果が得られる。

図２７は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１３の実施形態におけるスルーホール５と接地電極４と接続箇所の部分を示す平面図である。

図２７に示すように、先端に行くほど段階的に細くなる（断面積が小さくなる）形状の接続線３２Ｃが、アクチュエータ４２によってある距離範囲で直線的に移動するようになっている。これにより、統合的な電波ビームの傾きを段階的に変えることができる。

図２８は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１４の実施形態におけるスルーホール５と接地電極４と接続箇所の部分を示す断面図である。

図２８（ａ）に示す状態では、可動電極４５が、バネ４４の反発力によって、接地電極４とランド３１から離れており、ランド３１と接地電極４との間（つまり、アンテナ電極と接地電極４との間）のインピーダンスＺは最大である。図２８（ｂ）に示す状態では、可動電極４５がバネ４４に抗してランド３１と接地電極４に完全に接触し、ランド３１と接地電極４との間（つまり、アンテナ電極と接地電極４との間）のインピーダンスＺは最小である。このようにして、アンテナ電極と接地電極４との間のインピーダンスが２段階に切り替わる。これに応じて、統合的な電波ビームの指向方向が２段階に変わる。

図２９は、本発明のマイクロストリップアンテナの第１５の実施形態におけるスルーホール５と接地電極４との接続箇所の部分を示す断面図である。

図２９（ａ）に示すように、可動電極４７が、バネ４６の反発力によって、接地電極４とランド３１から所定の最大距離だけ離れている。このとき、接続板４５を介したランド３１と接地電極４との間の静電容量（Ｃ）は最小であり、よって、ランド３１と接地電極４との間（つまり、アンテナ電極と接地電極４との間）のインピーダンスＺは最大である。図２９（ｂ）に示すように、可動電極４７がバネ４６に抗って、ランド３１と接地電極４に若干近づくと、ランド３１と接地電極４との間の静電容量（Ｃ）はより大きくなり、ランド３１と接地電極４との間（つまり、アンテナ電極と接地電極４との間）のインピーダンスＺはより小さくなる。図２９（ｃ）に示すように、可動電極４７がバネ４６に抗って、ランド３１と接地電極４に更に近づくと、ランド３１と接地電極４との間の静電容量（Ｃ）は更に大きくなり、ランド３１と接地電極４との間（つまり、アンテナ電極と接地電極４との間）のインピーダンスＺは更に小さくなる。このようにして、アンテナ電極と接地電極４との間のインピーダンスは連続的に変化する。これに応じて、統合的な電波ビームの指向方向が連続的に変わる。

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。

次に、本発明に従うマイクロストリップアンテナの特性に関して説明する。

実験によれば、アンテナ電極への給電点の位置およびアンテナ電極の間隔によって、同じ共振周波数でも、最適なアンテナの形状(つまり縦横の寸法）が異なる。アンテナの形状が変わると、接地点の配置が同じでも、位相がどの程度進むか遅れるかが変わり、その結果、電波の放射角度が異なる。

図３０から図３２は、１０ＧＨｚにて励振するアンテナの構造のバリエーションを示しており、図３０ではアンテナ電極２、３の端縁に給電（信号の伝送線１０との接続箇所）Ｐが配置され、図３１と図３２ではアンテナ電極２、３の内部に給電点Ｐが配置されている。アンテナ電極２、３の間隔は図３０と図３１では１５ｍｍ、図３２では１０ｍｍである。これらの図において、（ａ）の平面図における白丸と黒丸の印は接地点２Ａ、２Ｂの位置を示し、（ｂ）のグラフにおける横軸は接地点２Ａ、２Ｂの給電点Ｐからの矢印方向の位置、縦軸は統合された電波の放射角度、点線の曲線は白丸の接地点２Ａの場合の実験で得られた放射角度の変化、実線の曲線は黒丸の接地点２Ｂの場合の実験で得られた放射角度の変化を示す。なお、ここで言う(以降の説明でも同様）放射角度とは、アンテナ電極の面に垂直な方向（つまり、接地点が無いときの放射方向）を角度ゼロとしたときの、この角度ゼロ方向に対する放射方向の傾き角度である。

図３０では、図３０（ａ）に示すように接地点２Ａ、２Ｂをアンテナ電極２の図中左上（白丸）または中央上（黒丸）のいずれに配置した場合でも、接地点２Ａ、２Ｂの位置を矢印のように下方へ変化させたとき、統合された電波の放射角度は、図３０（ｂ）に示すように同様の傾向で変化した。

図３１、図３２では、アンテナ電極の中央上（黒丸）に接地点２Ｂを配置した場合、図３０と同様の変化を示した。しかし、アンテナ電極の左上（白丸）に接地点２Ａを配置した場合、λｇ／４の位置について対称に＋方向から−方向へ放射角度が変化する。そして、図３１と図３２を対比して分かるように、アンテナ電極２、３の間隔が狭くなるほど、位相が進む側の放射角度が大きくなり、その変化量も大きかった。

図３３、図４３及び図４４は、それぞれ、上述した図３０、図３１及び図３２と同じ構造のアンテナにおいて、各図(a)に示すように、アンテナ電極２の接地点２Ａの位置を給電点P側の縁とは反対側の終端縁の近傍に置き、これを矢印のように終端縁に沿って図中左端から右端まで横方向（給電点Pから終端縁へ向かう方向に直行する方向）へ移動させた場合に、実験的に得られた接地点２Ａの位置と統合された電波の放射角度との関係を示している（各図(b)）。なお、各図(b)において、横軸の接地点位置の原点０は、各図(a)で接地点２Aが位置している左端位置（他方のアンテナ電極３から最も遠い位置）に対応し、また、Wは、アンテナ電極２の上述した横方向の寸法(幅）を示している。

図３３のアンテナ（図３０と同じ構造）の場合、放射角度は接地点２Aの位置にかかわらず一定角度であった。図４３のアンテナ（図３１と同じ構造）の場合、接地点２Aの位置が中央位置（W/2）より左側では一定角度（図３３のアンテナの最大放射角度より大きい）であったが、接地点２Aが中央位置（W/2）より右側では右方向へ行くほど低下した。図４４のアンテナ（図３２と同じ構造）の場合、接地点２Aが中央位置（W/2）にあるとき放射角度は最大のピーク（図３３、図３４のアンテナの最大放射角度より大きい）となり、接地点２Aが左右両側へ移動すると急激に低下した。

