WO2006035881A1

WO2006035881A1 - マイクロストリップアンテナ及びマイクロストリップアンテナを用いた高周波センサ

Info

Publication number: WO2006035881A1
Application number: PCT/JP2005/017970
Authority: WO
Inventors: Kensuke Murata; Hiroshi Tsuboi; Kengo Iwata; Tomoyuki Abe
Original assignee: Toto Ltd.
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-04-06
Also published as: CN101032054A; EP1804335A1; EP1804335A4; KR100880598B1; KR20070051928A; JP2008312263A; JP4560806B2; TW200627713A; US7773035B2; CN101032054B; US20080088510A1; TWI273743B

Abstract

　簡単な構成で電波ビームの放射方向が可変なマイクロストリップアンテナが開示される。マイクロストリップアンテナは、基板１の前面上に配置された給電素子１０２と無給電素子１０４、１０６を有する。給電素子１０２にはマイクロ波電力が印加される。無給電素子１０４、１０６はそれぞれ、基板１内を通るスルーホール式の制御線を通じて基板１の背面上に設けられたスイッチにそれぞれ接続される。それらスイッチの個別の操作により、無給電素子１０４、１０６は個別に接地状態又はフロート状態に切り替えられる。どの無給電素子１０４、１０６を接地しまたフロート状態にするかを選択することにより、マイクロストリップアンテナからの放射される電波ビームの方向が切り替わる。給電素子１０２には波長よりも極端に短い給電線１０８を介しマイクロ波信号源１１４を接続できるため伝送損失が少なく効率に優れる。

Description

明細書

センサ

技術分野

[0001] 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力も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。

背景技術

[0002] 従来より、基板の表面と裏面にそれぞれアンテナ電極とアース電極を配置し、アンテナ電極とアース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、ァンテナ電極力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力も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、特開平 7— 12843 5号 (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、高周波スィ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、例えば、特開平 9— 214238号 (特許文献 2)に記載のものは、統合的な電波ビームの放射方向の異なるアンテナ電極を複数個配置し、高周波スィッチによって、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放射方向を変化させる。また、特開 20 03— 142919号 (特許文献 3)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、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、スィッチを介して給電端子に接続 ·開放可能になっており、スィ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つている。

[0003] マイクロストリップアンテナ力発信される電波を用いた物体検知装置が知られて!/ヽる。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力も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、 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力も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。

[0004] 特許文献 1 :特開平 7— 128435号公報

特許文献 2：特開平 9 - 214238号公報

特許文献 3 :特開 2003— 142919号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 上記 3つの特許公報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、マイクロ波信号を伝送する給電線路の途中に、マイクロ波信号の通過と遮断が選択可能で、且つ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ィッチを接続して、スイッチングを行なう必要がある。し力しながら、周波数が高くなるほど給電線路と高周波スィッチの特性や接続状態のばらつき (例えば、基板の比率誘電率、高周波スィッチの性能、給電線路パターンのエッチング精度、及びスィッチの搭載位置等のばらつき）がアンテナ性能に大きく影響する。接続状態が悪いと高周波スィッチの接続部にてマイクロ波信号の反射量が増大して、高周波スィッチを通過しアンテナへ供給される電力量が減少したり、位相量が変化して所望の方向へ電波ビームを放射することができなくなる。

[0006] また、特開平 7— 128435号ゃ特開平 9— 214238号に記載のアンテナの場合、位相を変化させるために給電線路の一部を分岐させ、その両端に高周波スィッチを接続して、スイッチングを行なう必要がある。そのため、電波ビームの放射方向を変化させるには、少なくとも 2個以上の高周波スィッチが必要である。さらに、分岐させた給電線路の長さや形状が伝送損失の増加に寄与するため、効率の低下は避けられない。また、使用される部品数や給電線路形状のために、基板サイズの小型化や製造の低コストィ匕には不向きである。

[0007] 特開 2003— 142919号に記載された複数の給電素子同士が対向して配置されたアンテナの場合、水平方向と垂直方向とに配置された給電素子の励振方向が異なるため、 90度間隔でしか電波ビームの放射方向を変えることができない。また、電波ビームの放射方向は給電する素子を選択することにより決定されるが、その放射角度は一定である。

[0008] 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、簡単な構成で電波ビームの放射方向を可変とすることにある。

課題を解決するための手段

[0009] 本発明に従うマイクロストリップアンテナは、基板と、前記基板の前面上に配置された給電素子と、前記基板の前面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配置された無給電素子と、前記無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段とを備える。

