JPH05503786A - 移動体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 移動体検出装置 本発明はドツプラー周波数シフトにより移動する人物あるいは物体を検出する移 動体検出装置に関する。 このような移動体を検出するためにドツプラー効果を利用することはよ（知られ ている。代表的な応用例は防犯アラームや自動ドア開閉器であり、通常の構成の 場合、簡単な導波管などの空洞共振器にガン会ダイオード発信器を取り付けてい る。また、導波管にダイオード・ミキサーを設けて、ドツプラー周波数で出力を 発生している。 しかし、この構成には数多くの欠陥がある。即ち、大量生産は比較的複雑である 。発信器には電力消費がある。 特に、多（の国の当局による厳しい調和高調波放射線規制を満足するのが困難で ある。 本発明の目的は製作コストが低く、そして製作が簡単な上に、かなりの程度まで 前記問題を解決できる移動体検出装置を提供することにある。 、即ち、本発明ドツプラー周波数シフトによって移動体を検出する移動体検出装 置において、マイクロ波回路板、アンテナ回路板及びグラウンド・プレーン層か らなり、グラウンド・プレーン層を介在させた状態で該回路板を重ね、該マイク ロ波回路板を発信器及びミキサーから構成し、該アンテナ回路板を送受信アンテ ナから構成し、各アンテナの各フィードストリップラインを該マイクロ波回路板 の対応するストリップラインに実質的に重ね、各アンテナにつきグラウンド・プ レーンに各スロットを設けて、該マイクロ回路板と該アンテナを連結し、該スロ ットを該発信器の基本周波数で発振させるとともに、該フィードストリップライ ン及び該対応ストリップラインを該スロットの共振次元に直交させ、かつ該スロ ットを越えて延長させた上記移動体検出装置を提供するものである。 好ましくは、該フィードストリップライン及び対応フィードストリップラインの 少なくとも一つを該スロットに平行なりロスバーストリップからなるＴ形部分ま で延長させる。 このようなＴ形部分までマイクロ波回路板のストリップラインを延長させる場合 には、好ましくは、さらに該スロットに平行で、かつｉＴＴ形部分対して該スロ ットの両便にクロスバ−ストリップを設ける。 本発明の一つの実施態様では、一対の直列に接続したダイオードで該ミキサーを 構成し、該ダイオードの共通接続点で該ミキサーの第１人力を構成し、そしてス トリップライン部分で高域キャパシタンス手段を介して該ダイオードの他端を接 続し、該ミキサーの第２人力を第２人力を介して該２つのダイオードに加える信 号間に直角位相差を導入するようにストリップライン上の点に設定し、該２つの ミキサーの入力をそれぞれ厩発信器及び受信アンテナに接続し、動作時に、周波 数は同じであるが、位相が異なるキャパシタンス手段の端子において該ミキサー が２つのドツプラー出力を出力し、該２つの出力の位相関係により検出された移 動体を示すようにする。 また、該ミキサーの第１人力は発信器に接続することができ、かつｉミキサーの 第２人力は受信アンテナに関連するマイクロ波回路板上のストリップラインに連 結することができる。 好ましくは、各アンテナはアンテナ回路板上のフィードストリップラインの接続 したバッチ要素列から構成する。 該グランドプレーン層は好ましくはマイクロ波回路板により支持する。 また、本発明はドツプラー周波数シフトにより対象移動体を検出するために使用 するマイクロ波ミキサーであって、直列に接続した一対のダイオードと該ミキサ ーの第１人力を構成するダイオードの共通接続点と、高域キャパシタンス手段を 介してダイオードの他端を接続するストリップライン部分とからなり、該ストリ ップライン上の所定の点において該ミキサーの第２人力を介して該２つのダイオ ードに加える信号間に直角位相差を導入するように該ストリップライン部分の長 さを設定し、使用時に該２つのミキサーの入力をそれぞれ送信マイクロ波信号の サンプル及び移動対象体のからの送信信号の受信エコーに接続し、動作時に、周 波数は同じであるが、位相が異なるキャパシタンス手段の端子において該ミキサ ーが２つのドツプラー出力を出力し、該２つの出力の位相関係により検出された 移動体を示すようにした上記ミキサーを提供するものでもある。 以下、本発明の移動体検出装置を例示のみを目的として添付図面について説明す る。 第１図は本発明装置の基本的な構成上の特徴を示す図である。 第２図は本発明装置に使用するのに適当なマイクロ波回路板を示す。 