このように、アンテナ構造によって放射角度変化の特性が異なる。どのアンテナ構造を採用するか、用途に応じて取捨選択することができる。しかし、上記の考察からわかることは、多くのアンテナ構造において、アンテナ電極２の終端縁近傍の幅W方向の中央位置（W/2）に１つの接地点を設けることで、最大の放射角度が得られることである。よって、その終端縁の中央位置の接地点の有効／無効（つまり、接地されているか、否か）をスイッチなどで切り替えることにより、それぞれのアンテナ構造における最大の放射角度変化を得ることができる。また、終端縁の中央位置以外のもっと小さい放射角度が得られる位置にも別の接地点を設け、それら複数の接地点の有効／無効をスイッチなどで選択することで、よりデリケートな放射方向制御ができる。

ここでは、励振周波数が１０ＧＨｚにて説明しているが、励振周波数がより高いまたはより低い場合であってアンテナ電極２、３の形状や間隔が１０ＧＨｚの場合とは異なる場合であっても、上述と同様の傾向があった。

複数の接地点の中から１以上の接地点を選択して電波の放射角度を切替る場合、図２３で説明したように、各接地点のスルーホールと接地電極の間にスペースを設けて両者を電気的に分離する構造が採用できる。

図３４は、実験により得られた、スルーホールの直径（横軸）と統合電波の放射角度（縦軸）との関係を示している。アンテナの励振周波数は１０ＧＨｚである。

図３４から分かるように、スルーホールの直径を小さくし過ぎるとスルーホールを伝播する高周波信号の伝播量が少なくなるため、放射角度の変化が小さくなる。理由は、スルーホールの直径が小さくなると、スルーホールを伝播する高周波信号の伝播量が少なくなるためと考えられる。

逆に、スルーホールの直径を大きくしていくと放射角度が大きくなるが、（励振周波数が例えば１０ＧＨｚの場合）直径が例えばφ０．３ｍｍ付近で放射角度は飽和状態に至った。また、スルーホールの外周がアンテナにおけるλ／２の位置に近くなるほど放射角度が小さくなった。従って、（励振周波数が例えば１０ＧＨｚの場合）スルーホールの直径はφ１０〜φ５００ｍｍが望ましく特に有効なのはφ１００〜φ３００μｍであり、複数のスルーホールを構成し電波の放射角度を切り替えるにはφ１００〜φ２００ｍｍを採用し、１つのスルーホールと接地電極間のインピーダンス変化で放射角度を切り替えるには、基板の穴あけ加工実績の高いφ３００ｍｍを採用するのが好適である。

なお、アンテナの励振周波数に応じてスルーホールの最適な直径は変化し、励振周波数が高くなるほどスルーホールの直径を小さくした方が良い。その理由は、周波数が高くなるとマイクロストリップライン（ＭＳＬ）が細くなる原理と同様と考えられる。

電波の放射角度を制御する方法としては、上述した種々の実施形態のように、任意の放射角度となるアンテナ電極面の一部にスルーホールを配置し、（例えば、放射角度が最大となるアンテナ電極の位置、つまり例えば先端部中央、にスルーホールを配置し、）そして、図２５から図２７の実施形態のように、スルーホールと接地電極間を短絡するライン幅を変更することにより放射角度を制御するようにした構造が採用でできる。図３５は、このようにした場合において、実験的に得られた、ライン幅（横軸）と放射角度（縦軸）の関係を示す。

あるいは、次のような方法で、スルーホールと接地電極間を短絡させる面積を電気的または機械的に制御することによりアンテナの放射角度を段階的に制御することもできる。すなわち、スルーホールまたはスルーホールに接続されたランド上と接地電極との間に例えば１０〜１００μｍ程度の幅（太さ）の板状または針状の電極を複数本配置して、それら電極の中から、スルーホールと接地電極間を短絡させる電極を選択するような構造が採用できる。

あるいは、各アンテナ電極に複数の接地点を配置して、それらを選択することで放射角度を段階的に制御することもできる。その場合、接地点の中心点間に少なくとも基板の厚み以上またはスルーホールの直径以上の間隔を設けることが必要である。そこで、接地点の位置がアンテナ電極の幅方向で若干変化しても電波の放射角度が変化しないような場合には、例えば図３６に示すように、アンテナ電極１１、１２、１３、１４の各々上の蛇行する複数位置（白丸印）にそれぞれ接地点を配置すれば、放射角度より細かく段階的に制御できる。

図３７に示すアンテナは、各アンテナ電極１１、１２、１３、１４に接続される給電線路１０の長さが同じであるため、電力が均等に分配される。

図３８と図３９にそれぞれ示すアンテナは、図中下方２枚のアンテナ電極１３、１４同士間、及び上方２枚のアンテナ電極１１、１２同士間では、伝播される高周波信号の位相は同じだが、上方２枚のアンテナ電極１１、１２に接続される給電線路１０の長さより下方２枚のアンテナ電極１３、１４のそれの方が短いため、上方２枚のアンテナ電極１１、１２よりも下方２枚のアンテナ電極１３、１４の方が放射電力が大きい。図３８に示すアンテナでは、放射電力のより小さい方のアンテナ電極１１、１２に接地点１１Ａ、１２Ａが配置され、これに対し、図３９に示すアンテナでは、放射電力のより大きい方の下方のアンテナ電極１３、１４に接地点１３Ａ、１４Ａが配置される。アンテナ電極に接地点を配置して接地電極に接続することにより放射電力が小さくなるが、図３８に示すように、放射電力のより小さい方のアンテナ１１、１２に接地点１１Ａ、１２Ａを配置することにより、接地点１１Ａ、１２Ａによる放射電力の低下を抑制できる。

また、図３７〜図３９の３種類のアンテナに関して、それらのアンテナ電極の間隔が等しい場合、それぞれのアンテナからの放射電力の大きさを比較すると、
図３９（例えば0.28ｍＷ） ＜ 図３７（例えば0.48ｍＷ） ＜ 図３８（例えば0.68ｍＷ）
となる。一方、放射角度の変化の大きさを比較すると
図３８（例えば３９°） ＜ 図３７（例えば４５°） ＜ 図３９（例えば５７°）
となる。よって放射パワー重視の場合と角度変化重視の場合とで、上記３種の構造を使い分けることができる。

微細加工技術を用いて、アンテナ上に誘電体凹凸レンズや反射ミラーを構成することで、アンテナの特性を一層高めることができる。

図４０に示す実施形態では、本発明の原理に従って統合電波の放射角度が変えられるようにしたアンテナ電極５１、５２、５３、５４のそれぞれの正面に、誘電体凸レンズ５５、５６、５７、５８が配置される。それぞれの誘電体凸レンズ５５、５６、５７、５８の屈折率が適切に設定されている。アンテナ電極５１、５２、５３、５４から放射される電波ビームが矢印のように集光され、分解能があがる。なお、誘電体凸レンズ５５、５６、５７、５８それ自体には、公知の構成のものが採用できる。