[0010] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、前記接地手段は、アース電極と、前記無給電素子を前記アース電極に接続しまた切り離すスィッチとを有する。このスィッチとして、上記無給電素子と上記アース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つて離れ、 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ィッチを用いることができる。或いは、上記スィッチとして、上記無給電素子と上記アース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ツ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ィッチとして、 MEMSスィツチを用いることができる。

[0011] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、無給電素子が、給電素子から励振方向へ所定の素子間スペースだけ離れて配置され、そして、給電素子の共振周波数における電波の空気中での波長をえとしたとき、上記素子間スペースが λ /4〜 λ /30である。

[0012] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、無給電素子が、給電素子から励振方向に垂直な方向へ所定の素子間スペースだけ離れて配置され、そして、上記素子間スペースが λ Ζ4〜 λ Ζ9である。

[0013] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記給電素子とともに直線状に並ぶようにして前記給電素子の一側に配列された複数の前記無給電素子と、複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有し、複数の前記無給電素子の前記素子間スペースがそれぞれ異なっている。

[0014] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記給電素子の異なる側にそれぞれ配置された複数の前記無給電素子と、複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有する。

[0015] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記給電素子とともに直線状に並ぶようにして前記給電素子の両側に配列された複数の前記無給電素子と、複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有し、前記給電素子の一側に配置された前記無給電素子と、他側に配置された前記無給電素子の電子ビームに対する影響力 Sバランスするように、前記無給電素子のそれぞれのサィズ又は前記素子間スペースが異なって!/、る。

[0016] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記給電素子と前記無給電素子の表面を含む前記基板の前面を被覆する誘電体層をさらに有する。

[0017] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、隣接し合う前記給電素子と別の前記給電素子の対向する端面、又は隣接し合う前記給電素子と前記無給電素子の対向する端面、又は隣接し合う前記無給電素子と別の前記無給電素子の対向する端面、を被覆する誘電体マスクをさらに有する。

[0018] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記基板の前面上に、前記給電素子と前記無給電素子とのセットからなるサブアンテナを複数有し、複数の前記サブアンテナの境界に相当する前記基板の部分にスリットを有する。

[0019] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記基板の前面上に、前記給電素子と前記無給電素子とのセットからなるサブアンテナを複数有し、複数の前記サブアンテナの境界に相当する前記基板の部分に、常に一定電位に維持されたシールド体を有する。

[0020] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、前記無給電素子が複数の箇所にて接地できるようになって、る。

[0021] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、無給電素子が、給電素子に対して、給電素子の励振方向に斜めな方向に配置されて!、る。

[0022] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、基板の前面上に、給電素子と無給電素子とのセットからそれぞれなる第 1の種類の 1以上のサブアンテナと第 2 の種類の 1以上のサブアンテナとを有し、第 1と第 2の種類のサブアンテナは、無給電素子の給電素子に対する位置関係において相違する。例えば、第 1の種類のサブアンテナでは、無給電素子が給電素子に対し、励振方向に斜めな方向に配置され、他方、第 2の種類のサブアンテナでは、無給電素子が給電素子に対し、励振方向に平行又は垂直な方向に配置される。そして、第 1と第 2の種類のサブアンテナが相補的な位置に配置される。

[0023] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、無給電素子が、フロート状態であるときの励振方向に直交する 1以上の外縁の中央部近傍の位置に、常に接地される常時接地点を有する。

[0024] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、給電素子が、それを異なる方向に励振するための複数の給電点と、その複数の給電点による励振のうちのいずれかを選択的に有効とし他を実質的に無効にするために選択的に接地される複数の接地点とを有する。

[0025] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、基板上に、複数の給電素子が、それらの間に無給電素子をおくことなく隣接して配置され、それら複数の給電素子を二次元的に囲むようにして複数の無給電素子が配置される。

[0026]

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、基板上に、複数の給電素子が、それらの間に無給電素子をおくことなく隣接して配置される。そして、それら複数の給電素子の少なくとも一つの所定点を接地する力フロート状態にするかが切り替え可能となっている。

[0027] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、給電素子および無給電素子の正面に誘電体レンズが配置される。

[0028] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、接地手段は、無給電素子から高周波をグランドレベルへ逃がすための開閉可能な線路を有し、その線路の長さが、その高周波の波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数）になっている。別の実施形態ではその線路が開放状態にあるときのその線路の無給電素子に接続された部分の流さが、上記波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数）になっている。

[0029] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、上記線路の長さ力高周波の波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数）とそうではない長さとの間で選択可會こなっている。