第３図は第２図回路板とともに使用するアンテナ回路板を示す。 第４図はマイクロ波回路とアンテナの間を接続する２つの回路板を示す。 第５図は第２図のマイクロ波回路に使用するミキサーの別構成の回路板を示す。 第６図は第５図ミキサーの回路図である。 第１図について説明すると、本発明装置は２つの回路板１．２を相互に隣接かつ 平行に設けて、換言すれば面対面関係でスタック構成にしである。これら２つの 回路板は金属ボックス３、あるいはその他の適当なスクリーン形エンクロージャ に収容する。回路板２は金属ボックスから外した状態で図示しである。回路板１ 、はその内側に向けた面（図示せず）に回路を備えている。図示のように、金属 ボックス３は一方の他面を開放し、回路板１の他面を露出している。この面がグ ラウンド・プレーンＦＪ４であり、マイクロ波回路を遮蔽する。このように、回 路板１は従来からの両面マイクロストリップライン形である。 第２図に、回路板の成分側からみたマイクロ波回路板１を詳細に示す。主要な成 分はマイクロ波発信器１２、信号スプリッター１３及び平衡ダイオードミキサー １４からなる。給電線１５から電力を発信器１２に供給する。 好ましくは、発信器は機械的に同調できる誘電体共振器器を用いるＥＦＴｍ成で ある。この形式の発信器は従来のガン・ダイオード系のものより消質電力が少な く、かつスプリーアス放出レベルが低い利点がある。発信器の出力はライン１６ を介して信号スプリッター１３に送られる。この信号スプリッターはフィルター 成分を含み、必要な基本周波数信号を選択的に通すとともに、発信器出力中の何 らかの直流成分が回路の以降の段階に達するを防止する。信号スプリッター１３ は２つのストリププライン１．７．１８の間で発信器信号を分割する。装置を組 み立てる場合、ストリップライン１７を回路２（第１図）の送信アンテナ１８に 接続する。そして、ストリップライン１８はミキサー１４の一方のアンテナ８に 接続する。ミキサー１４の他方の入力はさらに別なストリップライン１９に接続 するが、このラインはさらに回路板２（第１図）の受信アンテナ７に接続する。 発信器１２は、従来のホモダイン方式で作動するミキサーに“ローカル発信器” 入力をおくる。本発明装置の出力信号を構成するライン２０のミキサー出力は、 従って、公知通りにフィルター処理でき、かつ処理出来る１００Ｈｚ程度の低周 波数ドツプラー信号をからなる。 第３図はアンテナ回路板２を示す図である。この回路板は単面構成、即ち一面の みに導電層を設けた構成で、別に送信（８）及び受信（７）アンテナ列を備えて いる。 各アンテナ列は２つのバッチ要素からなり、これらは相互結合するとともに、そ れぞれ送信（８）及び受信（７）′アンテナ列に対する共通フィードストリップ ライン１０及び９に接続する。組み立てる場合には、グラウンドｅブレーン層を 介在させた状態で例えば接着剤などによりアンテナ板２をマイクロ波回路板１の 上に固定する。従って、パッチ要素７．８は金属ボックス３の開放側に露出する 。２つの回路板のアラインメント関係については、アンテナ板上の送信フィード ライン１０がマイクロ波板上の対応するストリップブライン１０にのるようにす る。 同様に、マイクロ波板上の対応するストリップライン１９の上にアンテナ板の受 信フィードライン９がのる。ストリップライン９．１０．１７及び１９のそれぞ れについて、マイクロ波板１上の導電層４が対応するグラウンド・ブレーンにな る。 本発明によれば、マイクロ波板のグラウンド働ブレーン層４に２つの狭いスロッ ト５．６を設けることにヨリマイクロ波回路板１とアンテナ板２とを接続する（ 第１図参＠）。第２図及び第３図にマイクロ波回路板１の成分側のフィードスト リップライン１７．１９に対するスロット５．６（点線図示）の位置を示す。以 下、便宜上、スロット６により送信パッチ８に接続する構成のみについて説明す る。なお、あらゆる点でスロット５による受信バッチ７の構成は同じである。　 さらに第２図及び第３図について説明すると、スロット６及びストリップライン １７は相互に直交し、そして該ストリップラインは該スロットに“クロス″シて いるためその間の距離は短い。本発明の好ましい構成では、ストリップライン１ ７は２つのクロスバー２２．２３をスロット６に平行に、かつスロット６を中心 にして対称的に設けて構成する。 クロスバ−ストリップ２２はライン１７の端部まで延長し、Ｔ形部分を構成する 。 第４（ａ）〜（ｄ）図にスロット６近傍の２つの回路板１．