また、図４１に示す実施形態では、本発明の原理に従って統合電波の放射角度が変えられるようにしたアンテナ電極５１、５２、５３、５４のそれぞれの正面に、誘電体凹レンズ５５、５６、５７、５８が設けられる。それぞれの誘電体凹レンズ５５、５６、５７、５８の屈折率が適切に設定されている。この場合は、矢印で示すように広角に電波が放射される。なお、誘電体凹レンズ５５、５６、５７、５８それ自体には、公知の構成のものが採用できる。

また、図４２に示す実施形態では、本発明の原理に従って統合電波の放射角度が変えられるようにしたアンテナ電極５１、５２、５３、５４のそれぞれの正面に、微細なビーム方向切替スイッチ６５、６６、６７、６８が配置される。ビーム方向切替スイッチ６５、６６、６７、６８は、電波反射ミラー（又はレンズ）を使って電波ビームの方向を切り替えることができるものであり、それ自体には公知の構成のものが採用できる。例えば、各ビーム方向切替スイッチ６５、６６、６７、６８は、図示のように静電力発生部７１と電波反射ミラー（又はレンズ）７２とを有し、静電力発生部７１が発生する静電力によってその姿勢（傾き）が例えば２段階に切り替わる。各ビーム方向切替スイッチ６５、６６、６７、６８の切替により、本発明の原理に従がう電波ビーム走査の中心を、基板に対して垂直方向からある一定の角度(例えば45度)傾けることができるため、ある狭いエリアだけのスキャニングだけでなく、より広いエリア（例えば１８０度全方位）のスキャニングが可能である。

上述のことから分かるように、複数のアンテナ電極の内の一部のアンテナ電極と設置電極とを接続するスルーホールを通るマイクロ波信号の伝達量（つまり、スルーホールのインピーダンス）を変化させることにより、そのアンテナ電極でのマイクロ波信号の位相量が変化し、それにより、複数のアンテナ電極から放射される統合的な電波ビームの指向方向の傾き角度が変化する。上記信号伝達量を多段階又は連続的に制御することにより、種々の角度へ電波ビームを放射することができる。スルーホールの信号伝達量を制御する方法として、上述したいくつかの実施形態で採用された方法の他に、例えば、
(1) スルーホールによる接続を開閉するためのスイッチとして半導体スイッチ、例えばＦＥＴを用い、そして、そのＦＥＴのゲート電圧を制御することにより、ソース‐ドレイン間の信号伝達量を調節すること、或いは、
(2) 同じアンテナ電極に、信号伝達量が飽和レベルより小さく制限されているスルーホールを複数接続し、それらのスルーホールの中から任意の個数と位置にあるスルーホールを選択してオンすること、
などが採用できる。

図４５は、上述の(2)の方法が採用された本発明の第２３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナのアンテナ電極の平面図である。図４６は、図４５のマイクロストリップアンテナにおいて、スルーホールの直径と信号伝達量と電波ビームの傾き角度との関係の一例を示す図である。図４５において、傾き角度は、基板表面に垂直な方向を０度としている。

図４５に示すように、基板１の表面上に、形状的及び位置的に線対称な２つのアンテナ電極２、３があり、一方のアンテナ電極２は複数（例えば９個）の接地点２Ａ、２Ａ、…にて複数（例えば９個）のスルーホール（図示せず）に接続されている。図示の例では、９個の接地点２Ａ、２Ａ、…がアンテナ電極２の終端縁の付近に集中して、３×３のマトリックス状に配置されているが、これは一つの例示であり、接地点の個数や配置には様々な変形例が採用し得る。図示省略してあるが、基板１の裏面の接地電極と９個のスルーホールとの接続箇所には、それらのスルーホールをオン／オフするための９個のスイッチが設けられている。それらのスイッチを制御することで、１以上のスルーホールを任意に選択してオンすることができ、それにより、スルーホールを通る信号の伝達量が変化し、電波ビームの指向方向が変化する。

図４６には、図４５のような構成のマイクロストリップアンテナにおいて、スルーホールの直径が０．０５ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．３ｍｍのそれぞれである場合に１個のスルーホール５だけをオンにしたときと、スルーホールの直径が０．０５ｍｍである場合に９個のスルーホールを全部オンにしたときにおける、オンにしたスルーホールを通る信号伝達量（アンテナ電極に供給された全信号エネルギーに対するスルーホールを通過した信号エネルギーの比率）と電波ビームの傾き角度の具体例が示されている。

図４５から分るように、１個のスルーホールだけがオンされている状態であっても、スルーホールの直径が０．２ｍｍ以上になると、スルーホールの信号伝達量は飽和値に達する。一方、スルーホール５の直径が０．１ｍｍ以下である場合には、１個のスルーホール５の信号伝達量は飽和値の数分の１以下であり、よって、オンするスルーホールの個数を変えることで、信号伝達量を数段階以上に変化させ、電波ビームの傾き角度を数段階以上に変化させることができる。

図４７は、図４５のマイクロストリップアンテナでスルーホールの直径を０．０５ｍｍとした場合における、オンされるスルーホールの選択と電波ビームの傾き角度（基板表面に垂直な方向が０度）、指向性及びゲインとの関係の具体例を示す。図４７において、黒丸はオンされたスルーホールの接地点を示し、白丸はオフされたスルーホールの接地点を示す。

図４７から分るように、オンされるスルーホールの個数を変えることで、電波ビームの傾き角度が変化する。一般的な傾向として、オンされるスルーホールの個数が多くなるほど、傾き角度が大きくなる。オンされるスルーホールの個数が同じであっても、それらのスルーホールの位置によって、傾き角度が異なる。また、電波ビームの指向性やゲインも、オンされるスルーホールの選択に応じて変化する。オンされるスルーホールの選択が異なっても、ほぼ同じ傾き角度が得られる場合があり、その場合でも、スルーホールの選択によって指向性やゲインは異なる。所望の傾き角度が得られる何通りかのスルーホールの選択肢の中から、より望ましい指向性やゲインが得られるものを使用すればよい。

図４８は、本発明の第２４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナのアンテナ電極の平面図である。

図４８に示すように、基板１の表面上に、複数、例えば４つの電極グループ７０、８０、９０、１００が、２×２のマトリックス状に配置される。第１の電極グループ７０は、複数、例えば４つのアンテナ電極７１、７２、７３、７４から構成され、これらのアンテナ電極７１、７２、７３、７４は２×２のマトリックス状に配置される。アンテナ電極７１と７３は形状的及び位置的に線対称であり、アンテナ電極７２と７４も形状的及び位置的に線対称である。アンテナ電極７１と７３の電極パターンと、アンテナ電極７２と７４の電極パターンは実質的に同一である。アンテナ電極７１、７２、７３、７４への給電線路１０の長さは同一である。