[0030] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、前記線路が、インピーダンスを調整するための手段 (例えば、線路に接続されたスタブ、或は、線路の表面をカバーする誘電体層など）を有する。

[0031] 一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、給電素子上の n次高調波

(nは 2以上の整数)の電流振幅値が最小となる箇所またはその近傍で、かつ基本波の電流振幅値が最大となる箇所またはその近傍の領域中の所定点が、接地されるようになつている。

[0032] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナは、接地手段を制御する制御回路を有するほぼ平板状の第 1回路ユニットと、給電素子に印加されることになる高周波電力を発生する高周波発振回路を有するほぼ平板状の第 2回路ユニットとを更に備え、第 1及び第 2回路ユニットが、基板の背面上に積層された形で一体的に結合されている。

[0033] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、上記基板と上記第 1回路ユニットとの間、及び Z又は、上記第 1回路ユニットと上記第 2回路ユニットとの間に、ほぼ平板状のスぺーサが介装されている。そして、基板と第 1及び第 2回路ユニットとスぺーサとが積層された形で一体的に結合されている。

[0034] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、第 2回路ユニット上の高周波発振回路力基板上の給電素子へと給電ラインが延びて、る。給電ラインは、上記スぺーサの内側を通って、て、スぺーサにより包囲されて、る。

[0035] 一つの実施形態に力かるマイクロストリップアンテナでは、第 1及び第 2回路ユニット力それらの回路ユニットの間に挟まれた同一のアース電極を共有している。

[0036] 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、基板と、前記基板の前面上に配置され、第 1共振周波数帯域にて共振する給電素子と、前記給電素子の周囲を囲むように配置され、第 2共振周波数帯域にて共振するループ状素子と、前記基板の前面上に、前記ループ状素子または前記給電素子力所定の素子間スペースだけ離れて配置された第 1共振周波数帯域にて共振する第 1無給電素子と、前記基板の前面上に、前記ループ状素子または前記給電素子力所定の素子間スペースだけ離れて配置された第 2共振周波数帯域にて共振する第 2無給電素子と、前記第 1 無給電素子および前記第 2無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段とを備える。

[0037] 本発明のまた別の側面に従う、マイクロストリップアンテナを用いた高周波センサは、そのマイクロストリップアンテナが、基板と、前記基板の前面上に配置された給電素子と、前記基板の前面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配置された無給電素子と、前記無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段とを備える。

発明の効果

[0038] 本発明によれば、マイクロストリップアンテナにお、て、簡単な構成で電波ビームの放射方向を可変できる。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]本発明の一実施形態に従うマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 2]図 1の A-A断面図。

[図 3]スィッチ 120、 124の操作による電波ビームの放射方向が変化する様子を示す図。

[図 4]電波ビームの放射方向が変わる原理を説明するための、給電素子と無給電素子に流れるマイクロ波電流の波形を示す図。

[図 5]素子間スペース Sと位相差 Δ Θとの関係の一例を示す図。

[図 6]位相差 Δ Θと電波ビームの放射角度との関係の一例を示す図。

[図 7]無給電素子の接地点の励振方向での位置と電波ビームの放射角度との関係の一例を示す図。

[図 8]接地点の位置が中心力も 0. 25Lより大きい場合において、無給電素子の中心に対して励振方向とは垂直方向に接地点を移動させた場合の放射角度の関係の一例を示す図。

[図 9]本発明の第 2の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 10]本発明の第 3の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 11]図 10に示したマイクロストリップアンテナにおいて、スィッチ操作により電波ビームの放射角度が変化する様子を示す図。

[図 12]第 3実施形態の変形例を示す平面図。

[図 13]本発明の第 4の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 14]図 13に示すマイクロストリップアンテナにおいて、スィッチ操作により電波ビームの放射方向が変化する様子を示す図。

[図 15]第 4実施形態の変形例を示す平面図。 [図 16]第 4実施形態の別の変形例を示す平面図。

[図 17]本発明の第 5の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 18]図 17に示すマイクロストリップアンテナにお、て、各無給電素子の有効 Z無効を切り替えることによる電波ビームの放射角度の変化の様子を示す図。

[図 19]本発明の第 6の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。

[図 20]本発明の第 7の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 21]第 7実施形態の変形例の平面図と断面図。