２に各種の形状を示 す。第４（ａ）図はストリップライン１７を通るライン断面であり、回路板は組 み立て状態にある。明示する上で、導電層の厚みについては拡大図示しである。 回路盤についは接着剤その他の手段で固定する。接着剤で接着する場合には、接 着を強化するために、回路盤の間にプラスチックその他の絶縁材からなる薄層２ １を介在させてもよい。第４（ｂ）Ｅから理解できるように、本実施例では回路 板２上のアンテナフィードライン１０は回路板１上のストリップライン１７の上 に設けるが、ストリップライン１７のＴ形部分２２より少しの距離突出している 。 スロット６の長さしについては、発信器の基本周波数で共振するように選択する が、これはほぼ半波長に相当し、回路板１７の誘電体基材の管内波長により決ま るものである。発信器基本波長の第２ｇ波の抑制度を決定するのは、ストリップ ライン１０及び１７の構成、特にクロスバー２２．２３の長さＴである。最適な 寸法は経験により決めればよい。 一例として、本発明により構成した本装置における結合構成の細部を以下に示す 。 基本周波数：１０．６〜１０．７ＧＨｚマイクロストリツプ・ライン１０．１２ のインピーダンス＝５０オーム 誘電体基材：ＦＲ４（ファイバーグラスｐ、ｃ、ｂ、）スロット長さＬ：８．０ ｒｎｍ スロット幅：０．５ｍｍ クロスバ−畏さＴ：６．３ｍｍ クロスバ−幅：１．０ｍｍ スロット／クロスバ−間隔：　１．５ｍｍアンテナフィードラインのＴ形部分２ ２から突出する距ｊｆｉｘ：１．５ｍｍ 別な較正では、アンテナフィードライン１０はクロスバ−まで延長して、ストリ ップライン１７の場合同様にＴ形部分を形成する。この場合、フィードライン１ ０はストリップライン１７から延長しないが、２つのラインのＴ形部分終点部は 同−空藺内にある。換言すれば、相互に重なっている。 ストリップライン１０．１．７の一方が両方にＴ形路点部分を使用するかどうか は本質的なことではない。このかわりに、平坦なストリップライン・スタブが使 用できるが、この場合調波抑制に影響するのは、スタブΦラインをスロットより どの程度まで延ばすかである。しかし、Ｔ形路点部分を使用した場合には利点が ある。即ち、これ以外の場合に比較して、スタブ・ラインの長さを短くでき、従 って回路板スペースを面約できるだけでなく、装置をよりコンパクトにできる。 なお、第２クロスバ−・ストリップ２３をストリップライン１７に設けると、場 合によってＴ形りロスパー２２自体からの放射を少なくすることで、第２Ｈ波の 拒否応答を鋭敏にすることができる。 既に説明したように、好ましくは、スロット５を介して受信パッチ７とミキサー 人カライン１６とを結合する構成は送信バッチについて説明した場合と同じにす る。 これは重要である。即ち、ミキサーからの受信パッチへ、の第２調波の漏洩がか なりあるからである。この結合構成により、このような受信パッチを介する第２ ｒＡ波の望ましくない放出を抑制できる。 アンテナ板２に同じ構成のパッチ列７．８を別々に使用すると、信号損失を最小 限に抑えることができるとともに、従来の車端部形ではない、平衡ミキサーを使 用できる。平衡ミキサーは転換損失が少なく、発信器からのＡＭノイズを無くす ことができるため、感度向上を達成できる。 本発明装置のある用途では、検出移動体が装置に向かっているのか、あるいはこ れから離れているのかを知ることが望ましいことがある。例えば、本装置を自動 スライド式ドアに使用する場合、ある人物がドアに向かいつつあるのか、あるい はドアを通りすぎつつあるのかを判別できるようにするのがきわめて有用である 。そうすれば、不必要に長い時間ドアを開放しておくことがなくなる。第５図及 び第６図に、移動体を検出できるミキサーを本装置に適用した例を示す。 よく知られているように、ドツプラー周波数シフトのサイン、したがって移動体 検出のはそれぞれがミキサーをもつ２つのチャネルに受信信号を分割することに よりめることができる。発信器入力に位相が９０度かその程度ずれた状態にあり 、２つのミキサーに対応する人力を送った場合、ミキサー出力の位相関係、即ち いずれの位相が先行しているかに従って移動体検出が可能になる。 あるいは、ミキサーへの受信信号入力間に位相差を導入してもよい。 この公知方法は、第５図の回路板構成及び第６図の対応する回路図について以下 説明するミキサー構成に適用できる。第２図の場合と同様に、発信器信号はライ ン１８、そして受信「、ｆ、信号はライン１９に送る。