第２の電極グループ８０も、例えば４つのアンテナ電極８１、８２、８３、８４から構成され、第３の電極グループ９０も、例えば４つのアンテナ電極９１、９２、９３、９４から構成され、第４の電極グループ１００も、例えば４つのアンテナ電極１０１、１０２、１０３、１０４から構成され、それぞれの電極パターンは、第１の電極グループ７０の電極パターンと同じである。基板１のほぼ中央にある大本の給電点２００からの給電ライン１０の分岐方向（矢印Ａで示す方向）と、個々のアンテナ電極７１〜７４、８１〜８４、９１〜９４、１０１〜１０４の励振の方向（代表的に電極７２で示すように、各アンテナ電極の給電点から終端縁への矢印Ｂで示す方向）とは、直交しており、一致してはいない。全てのアンテナ電極には、図４８中で黒円印で示されるように、給電点と反対側の終端縁に接地点が設けられている。それらの接地点にはそれぞれ図示しないスルーホールが接続されており、それらのスルーホールには、それをオン／オフするスイッチがそれぞれ接続されている。それらのスイッチは独立して制御することができる。

このマイクロストリップアンテナは、複数の電極グループ７０、８０、９０、１００を選択的に用いて、統合的な電波ビームの指向方向を、平面視で縦と横の２方向に変化させることができる。図４９〜図５２は、電波ビームの指向方向を縦と横に変化させるための具体的な方法の具体例を示す。図４９〜図５２において、ハッチングが付されたアンテナ電極は、それに接続さられたスルーホールがオンされていることを意味し、ハッチングが付されていないアンテナ電極は、それに接続されたスルーホールがオフされていることを意味する。

図４９と図５０に示すように、図中横方向の端に位置するアンテナ電極を用いて電波ビームの指向方向を図中横方向に変化させることができる。すなわち、図４９に示すように、左端に配置されたアンテナ電極７１、７２、９１、９２のスルーホールだけをオンすると統合的な電波ビームは矢印で示すように右側に傾く。逆に図５０に示すように右端に配置されたアンテナ電極８３、８４、１０３、１０４のスルーホールだけをオンすると統合的な電波ビームは矢印で示すように左側に傾く。

また、図５１と図５２に示すように、図中縦方向の端に位置するアンテナ電極を用いて電波ビームの指向方向を図中縦方向に変化させることができる。すなわち、図５１に示すように、上端に配置されたアンテナ電極７２、７４、８２、８４のスルーホールだけをオンすると統合的な電波ビームは矢印で示すように下側に傾く。逆に図５２に示すように下端に配置されたアンテナ電極９１、９３、１０１、１０３のスルーホールだけをオンすると統合的な電波ビームは矢印で示すように上側に傾く。

図５３〜図５５は、図４８に示すマイクロストリップアンテナで電波ビームの傾き角度の大きさを調節する方法の例を示す。図５３〜図５５において、ハッチングが付されたアンテナ電極は、それに接続されたスルーホールがオンされていることを意味し、ハッチングが付されていないアンテナ電極は、それに接続されたスルーホールがオフされていることを意味する。

図５３〜図５５に示す例では、電波ビームは図４９に示した例と同様に右側に傾くが、しかし、スルーホールがオンされるアンテナ電極の数が異なるため、傾き角度の大きさが異なる。スルーホールがオンされるアンテナ電極の数は図５３の例で最少の１枚、図５４の例で２枚、図５５の例で３枚であり、図４９の例では最大の４枚であり、このように枚数が増えるに伴って、傾き角度も大きくなる。このように、スルーホールがオンされるアンテナ電極の数を変化させることで、傾き角度の大きさを変化させることができる。

図４８に示すように、基板１上に複数のアンテナ電極が配置され、発振器（図示せず）から給電される大本の給電点２００での給電ライン１０の分岐方向（図４８、矢印Ａ）とアンテナ電極の励振方向（図４８、矢印Ｂ）とが一致していない（又は、後述する図５７の例のように２方向で一致している）構造、要するに、上記分岐方向と励振方向とが一方向でのみ一致するようにはなっていない構造のマイクロストリップアンテナにおいては、上述した図４９〜図５５に示された方法を応用することで、電波ビームの指向方向を上下左右に様々な大きさの角度で振ることで、２次元範囲を電波ビームでスキャンすることが可能である。

なお、図４８〜図５５に示したマイクロストリップアンテナでは、電極グループの個数が４つで、一つの電極グループに含まれるアンテナ電極の個数も４つであるが、これは一例にすぎず、電極グループの個数又は電極グループのアンテナ電極の個数は、上記とは別の個数であってもよい。また、電極の配置パターンも、図４８〜図５５に示したものとは別のパターンであってもよく、例えば、図５６又は図５７に示すような配置も可能である。いずれにしても、複数のアンテナ電極のそれぞれにスルーホールが接続されていて、それらスルーホールがそれぞれスイッチでオン／オフできるようになったマイクロストリップアンテナを採用することができる。このような構成のマイクロストリップアンテナでは、統合的な電波ビームの指向方向を異なる方向に傾けたり、その傾き角度の大きさを変化させたりすることができる。ところで、図５６に示すアンテナ電極の配置では、発振器からの給電点２０５での給電の分岐方向（矢印Ａ）とアンテナ電極の励振方向（矢印Ｂ）が一方向（矢印Ａ、Ｂで示す横方向）でのみ一致している。このような場合、発明者らの実験によると、統合的な電波ビームの方向は図中横方向にしか傾かない。しかしながら、横方向へ傾く角度の大きさは、スルーホールがオンされるアンテナの枚数に依存して変わるので、細かく制御することが可能である。一方、図５７に示すアンテナ電極の配置では、給電点２１０での給電の分割方向（矢印Ａと矢印Ｃ）とアンテナ電極での励振方向（矢印Ｂと矢印Ｄ）が、２方向（矢印Ａ、Ｂの横と、矢印Ｃ、Ｄの縦）で一致しており、よって、一方向でのみ一致するようにはなってない。このような場合、発明者らの実験によると、横と縦の２方向のいずれにも統合的な電波ビームを傾けることができる。