[図 22]第 7実施形態の別の変形例の平面図と断面図。

[図 23]第 7実施形態のまた別の変形例の平面図と断面図。

[図 24]本発明の第 8の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。

[図 25]本発明の第 9の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。

[図 26]本発明の第 10の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 27]第 10実施形態における給電素子と無給電素子に流れるマイクロ波電流の波形を示す図。

[図 28]図 26に示すマイクロストリップアンテナにお、て電波ビームの放射方向が変化する様子を示す。

圆 29]本発明に従うマイクリストリップアンテナに適用可能な給電素子と無給電素子のサイズの関係の変形例示す図。

圆 30]無給電素子の配置に関する変形例を示す平面図。

[図 31]給電素子に関する変形例を示す平面図。

[図 32]本発明の第 11の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 33]本発明の第 12の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 34]本発明の第 13の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 35]第 1, 11, 12及び 13の実施形態における電波の傾き具合を対比して示す図。

[図 36]給電素子と無給電素子の幅の関係についての 2つの変形例を示す平面図。 [図 37]図 36A,Bに示した 2つの変形例における電波の傾き具合を対比して示す図。

[図 38]図 36Bに示した 2つの変形例における無給電素子の幅と電波の傾き具合及び強度の関係を示す図。

[図 39]本発明の第 14の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図及び断面図。

[図 40]第 14実施形態において、スィッチ 322がオフのときとオンのときの給電素子と無給電素子に流れる電流の波形を示した図。

[図 41]本発明の第 15の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。圆 42]第 15実施形態における無給電素子の個数が増えると電波ビームがより狭く絞られる様子を示す平面図。

[図 43]図 43Aは電波ビームの傾きを制御する用途に適した MEMSスィッチの OFF 状態を示す断面図、図 43Bは同 MEMSスィッチの ON状態を示す断面図。

[図 44]図 44Aは従来型の MEMSスィッチの電気接点の OFF状態を示す断面図、図 44Bは同電気接点の ON状態を示す断面図。

[図 45]図 45Aは図 43に示された MEMSスィッチの電気接点の OFF状態を示す断面図、図 45Bは同電気接点の ON状態を示す断面図。

[図 46]図 46Aは電波ビームの傾きを制御する用途に適したスィッチの変形例の電気接点の OFF状態を示す断面図、図 46Bは同電気接点の ON状態を示す断面図。

[図 47]本発明の第 16の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 48]本発明の第 17の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 49]図 48の A-A断面図。

[図 50]本発明の第 18の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 51]本発明の第 19の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 52]図 52の A-A断面図。

圆 53]本発明のマイクロストリップアンテで採用可能な給電素子の変形例を示す平面図。

[図 54]図 53に示した給電素子を有するマイクロストリップアンテナに好適な用途の一つを示す側面図。 [図 55]図 54に示した物体センサ 22の励振方向が横方向であるときの検知特性を示す平面図。

[図 56]図 54に示した物体センサ 22の励振方向が縦方向であるときの検知特性を示す平面図。

[図 57]本発明の第 20の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図。

[図 58]第 20実施形態の変形例の平面図。

圆 59]第 20実施形態の別の変形例の平面図。

圆 60]第 20実施形態のまた別の変形例の平面図。

圆 61]第 20実施形態のさらにまた別の変形例の平面図。

[図 62]本発明の第 21の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図。

[図 63]本発明の第 22の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図。

[図 64]第 22実施形態において、無給電素子 610からアース電極 614までの線路の長さ Tと、スィッチ 616がオン状態のときの無給電素子 610に流れる電流量との関係を示す図。

[図 65]第 22の実施形態の変形例の裏面の平面図。

[図 66]図 65に示したアンテナにおける、線路長 Tの変化と無給電素子に流れる電流の変化を示す。

[図 67]図 65に示したアンテナにおける、スィッチ 616の操作によって得られる電波ビームの放射方向に変化を示す。

[図 68]本発明の第 23の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図。

[図 69]図 68の A-A線に沿った断面図を示す。

[図 70]スプリアス低減のための接地点 648が配置されるべき好ましい領域の例を示す給電素子 640の平面図。

[図 71]本発明の第 24の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図（1つの無給電素子 610に対応する部分のみ抜粋)。

[図 72]図 72Aと図 72Aは、それぞれ、図 71と図 63に示すアンテナにおける、スィッチ 616のオン Zオフ切り替えによる無給電素子 610の接地点 610Aでのインピーダンス Zの変化とアンテナカゝら放射される電波の方向とを示す図。 [図 73]本発明に従うマイクロストリップアンテナに適用することができる、無給電素子 6 10に関わるインピーダンスを調整するための方法を示す、アンテナの裏面の平面図 (1つの無給電素子 610に対応する部分のみ抜粋)。