また、発信器信号はなん らかのｄ、ｃ、成分がミキサーに達するのを防止するキャパシタ−２５を介して 送る。そして、ｒ、ｆ、信号はインピーダンス整合キャパシター２９を介してミ キサーに送る。 このミキサー２６は共通接続がミキサーの第１人力を構成する、直列に接続した ２つのミキサーダイオード３工と、これに接続した発信器入力ライン１８とで構 成する。回路板を介してグラウンド・ブレーンへ接続されるものとして形成され る、２つの短絡２４はミキサー人力でマイクロ波間路に変換され、ダイオード電 流についてｄ、ｃ、復帰パスを与える。マイクロ波回路板１に形成され、かつホ ースシュー状のストリップライン２７を介してダイオード３１の他端を“接続” する。このストリップライン２７は“高域″キャパシター２８を備え、これは必 要なｒ、ｆ、信号を通す一方で、ライン３２及び３３でミキサーの２つの低周波 数ドツプラー出力を分離する。ダイオード３１（Ａ）に隣接する部分２７上の点 Ｙでミキサーの第２人力にｒ、ｆ、信号を加える。印加された信号はこのダイオ ード３１（ａ）に直接達し、そしてホースツユ−状パスを介して他方のダイオー ド３１（ｂ）に達し、キャパシター２８を通ってダイオード３１（ｂ）に隣接す る第２点Ｙにいたる。点ＸＹ間のストリップラインの電気的長さの発信器周波数 において４分の１波長の奇数になっている。というのは、点ＸＹはそれぞれのダ イオードから等距離にあるからである。これにより２つのダイオード３１に印加 されるｒ、ｆ、信号間に必要な９０度の位相差が導入される。ドツプラー周波数 における２つのミキサー出力はライン３２．３３のキャパシター２８の端子で利 用できる。ファン状要素３０は出力３２．３３上の点Ｚでマイクロ波短絡を与え 、装置の低周波数出力に何らかのｒ、ｆ、が現れるの防止する。移動体の検出、 即ち゛１対象体”が接近中なのか、離反中なのかは（３５）従来通り論理回路３ ４を使用することによって２つの出力の位相関係からめることができる。この場 合、必要ならば、ドツプラー周波数の大きさが“対象体”速度（３６）を与える 。 上記ミキサー較正はＡＭノイズが小さく、そして感度向上の点で従来の平衡ミキ サーと同じ利点をもつが、同時に２つの別々なミキサーの機能により、成分を節 約でき、回路板スペースを節約できる。 なお、発信器信号を点ＸＹに、そして受信信号をダイオード接続点に送ることに より受信信号入力ではなく、ミキサーへの発信器入力に９０度の位相シフトを導 入することもできる。 キャパシター２５．２８及び２９は個別な、例えば表面取り付は成分で構成して もよ（、あるいはストリップライン導体のインタープイノタル構造ブレークとし て形成してもよい。 なお、明らかなように、上記ミキサー構成は用途が広い。実際、任意のマイクロ 波ドツプラーシステムに適用できる。 本発明の大きな利点は第２調波周波数における放出の大きな抑制であるが、その 外にも多数の長所がある。例えば、導波管形移動体検出装置に比較して、サイズ がコンパクトで、製造が簡単である。 上記の特定実施例では、スロット付きグラウンドｅプレーン層はマイクロ波回路 板で構成しているが、これはアンテナ板、パッチ列を備えた対向面に設けること も可能である。また、別なグラウンド・プレーンを使用することもがんがえられ る。しかし、通常、マイクロ波板は両面構成の必要があるため、上記構成がこの ましい。また、アンテナ板についても、より簡単な単面構成にすることができる 。 なお、第３図に示した２パッチ列は例示のみを目的としている。要素が２つ以上 の単一パッチその他の構成も同様に使用可能である。さらに、放射ビームの形状 や角度が装置の特定感度範囲を満足するようにパッチ列のサイズ及び構成を選択 できる。なお注意すべきは、アンテナ板は装置部分とは別に製造するが、組み立 て時に電気的に接続する必要はない。従って、装置の感度範囲は必要ならば変更 でき、これはアンテナ板を異なるパッチ列パターンをもつものに交換すれば簡単 に実行できる。これは、ホーンを深くシ、その形を変更し、放射パターンを調節 する必要がある導波管形装置に比較した場合、かなりの利点である。 要　約　書 ドツプラー周波数ノフトにより移動する人物や物体を検出する装置。この装置は 発信器及びミキサーを組込んだマイクロ波回路板（１）、及び送信（８）／受信 （７）パッチ列を備えたアンテナ板（２）で構成する。装置の組立て状態では、 回路板（１）及び（２）は密着固定状態にある。マイクロ波板（１）のグラウン ド−プレーン（４）に設けた、発信器基本周波数で共振する２つのスロッ１−（ ５，６）によりマイクロ回路板とアンテナ列を結合する。、２つの回路板上にス ロット（５，６）に直交し、かつこれらを間に介在させるフィードストリップラ イン（９，１０，１，７，１９）を設ける。このストリップライン／スロット構 成が発信器第２１！ｊ４波周波数における放出を抑制する。 国際調査報告 、、、、、＝、、−、−ＰＣＴ／ＧＢ　９１１０２０９９