図４８〜図５５に示すアンテナ電極を用いた場合、それぞれのアンテナ電極グループ７０、８０、９０、１００内で内側に位置するアンテナ電極７３、８１、９４、１０２は、電波ビームの指向方向を可変する目的では操作される必要は無いので、この点ではスルーホール及びスイッチを設ける必要は無いが、電波ビームの指向角度を絞る目的では、これを操作することが効果的である。例えば、図５８に示すように電波方向を図中右側に傾ける場合、上述のように左端のアンテナ電極７１、７２、９１、９２のスルーホールがオンされるが、加えて、個々のグループ内で内側且つ左側にあるアンテナ電極８１、８２、１０１、１０２のスルーホールもオンすると、統合的な電波ビームの指向角度がより狭く絞られる（つまり、指向性が向上する）。このように指向角度を広角と狭角に変える（指向性を変える）には内側の前記４枚のアンテナ電極の中でそのスルーホールがオンされる電極の枚数を変えればよく、オンする枚数が多いほど指向角度が狭くなる。尚、下方向に傾けた電波ビームの指向角度を絞るには、図５９に示すようにこのグループ内で内側且つ上側にあるアンテナ電極９２、９４、１０２、１０４のスルーホールをオンすればよい。その他の方向に関しても上述に準じて行えばよい。

図６０は、上述した様々な実施形態の個々のアンテナ電極に採用することができる電極構造の変形例を示す。

図６０Ａに示すアンテナ電極１１０は、１枚の連続して導体膜からなるものであり、この構造は上述した様々な実施形態の各アンテナ電極に採用されている。図６０Ｂに示すアンテナ電極１１１は、給電点Ｐから終端縁へ向かう方向へ伸びた複数のストライプ電極１１２、１１２、…に分割されている。また、図６０Ｃに示すアンテナ電極１１３も、給電点Ｐから終端縁へ向かう方向へ伸びた複数のストライプ電極１１４、１１４、…に分割されているが、その分割は図６０Ｂの電極１１よりも細かい。

図６０Ａ、Ｂ、Ｃに示す異なる構造のアンテナ電極１１０、１１１、１１３を、それぞれ同じ位置に設けた接地点１１０Ａ、１１１Ａ、１１３Ａにて、スルーホール（図示せず）に接続した場合、それぞれのスルーホールがオンのときとオフのときの電波ビームの指向性とゲインが図６０Ａ、Ｂ、Ｃの右側に示されている。これから分るように、図６０Ａのような連続的なアンテナ電極よりも、図６０Ｂ、Ｃのようなストレイプ電極に分割されたアンテナ電極の方が、電波ビームの指向性とゲインが高い。このように、アンテナ電極を分割する(換言すれば、給電点Ｐから終端縁へ向かう方向へスリットを入れる）と、電波ビームの指向性とゲインが改善される。その理由は、アンテナは給電方向に平行な端面で電界が集中し、内部ではほとんど発生しない為、スリットを入れることで、内部の無駄な領域が制限され、中央のアンテナで発生した電界がとなりの無給電素子に影響を与え、その無給電素子の両端部に電解が発生し、更にそのとなりの無給電素子に影響を与える為、アンテナ電極と無給電素子に発生する電界強度の総和が増え放射強度が向上するからであると推測される。おそらく、上述した様々なマイクロストリップアンテナの実施形態において、全てのアンテナ電極、又は接地点をもつアンテナ電極を含む一部のアンテナ電極に、図６０Ｂ、Ｃのような分割された構造を適用することにより、そのマイクロストリップアンテナから放射される電波ビームの指向性とゲインが改善されるが、反面、スルーホールの作用による電波ビームの傾き角度の大きさは小さくなるであろう。従って、この分割されたアンテナ電極を用いたマイクロストリップアンテナは、電波ビームを振らせる角度範囲はそれ程大きくなくてよいが、電波ビームを遠くまで到達させたいような用途、例えば、自動車の衝突防止用のレーダなど、において有用である。

図６１は、上述した様々な実施形態に採用することができる基板表面の構造の変形例を示す。

図６１に示すように、基板１の表面上には、基板１の比誘電率より大きい比誘電率をもった誘電体材料による誘電体膜１１６が形成されており、この誘電体膜１１６がアンテナ電極１１５、１１５、…を覆っている。誘電体膜１１６の比誘電率が高いほど、また、誘電体膜１１６の厚みが厚いほど、アンテナ電極１１５でのマクロ波信号の波長が短縮される。この波長短縮作用の結果として、アンテナ電極をより小型化して、より高密度に集積することが可能になる。ずなわち、図６２Ａに示すマイクロストリップアンテナでは、アンテナ電極１１７が空気に触れるようになっており、図示のようなサイズであるのに対して、図６２Ｂに示すマイクロストリップアンテナでは、アンテナ電極１１５を上述した誘電体膜１１６が覆っているため、波長が短縮した分だけ、アンテナ電極１１５のサイズ及び間隔がより縮小され、よって、同じサイズと同じ電波放射効率のマイクロストリップアンテナであっても、アンテナ電極の集積度が向上する。その結果として、図６２Ａのマイクロストリップアンテナでは、電波ビームの傾き角度を調節できる角度分解能が図６３Ａに示すような値θ１であるのに対して、図６２Ｂのマイクロストリップアンテナでは、集積度が上がった分だけ、角度分解能も図６３Ｂに示すようにより細かい値θ２に向上する。

なお、誘電体膜１１６の比誘電率が高いほど、上述した波長短縮効果が高い。そのため、誘電体膜１１６の比誘電率が高いほど、同程度の波長短縮効果を得るために必要な誘電体膜１１６の厚さは薄くなる。よって、マイクロストリップアンテナの薄型化が要求される場合、比誘電率が大きい誘電体材料を使用することが好ましく、また、その方が誘電体の製膜時間の短縮化が図れ、製造コストの削減もできる。

図６４は、上述した様々な実施形態に採用することができる基板表面の構造の別の変形例を示す。

図６４に示すように、基板１の表面上のアンテナ電極１１８、１１８、…の端部に接するように、アンテナ電極１１８、１１８、…の間の隙間の領域に、基板１の比誘電率より大きい比誘電率をもった誘電体材料による誘電体層１１９、１１９、…が設けられている。よって、アンテナ電極１１８、１１８、…同士は、誘電体層１１９、１１９、…によって隔てられている。アンテナ電極１１８、１１８、…の端部の電界が誘電体層１１９、１１９、…に影響を与え、誘電体層１１９、１１９、…から電波を放射する為、放射強度は向上する。しかしながら、アンテナ電極１１８、１１８、…相互間の干渉は制限される為、実質的にアンテナ電極１１８、１１８、…間距離が伸びた状態になり、電波の傾斜角度は抑制される。従って、一般のアンテナ設計では、給電ラインの分岐点から見た一側のアンテナ電極が他側のアンテナ電極のインピーダンス変化の影響を受けないようにするために、分岐点にウイルキンソンカプラを挿入するのが通常であるが、本発明の上記実施形態では、アンテナ相互干渉を利用して、ビームを傾けている為、前記カプラは望ましくない。