[図 74]本発明の第 24の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図。

[図 75]第 24の実施形態の分解図。

[図 76]第 24の実施形態におけるスぺーサ 688、 682の平面図。

[図 77]図 76に示したスぺーサ 688、 682の変形例の平面図。

[図 78]第 24の実施形態におけるアナログ回路ユニット 606の背面図。

[図 79]第 24の実施形態の変形例の断面。

[図 80]図 80A〜図 80Cは、本発明のマイクロストリップアンテナに適用可能な誘電体レンズのバリエーションの斜視図。

[図 81]図 81Aと図 81Bは、本発明の第 25の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。

[図 82]第 25の実施形態の変形例の平面図。

符号の説明

100 基板

102、 202、 560、 570 給電素子

108 給電線 (スルーホール）

104、 106、 130、 132、 140、 142、 150、 152, 160、 162、 154、 166、 180、 20 4、 240、 242、 562、 564、 566、 572、 574、 576、 590、 592、 594、 596 無給電素子

110、 112、 134、 136、 144、 146、 154、 156 制御線 (スルーホール;）

114 マイクロ波信号源

116 アース電極

118、 122 接地線

120、 124、 SW1〜SW4 スィッチ

190 誘電体層

206、 208、 210、 212、 214, 216 誘電体マスク 230、 232、 234、 236 スリット

250 シールド体

300 誘電体層

302 誘電体層のスリット（凹部）

304 誘電体層の凸部

320 スノレーホ一ノレ

322 スィッチ

324 接地線

602 誘電体レンズ

616 MEMSスィッチまたは半導体スィッチ

648 接地点

発明を実施するための最良の形態

[0041] 図 1は、本発明の一実施形態に従うマイクロストリップアンテナの平面図である。図 2 は、図 1の A-A断面図である。

[0042] 図 1に示すように、電気絶縁材料 (例えば絶縁性合成樹脂)製の平らな基板 100の前面上に、いずれも矩形の導電体薄膜である 3つのアンテナ素子が 104、 102、 106 がー直線上に並んで配置される。中央のアンテナ素子 102は、マイクロ波信号源から直接的に（つまり、電線を通じて)マイクロ波電力の給電を受ける給電素子である。給電素子 102の両側の 2つのアンテナ素子 104、 106は、直接的な給電は受けない無給電素子である。給電素子 102の励振方向は図中の上下方向であり、 3つのアンテナ素子 104、 102、 106の配列方向は励振方向と直交する方向である。この実施形態では、一例として、左右の無給電素子 104と 106は、中央の給電素子 102について線対象の位置、すなわち、給電素子 102から等距離の位置に配置されており、寸法も同じである。無給電素子 104、 106の寸法は、給電素子 102のそれとほぼ同じとすることができるが、違えることもできる (励振方向の長さは、使用するマイクロ波の波長に応じて最適な値があるので、アレンジできる範囲には狭いが、励振方向に直交する方向の幅は、より広い範囲でアレンジできる）。

[0043] 給電素子 102の背面の所定箇所 (以下、給電点という）に給電線 108の一端が接続されている。図 2に示すように、給電線 108は、基板 100を貫通する導電線 (以下、このような導電線を「スルーホール」という）であり、給電線 108の他端は、基板 100の背面上に配置されたワンチップ ICであるマイクロ波信号源 114のマイクロ波出力端子に接続されている。給電素子 102は、マイクロ波信号源 114から出力される特定周波数（例えば、 10. 525GHz, 24. 15GHz、または 76GHzなど）のマイクロ波電力を上記給電点にて受けて励振される。

[0044] 図 2に示すように、基板 100は多層基板であって、その内部には一つの層として、薄膜状のアース電極 116が、基板 100の全平面範囲にわたって形成されている。ァース電極 116は、高周波信号源 114のグランド端子に、スルーホールである接地線 1 15を通じて接続されている。

[0045] 図 1及び図 2に示すように、無給電素子 104、 106のそれぞれの背面の所定箇所（以下、接地点という）にも、スルーホールである制御線 110、 112の一端がそれぞれ接続されている。制御線 110、 112の他端は、基板 100の背面上に配置されたワンチップ ICであるスィッチ 120、 124の一側端子にそれぞれ接続されている。スィッチ 1 20、 124の他側端子は、スルーホールである接地線 118、 122をそれぞれ介して、ァース電極 116に接続されている。スィッチ 120、 124は個別にオン'オフ操作され得る。左側のスィッチ 120のオン Zオフ操作により、左側の無給電素子 104がアース電極 116に接続される力、フロート状態になるかが切り替えられる。右側のスィッチ 124のオン Zオフ操作により、右側の無給電素子 106がアース電極 116に接続される力、フロート状態になるかが切り替えられる。