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．ドップラー周波数シフトにようて移動体を検出する移動体検出装置において 、マイクロ波回路板１、アンテナ回路板２及びグラウンド・プレーン層４からな り、グラウンド・プレーン層を介在させた状態で該回路板を重ね、該マイクロ波 回路板を発信器１２及びミキサー１４から構成し、該アンテナ回路板を送受信ア ンテナ８、７から構成し、各アンテナの各フィードストリップライン１０、９を 該マイクロ波回路板の対応するストリップライン１７、１９に実質的に重ね、各 アンテナ７、８につきグラウンド・プレーンに各スロット５、６を設けて、該マ イクロ回路板と該アンテナを連結し、該スロットを該発信器の基本周波数で発振 させるとともに、該フィードストリップライン９、１０及び該対応ストリップラ イン１９、１７を該スロット５、６の共振次元に直交させ、かつ該スロットを越 えて延長させた上記移動体検出装置。
2. ２．該フィードストリップライン及び対応フィードストリップラインの少なくと も一つ１７、１９を該スロットに平行なクロスバーストリップ２２からなるＴ形 部分まで延長させた請求１に記載の移動体検出装置。
3. ３．Ｔ形部分２２までマイクロ波回路板のストリップライン１７、１９を延長さ せる場合には、さらに該スロットに平行で、かつ該Ｔ形部分に対して該スロット の両側にクロスバーストリップ２３を設けた請求の範囲２項に記載の移動体検出 装置。
4. ４．一対の直列に接続したダイオード３１で該ミキサー１４を構成し、該ダイオ ードの共通接続点で該ミキサーの第１入力を構成し、そしてストリップライン部 分２７で高域キャパシタンス手段２８を介して該ダイオード３１の他端を接続し 、該ミキサーの第２入力を第２入力を介して該２つのダイオード３１に加える信 号間に直角位相差を導入するようにストリップライン２７上の点Ｙに設定し、該 ２つのミキサーの入力をそれぞれ該発信器１２及び受信アンテナ７に接続し、動 作時に、周波数は同じであるが、位相が異なるキャパシタンス手段２８の端子に おいて該ミキサーが２つのドップラー出力３２、３３を出力し、該２つの出力の 位相関係により検出された移動体を示すようにした請求の範囲１〜３項のいずれ か１項に記載の移動体検出装置。
5. ５．該ミキサーの第１入力は発信器１２に接続１８し、かつ該ミキサーの第２入 力は受信アンテナ７に関連するマイクロ波回路板上のストリップライン１９に連 結した請求の範囲第４項に記載の移動体検出装置。
6. ６．各アンテナはアンテナ回路板上のフィードストリップライン９，１０の接続 したパッチ要素列７、８から構成した請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記 載の移動体検出装置。
7. ７．該グランドプレーン層４はマイクロ波回路板１により支持した請求の範囲第 １〜６項のいずれか１項に記載の移動体検出装置。
8. ８．ドップラー周波数シフトにより対象移動体を検出するために使用するマイク ロ波ミキサーであって、直列に接続した一対のダイオード３１と該ミキサーの第 １入力を構成するダイオードの共通接続点と、高域キャパシタンス手段２８を介 してダイオード３１の他端を接続するストリップライン部分２７とからなり、該 ストリップリライン２７上の所定の点Ｙにおいて該ミキサーの第２入力を介して 該２つのダイオードに加える信号間に直角位相差を導入するように該ストリップ ライン部分２７の長さＸ−Ｙを設定し、使用時に該２つのミキサーの入力をそれ ぞれ送信マイクロ波信号のサンプル及び移動対象体のからの送信信号の受信エコ ーに接続し３２、３３、動作時に、周波数は同じであるが、位相が異なるキャパ シタンス手段２８の端子において該ミキサーが２つのドップラー出力を出力し、 該２つの出力の位相関係により検出された移動体を示すようにしたマイクロ波ミ キサー。
9. ９．該キャパシタンス手段がインターディジタル構造ブレークである請求の範囲 っだい８項に記載のマイクロ波ミキサー。