図６５は、図６４の構造の変形例を示す。

図６５の構造では、アンテナ電極１１８、１１８、…の端部に接するように、その端部の近傍に誘電体１２０、１２０、…が配置される。図６４のものと同様、アンテナ電極１１８、１１８、…の端部の電界が誘電体１２０、１２０、…に効率よく励起して放射強度を向上させる。

図６６は、また別の変形例を示す。

図６６の構造では、基板１のアンテナ電極１１８、１１８、…間の部分にキャビティ構造１２１、１２１、…が設けられる。キャビティ構造１２１、１２１、…によりアンテナ電極１１８、１１８、…相互の干渉が強くなるため、スルーホールのスイッチがオフの時は放射強度は低下するが、スイッチがオンの時には最大強度を確保することができる。その結果として、基板１に対し垂直方向の電界強度と傾斜させた時の電界強度が略同等化または傾斜時のほうが大きくなるため、電波ビームを物体検知に用いる用途では、基板１に対し垂直方向の検知精度と傾いた時の検知精度が同等になり、あらゆる方向の物体を検知するのに好都合のアンテナ装置が提供できる。

図６７〜図６９は、別の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナを示す。

図６７に示すマイクロストリップアンテナは、基板１上に二次元マトリックス配置された多数の電極が存在する。それらの電極のうち、中央の４つの電極１１、１２、１３、１４が、例えば図１０に示した構造のように高周波の給電を受けるアンテナ電極であり、その周囲近傍に配置された多数の電極（ハッチングを付して示したもの）１２２、１２２、…は、給電を受けない無給電電極である。アンテナ電極１１、１２、１３、１４に黒丸で図示したようなスルーホールがあり、スルーホールは基板１裏面の接地電極（図示せず）に、高周波電力の通過量が制御可能なスイッチ、例えばＦＥＴ、介して結合されている。無給電電極１２２、１２２、…は、アンテナ電極１１、１２、１３、１４から出る統合的な電波ビームの指向性を改善する（つまり、ビームを狭く鋭くする）作用効果を有する。上記ＦＥＴのソース・ドレインの通過量を調節することで、統合的な電波ビームの指向方向を種々に変化させることができる。例えば、図６８に一点鎖線で示すように、例えば８方向に統合的な電波ビームの指向方向を切り替えることができる。また、図６９に点線、破線及び一点鎖線で示すように、電波ビームの指向方向の傾き角度の大きさを変化させることができる。このように電波ビームの指向方向を多彩に変化させるために、必要なスイッチ（例えばＦＥＴ）の個数は４個のような少数であり、低コストである。

図７０は、更に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の平面構成を示す。図７１は、図７０のＥ−Ｅ線に沿った断面図を示す。

図７０と図７１に示すマイクロストリップアンテナは、アンテナ電極１１、１２、１３、１４へ高周波を供給するための給電線１３０が、基板１のアンテナ電極１１、１２、１３、１４とは反対側の背面に設けられている。図７１に示されるように、アンテナ電極１１、１２の給電点１１Ｂ、１２Ｂは、それぞれスルーホール１３２、１３４を介して給電線１３０に接続され、アンテナ電極１３、１４の給電点１３Ｂ、１４Ｂも同様に、それぞれスルーホール（図示されてない）を介して給電線１３０に接続されている。また、基板１の背面に、給電線１３０の給電点１３０Ａに高周波を印加する発振回路１３６が設けられる。さらに、基板１の背面に、アンテナ電極１１、１２、１３、１４の接地点１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａに接続されたスルーホール１４４、１４６、…を接地電極１３８に接続するためのスイッチ１４０、１４４、…が設けられる。アンテナ電極１１、１２、１３、１４の各々の励振方向（図７０の上下方向）の長さＬは、使用される高周波の基板１上での波長λｇの約２分の１である。

図４を参照して既に説明したように、図２に示されたマイクロストリップアンテナの場合、アンテナ電極２の励振方向でのλｇ／４（つまりＬ／２）の位置に接地点２Ａを配置しても、電波ビームを傾けることができない。しかし、このことが必ずしも、全ての構造のマイクロストリップアンテナにおいて真であるわけではない。例えば、図７０と図７１に示したマイクロストリップアンテナの場合には、図７０に示すようにアンテナ電極１１、１２、１３、１４の励振方向でのλｇ／４（つまりＬ／２）の位置に接地点１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａを配置しても、接地点１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、１４Ａを選択的に接地することで、電波ビームを傾けることが可能である。この理由は、給電線１３０が基板１のアンテナ電極１１、１２、１３、１４とは反対側の面に設けられていると構造にあるのかもしれないが、明確には分かっていない。とにかく、このように、マイクロストリップアンテナの構造により、電波ビームを傾けるための接地点の配置は異なってくる。

図７２Ａと図７２Ｂは、上述した種々の構造のマイクロストリップアンテナにおいてスルーホールをオンオフするために採用可能なスイッチの構造例を示す。

図７２Ａと図７２Ｂに示されたスイッチ２１６は、アンテナ電極２１２に接続されたスルーホール２２２と、接地電極２１４との間を開閉するための、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術によるスイッチ(以下、ＭＥＭＳスイッチという）である。図７２Ａは、ＭＥＭＳスイッチ２１６のＯＦＦ状態を示しており、図７２Ｂは、ＯＮ状態を示している。注目すべき点は、図７２Ａに示されるＯＦＦ状態では勿論であるが、図７２Ｂに示されるＯＮ状態においてさえ、ＭＥＭＳスイッチ２１６内の固定電気接点２２０と可動電気接点２１８の間が機械的に開いており接触していない点である。すなわち、図７２Ｂに示されるＯＮ状態では、２つの電気接点２１８と２２０間には小さいギャップがあり、図７２Ａに示されるＯＦＦ状態では、そのギャップが更に大きくなる。このような構造のＭＥＭＳスイッチ２１６の採用により、１Ｇ〜数百ＧＨｚという高周波帯において良好なＯＮ状態とＯＦＦ状態を作り出すことができる。

この原理を図７３〜図７４を参照して説明する。

図７３Ａと図７３Ｂはそれぞれ、従来型のＭＥＭＳスイッチの電気接点２３０、２３２の名目上のＯＦＦ状態とＯＮ状態を示す。また、図７４Ａと図７４Ｂはそれぞれ、図７２Ａ、Ｂに示したＭＥＭＳスイッチ２１６の電気接点２１８、２２０の名目上のＯＦＦ状態とＯＮ状態を示す。