[0046] スィッチ 120、 124には、好ましくは高周波スィッチが使用される力使用マイクロ波周波数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ている必要は特になぐ高周波信号を遮断するスィッチの OFF性能 (アイソレーション）が良好であれば良い。

[0047] 図 1に示すように、給電素子 102の給電点の位置は、一例として、給電素子 102の励振方向（上下方向）において、使用マイクロ波の基板 100上での波長え gに応じた最適アンテナ長（ほぼ λ g/2)だけ給電素子 102の下側エッジ (又は上側エッジ)から上側 (又は下側）に離れた位置であって、励振方向（図中上下方向）と直交する方向（図中左右方向）において、給電素子 102の中央位置に選ばれている。一方、無給電素子 104、 106の各々の接地点の位置は、一例として、上記励振方向（図中上下方向）において、各無給電素子 104、 106の中央を中心とした幅 LZ2の範囲より外側の位置であって、上記直交方向（図中左右方向）において、各無給電素子 104 、 106の中央の位置に選ばれている。ここで、 Lは、各無給電素子 104、 106の励振方向の長さである。

[0048] 以上の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、スィッチ 120、 124を操作して無給電素子 104、 106のどれをアース電極 116に接続 (接地）するかを切り替えることにより、このマイクロストリップアンテナから出力される電波ビームの放射方向が複数方向に切り替わる。給電素子 102と無給電素子 104、 106との位置関係で放射方向が決定されるため、波長よりも極端に短い給電線 108を介し給電素子 102 とマイクロ波信号源 114を接続することが可能であり、よって、伝送損失が少なく効率が良い。また、制御線に接続されるスィッチが 1つで電波ビームの放射方向を変化させることができるため、このマイクロストリップアンテナは基板サイズの小型化や製造の低コストィ匕に適して、る。

[0049] 図 3は、スィッチ 120、 124の操作による電波ビームの放射方向が変化する様子を示す。

[0050] 図 3において、楕円は放射される電波ビームを模式的に示し、横軸に示す角度は基板 100に垂直な方向に対する電波ビームの放射方向の角度 (放射角度）を指し、プラスの角度は放射方向が図 1の右側へ傾!、ていることを、マイナスの角度は左側に傾いていることを意味する。

[0051] 図 3に示すように、両方のスィッチ 120、 124がオンである（つまり、両方の無給電素子 104、 106が接地されている）場合、電波ビームは点線で示すように、基板 100に垂直な方向に放射される。両方のスィッチ 120、 124がオフである（つまり、両方の無給電素子 104、 106が接地されていない）場合にも、電波ビームは、一点鎖線で示すように、基板 100に垂直な方向に放射される。

[0052] 左側スィッチ 120がオンで右側スィッチ 124がオフである（つまり、左側の無給電素子 104だけが接地されている）場合、電波ビームは破線で示すように、左側（条件によっては右側）〖こ傾いた方向へ放射される。他方、左側スィッチ 120がオフで右側スイッチ 124がオンである（つまり、右側の無給電素子 104だけが接地されている）場合、電波ビームは別の破線で示すように、上記とは逆側つまり右側（条件によっては左側）に傾いた方向に放射される。

[0053] このように、接地される無給電素子 104、 106を選択することにより、電波ビームの放射方向が変わる。

[0054] 図 4は、電波ビームの放射方向が変わる原理を説明するための、給電素子と無給電素子に流れるマイクロ波電流の波形を示す図である。この原理は、図 1に示した実施形態だけでなぐ本発明の他の実施形態にも共通に適用されるものである。

[0055] 図 4にお、て、実線の曲線は、給電素子に流れるマイクロ波電流の波形を示して!/ヽる。破線の曲線は、無給電素子がフロート状である場合に無給電素子に流れるマイク口波電流の波形を示している。両電流波形間には、或る位相差 Δ Θが存在する。この位相差のために、給電素子と無給電素子のマイクロ波電流の作用で形成される電波ビームの放射方向が、基板に垂直な方向から、位相の遅れている素子の方に傾くことになる。その傾き角度 (放射角度）は、位相差 Δ Θによって変わる。

[0056] 図 4に示した例では、無給電素子のマイクロ波電流 (破線）は、給電素子のマイクロ波電流（実線)よりも、位相差 Δ Θだけ遅れている。ただし、この遅れ位相差 Δ Θは 1 80度より大きいので、むしろ実質的には、 360度から Δ Θを差し引いた位相差分だけ進んでいることになる。換言すれば、 360度から Δ Θを差し引いた位相差分だけ、給電素子の方が位相が遅れている。よって、トータルの電波ビームの放射方向は、基板に垂直な方向から、位相の遅れている給電素子の方へ傾くことになる。また、条件によっては、上記の遅; ^立相差 Δ Θが更に大きくなり 360度を超えることがある。この場合には、実質的に Δ Θ力も 360度を差し引いた位相差分だけ、無給電素子の方が位相が遅れることになるから、電波ビームの放射方向は、無給電素子の方へ傾くことになる。

[0057] 図 4にお、て、点線の曲線は、無給電素子が接地されて!、る場合に無給電素子に流れるマイクロ波電流の波形を示している。図示のように、接地された無給電素子に流れるマイクロ波電流の値は非常に小さい。すなわち、無給電素子が接地されることで、無給電素子は、大雑把にいって、実質的に無きに等しい状態にされる（以下、「無効」にされるという）。その結果、電波ビームは、無給電素子の影響を僅かにしか受けないことになり、上述した位相差 Δ Θに起因する傾きがほとんど無くなる。よって、無給電素子をフロート状態にするか接地するかを切り替えることより、上述した位相差 Δ Θに起因する放射方向の傾きが生じるかほとんど無くなるかが切り替えられる。

[0058] 以上の原理により、図 3に説明したような電波ビームの放射方向の変化が生じるのである。

[0059] 上述した給電素子と無給電素子の間のマイクロ波電流の位相差 Δ Θは、種々の要因によって決まるが、その一つの要因として、図 1に示すような給電素子と無給電素子の間のスペースの長さ（素子間スペース） Sがある。

[0060] 図 5は、発明者らが行ったコンピュータシミュレーションの結果に基づぐ素子間スペース Sと位相差 Δ Θとの関係の一例を示す。図 5に示した例は、図 1に示した実施形態に力かる一つの具体的な設計例における素子間スペース Sと位相差 Δ Θ (無給電素子の給電素子に対する遅; 立相差)との関係を例示するものである。

[0061] 図 5に示すように、素子間スペース Sを 0から拡大していった場合、素子間スペース S 力 λ g ( λ gは、マイクロ波の基板上で波長）に達するまで、素子間スペース Sにほぼ比例して、位相差 Δ Θ (無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差)が 180度から 360度まで増えていく。これは、実質的には、無給電素子の方が給電素子よりも、 36 0度から Δ Θを差し引いた値だけ位相が進んでいることを意味する。その進み位相差 (360— Δ 0 )は、素子間スペース Sの拡大に伴って 180度から 0度まで減っていく。

[0062] 他方、素子間スペース Sが 2 λ gを超えると、無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差 Δ Θは 360度を超える。ただし、図 5では、 Δ Θ力も 360を差し引いた位相差 ( Δ Θ—360)が示されている。図 5に示された位相差（Δ Θ—360)だけ、無給電素子の方が給電素子よりも位相が遅れている。

[0063] 図 6は、図 5の場合と同じ具体的な設計例における、発明者らが行ったコンピュータシミュレーションの結果に基づぐ位相差 Δ Θ (無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差)と、無給電素子がフロート状態 (有効)であるときの電波ビームの放射角度（基板に垂直な方向からの傾き角度）との関係を例示する。図 6において、放射角度のマイナスは、給電素子を中心にして無給電素子は逆の側へ電波ビームが傾いていることを意味する。

[0064] 図 6に示すように、位相差 Δ Θ (無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差）が 1 80度から 360度まで増えていく（実質的には、無給電素子の給電素子に対する進み位相差が 180度力も 0度まで減っていく）と、これにほぼ比例して、放射角度はマイナス (無給電素子とは逆側へ電波ビームが傾く）の範囲で約 30度力 0度まで変化することが分かる。また、位相差 Δ Θが 360度を超えた場合（図 6中では、 180度未満の範囲に示されている）では、放射角度はプラスになる、つまり、電波ビームは無給電素子の側へ傾く。