図７３Ａと図７３Ｂに示すように、従来型のＭＥＭＳスイッチでは、電気接点２３０、２３２は、名目上のＯＦＦ状態では離れて両者間に僅かなギャップＧ１が開き、名目上のＯＮ状態で機械的に接触する。しかし、図７３Ａに示す僅かなギャップＧ１は、低周波帯では実質的にＯＦＦ状態であるが、高周波帯では実質的にＯＮ状態である。これに対し、図７４Ａと図７４Ｂに示されたＭＥＭＳスイッチ２１６では、電気接点２１８、２２０は、名目上のＯＦＦ状態では、十分に大きなギャップＧ２をもって離れており、名目上のＯＮ状態では、僅かなギャップＧ３を間にもって離れている。図７４Ａに示すように電気接点２１８、２２０間にある十分に大きなギャップＧ２が、高周波帯においても実質的なＯＦＦ状態を形成する。また、図７４Ｂに示すように電気接点２１８、２２０間に僅かなギャップＧ３があっても、これは高周波帯においては実質的なＯＮ状態である。

電波ビームの傾きを制御するという目的のためには、スイッチがどれだけ真のＯＮ状態に近い状態を作り出せるかよりも、むしろ、スイッチがどれだけ真のＯＦＦ状態に近い状態を作り出せるかということの方が重要である。その理由は、スルーホールを通る高周波の伝達量の変化に対する電波ビームの傾き角度の変化の感度は、スルーホールを通る高周波の伝達量が小さいほど大きいからである。従って、高周波に対して実質的なＯＦＦ状態を作り出せる上述のスイッチ２１６は、電波ビームの傾きを制御する用途に適している。

図７５Ａと図７５Ｂは、電波ビームの傾きを制御する用途に適したスイッチの電気接点の変形例を示す。図７５ＡはＯＦＦ状態を示し、図７５ＢはＯＮ状態を示す。

図７５Ａと図７５Ｂに示すように、電気接点２１８、２２０間に、シリコン酸化膜のような誘電材料又は絶縁材量の薄膜２１４が設けられる。図７５Ａに示すように、この絶縁薄膜２１４により、電気接点２１８、２２０間に小さいギャップＧ４があるだけでも、高周波に対して実質的なＯＦＦ状態が作り出される。図７５Ｂに示す状態では、電気接点２１８、２２０間のギャップＧ４がなくなることで、絶縁薄膜２１４があっても、高周波に対して実質的なＯＮ状態が作り出される。

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。

複数のアンテナ電極を備えた一般的なマイクロストリップアンテナの斜視図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの一実施形態を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点の位置と統合的な電波ビームの傾き角度との関係を示す図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点の別の配置例を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第２の実施形態の平面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第３の実施形態の平面図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点の別の配置例を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第４の実施形態の平面図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点の別の配置例を示す平面図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点のまた別の配置例を示す平面図である。 同実施形態におけるアンテナ電極の接地点のさらにまた別の配置例を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第５の実施形態を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第６の実施形態を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナを実現するための第１１のバリエーションにおけるアンテナ電極及び接地電極の配置断面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第７の実施形態を示す断面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第８の実施形態を示す平面図である。 図１８のＣ−Ｃ断面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第９の実施形態を示す平面図である。 同実施形態の背面図である。 図２０のＤ−Ｄ断面図である。 図２１におけるスルーホールと接地電極との接続箇所Ｓの拡大図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１０の実施形態を示す断面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１１の実施形態におけるスルーホールと接地電極と接続箇所の部分を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１２の実施形態におけるスルーホールと接地電極と接続箇所の部分を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１３の実施形態におけるスルーホールと接地電極と接続箇所の部分を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１４の実施形態におけるスルーホールと接地電極と接続箇所の部分を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１５の実施形態におけるスルーホールと接地電極と接続箇所の部分を示す平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリーエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 実験により得られた、スルーホールの直径（横軸）と統合電波の放射角度（縦軸）との関係を示す図。 実験により得られた、スルーホールと接地電極間を短絡するライン幅（横軸）と統合電波の放射角度（縦軸）の関係を示す図。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１６の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１７の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１８の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第１９の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第２０の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第２１の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの第２２の実施形態の平面図である。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 本発明のマイクロストリップアンテナの構造のバリエーションと電波放射方向の変化の例を示す図。 本発明の第２３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナのアンテナ電極の平面図。 図４５のマイクロストリップアンテナにおいて、スルーホールの直径と信号伝達量と電波ビームの傾き角度との関係の一例を示す図。 図４５のマイクロストリップアンテナにおいて、オンされるスルーホールの選択と電波ビームの傾き角度等との関係の一例を示す図。 本発明の第２４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナのアンテナ電極の平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームを右方向に傾ける方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームを左方向に傾ける方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームを下方向に傾ける方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームを上方向に傾ける方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームの傾き角の大きさを調節する方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームの傾き角の大きさを調節する方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームの傾き角の大きさを調節する方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナの変形例を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナの別の変形例を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームの指向性を改善する方法を示す平面図。 図４８のマイクロストリップアンテナにおいて、電波ビームの指向性を改善する方法を示す平面図。 アンテナ電極の構造の変形例を示す平面図。 アンテナ電極を誘電体で覆ったマイクロストリップアンテナの変形例を示す断面図。 図６１の構造によるアンテナ電極の集積度向上効果を説明する平面図。 図６１のアンテナ電極の集積度向上効果による傾き角度の可変分解能の向上効果を説明する図。 アンテナ電極間の隙間に誘電体層を設けた変形例を示す断面図。 図６４の構造の更なる変形例を示す断面図。 アンテナ電極間の隙間にキャビティを設けた変形例を示す断面図。 本発明の第２５の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナを示す平面図。 図６７のマイクロストリップアンテナの作用を示す平面図。 図６７のマイクロストリップアンテナの作用を示す平面図。 本発明の第２６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナを示す平面図。 図７０のE−E断面図。 図７２Ａは電波ビームの傾きを制御する用途に適したＭＥＭＳスイッチのＯＦＦ状態を示す断面図、図７２Ｂは同ＭＥＭＳスイッチのＯＮ状態を示す断面図。 図７３Ａは従来型のＭＥＭＳスイッチの電気接点のＯＦＦ状態を示す断面図、図７３Ｂは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。 図７４Ａは図７２に示されたＭＥＭＳスイッチの電気接点のＯＦＦ状態を示す断面図、図７４Ｂは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。 図７５Ａは電波ビームの傾きを制御する用途に適したスイッチの変形例の電気接点のＯＦＦ状態を示す断面図、図７５Ｂは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。

符号の説明

１ 基板
２、７、１１ Ａアンテナ電極
３、８、１２ Ｂアンテナ電極
４ 接地電極
５ 接続部材（スルーホール）
６ 接続部材
９ スイッチ
１０ 給電線路
１３ Ｃアンテナ電極
１４ Ｄアンテナ電極
２１ アンテナ電極
３１ ランド
３２、４５、４７ 接続線
３３ 絶縁スペース
４１、４２ アクチュエータ

Claims (17)

1. 絶縁性の基板と、
   前記基板の一面に配置され、同一周波数の高周波信号を同時に印加するための給電点をそれぞれの同じ側の縁上の位置または前記同じ側の縁から内奥へ所定距離だけ入った位置にもち、サイズと形状において略同一であり、励振方向の長さが前記高周波信号の前記基板上での波長の略二分の一である、複数のアンテナ電極と、
   前記基板の他面又は内部に配置される、グランドレベルを提供するための接地電極と、
   前記複数のアンテナ電極のすべてのアンテナ電極を前記給電点とは別の少なくとも一箇所にて前記接地電極に接続するか、否かを切り替え可能とするスイッチを含んだ接続手段とを備えたマイクロストリップアンテナ。
2. 前記アンテナ電極の前記接地電極に接続される前記少なくとも一箇所が、前記アンテナ電極の前記給電点から前記同じ側とは反対側の縁へ向って前記高周波信号の１／４波長の奇数倍の距離だけ離れた位置とは異なる位置に存在することを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
3. 前記接続手段が、前記アンテナ電極の前記少なくとも一箇所に対応する前記基板の箇所を貫通する導電性のスルーホールであって、前記アンテナ電極の前記少なくとも一箇所に接続された一端と、前記接地電極に接続された他端と、前記スルーホールによる前記アンテナ電極と前記接地電極との間の接続を開閉するスイッチとを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロストリップアンテナ。
4. 前記アンテナ電極の少なくとも一つの縁が、前記基板の少なくとも一つの縁に沿って配置され、
   前記接続手段が、前記基板の前記少なくとも一つの縁の側面上に配置された導電体であって、前記アンテナ電極の前記少なくとも一つの縁の少なくとも一箇所に接続された一端と、前記接地電極に接続された他端と、前記導電体による前記アンテナ電極と前記接地電極との間の接続を開閉するスイッチとを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロストリップアンテナ。
5. 前記アンテナ電極の前記接地電極に接続される前記少なくとも一箇所が、前記アンテナ電極の前記同じ側とは反対側の縁の近傍であって、前記給電点から前記反対側の縁に向かう方向に直交する方向において略中央の位置に存在することを特徴とする請求項１乃至４いずれか1項記載のマイクロストリップアンテナ。
6. 前記スイッチが、前記接続手段と前記接地電極との接続箇所に配置されている請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
7. 前記スイッチが、前記接続手段と前記接地電極にそれぞれ接続された２つの電気接点を有し、前記２つの電気接点が、ＯＮ状態では第1のギャップを間にもって離れ、ＯＦＦ状態では前記第１のギャップより大きい第２のギャップをもって離れるようになっている請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
8. 前記スイッチが、前記接続手段と前記接地電極にそれぞれ接続され、相互間の距離が可変である２つの電気接点と、前記２つの電気接点の間に設けられた絶縁膜とを有する請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
9. 前記複数のアンテナ電極に高周波電力を供給するための給電ラインを更に備え、前記給電ラインが、前記基板の前記他面上に設けられ、かつ前記基板を貫通する導電性のスルーホールを通じて前記複数のアンテナ電極の前記給電点に接続されている請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
10. 前記複数のアンテナ電極に高周波電力を供給するための給電ラインを更に備え、前記給電ラインが、発振回路と接続される大本の給電点を基板のほぼ中央に有し、前記大本の給電点から互いに反対の両方向へ分岐し、そして、前記大本の給電点からの前記給電ラインの分岐方向と個々のアンテナ電極を励振する方向とが１方向にて一致しないようになっていることを特徴とする請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
11. 前記基板の一面上の前記複数のアンテナ電極が、前記基板の比誘電率よりも大きい比誘電率をもつ誘電体で覆われていることを特徴とする請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
12. 前記アンテナ電極が、前記給電点から前記同じ側とは反対側の縁へ向かう方向へ伸びる複数のストライプ電極に分割されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
13. 前記アンテナ電極の端部に接するよう配置された誘電体を更に備える請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
14. 前記アンテナ電極の近傍に形成されたキャビティ構造を更に備える請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
15. 前記アンテナ電極の近傍に配置された無給電電極を更に備える請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
16. 高周波の電波を出力するためのマイクロストリップアンテナを用いた送信アンテナと、前記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、前記送信アンテナと同一物の又は前記送信アンテナとは別物の受信アンテナと、前記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高周波センサにおいて、
    前記マイクロストリップアンテナが、
    絶縁性の基板と、
    前記基板の一面に配置され、同一周波数の高周波信号を同時に印加するための給電点をそれぞれの同じ側の縁上の位置または前記同じ側の縁から内奥へ所定距離だけ入った位置にもち、サイズと形状において略同一であり、励振方向の長さが前記高周波信号の前記基板上での波長の略二分の一である、複数のアンテナ電極と、
    前記基板の他面又は内部に配置される、グランドレベルを提供するための接地電極と、
    前記複数のアンテナ電極のすべてのアンテナ電極を前記給電点とは別の少なくとも一箇所にて前記接地電極に接続するか、否かを切り替え可能とするスイッチを含んだ接続手段とを備えた高周波センサ。
17. 絶縁性の基板と、
    前記基板の一面に配置され、同一周波数の高周波信号を同時に印加するための給電点をそれぞれの同じ側の縁上の位置または前記同じ側の縁から内奥へ所定距離だけ入った位置にもち、サイズと形状において略同一であり、励振方向の長さが前記高周波信号の前記基板上での波長の略二分の一である、複数のアンテナ電極と、
    前記基板の他面又は内部に配置される、グランドレベルを提供するための接地電極と
    を備えたマイクロストリップアンテナを駆動する方法であって、
    前記複数のアンテナ電極の前記給電点に前記同一周波数の高周波信号を同時に印加するステップと、
    前記複数のアンテナ電極のすべてのアンテナ電極を前記給電点とは別の少なくとも一箇所にて前記接地電極に接続するか、否かを切り替えることにより、前記接地電極に接続されているアンテナ電極の高周波信号の位相を、前記接地電極に接続されていないアンテナ電極のそれからずらせるか、否かを切り替えるステップと
    を有する方法。

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