[0065] 図 5と図 6より、素子間スペース Sによって、電波ビームが無給電素子の側へ傾くか逆側に傾くか、および、その放射角度の大きさが変化することがわかる。例えば、素子間スペース Sが 0から 2 λ gの範囲内では、電波ビームは無給電素子とは逆側へ傾き、素子間スペース Sが 2 λ gを超えると無給電素子の方へ傾く。

[0066] 以上の説明から分かるように、給電素子と無給電素子との間の素子間スペース Sを選ぶことで、無給電素子を接地するカロートにする力 (つまり、無給電素子を実質的に無効にするか有効にする力の切り替えによる電波ビームの放射角度の変化量を選定することができる。

[0067] 無給電素子の有効 Z無効の切り替えによる放射角度の変化量 (つまり、無給電素子が有効であるときの放射角度）は、また、無給電素子における接地点 (スルーホールの位置）によっても異なる。

[0068] 図 7は、図 5、 6の場合と同じ具体的な設計例における、無給電素子上の接地点の位置と、無給電素子が有効であるときの放射角度 (基板に垂直な方向からの傾き角度)との関係を例示する。図 7に示す接地点の位置とは、励振方向（図 1に示す長さ L の方向）における位置を意味する'図 1に示した無給電素子の励振方向の長さ Lの倍数で表してある)。図 7に示すどの位置も、励振方向に直交する方向では無給電素子の中心にある。また、 Lは、図 1に示した無給電素子の励振方向の長さ Lの倍数で示してある。

[0069] 図 7に示すように、接地点の位置力無給電素子の中心力 0. 25Lより小さい（図 1 に示した LZ2の範囲内にある）ときは、放射角度は最大値になる場合がある。しかし、接地点の位置が僅かに変化するだけで、放射角度は大きく変化し、安定的でない。他方、接地点の位置が中心力 0. 25Lより大きい（図 1に示した LZ2の範囲外にある）ときは、放射角度は一定値に安定する。従って、この安定範囲に接地点の位置を置くことがアンテナの設計を容易にする。因みに、前述した図 5、 6に示した例は、接地点を上記安定範囲に配置した場合のものである。

[0070] 図 8は、接地点の位置が中心から 0. 25Lより大きい場合において、無給電素子の中心に対して励振方向とは垂直方向に接地点を移動させた場合の放射角度の関係を例示する。図 8に示すように、無給電素子の励振方向とは垂直方向の長さを Wとすれば、 ±0. 1Wの範囲で接地点を設けることで、上端（図中実線グラフ)または下端（破線グラフ）のいずれかに接地点を配置しても同様の放射状態を得ることができる。なお、図 8に示した例は、無給電素子の励振方向の長さ Lと、励振方向に垂直な方向の長さ Wとが等し、 (L=W)場合の例である。

[0071] 図 9は、本発明の第 2の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。図 9及び後続の図において、上述した実施形態と実質的に同機能の要素には、同じ参照番号が付されており、以下では重複した説明は省略する。

[0072] 図 9に示すように、給電素子 102の図中上側と下側にそれぞれ無給電素子 130、 1 32が配置されている。すなわち、これら 3つのアンテナ素子 130、 102、 132は、給電素子 102の励振方向（図中上下方向）に一直線上に配列されている。無給電素子 1 30、 132の接地点は、無給電素子 130、 132の励振方向における中央力も 0. 25Lより外側の位置にあり、そこにスルーホールである制御線 134、 136が接続されている。図示してないが、基板 100の背面には、給電素子 102に給電するマイクロ波信号源と、無給電素子 130、 132をそれぞれ接地するカロートにするかを切り替えるスィツチとが設けられている。

[0073] 給電素子 102の給電点（給電線 108)は、給電素子 102の下側エッジの方に偏つた位置にある。 2つの無給電素子 130、 132のうち、給電点力も遠い方にある（つまり、上側の）無給電素子 130の寸法 (特に、励振方向と直交する方向の幅 Wc)は、給電点に近い方にある（つまり、下側の）無給電素子 136の寸法 (特に、励振方向と直交する方向の幅 Wd)よりも大きい。また、前者の給電素子 102に対する素子間スぺース Scは、後者のそれ Sdよりも短い。素子幅 Wcと Wdは、無給電素子 130、 132の電流振幅が同じになるように調整されている。素子間スペース Scと Sdは、無給電素子 1 30、 132の電流位相が同じになるように調整されている。このような調整により、無給電素子 130、 132の電波ビームに及ぼす作用がバランスされる。なお、素子間スぺース Scと Sdが素子の長さの 1. 5倍程度以上に大きく設定されている場合には、無給電素子 130、 132のサイズが同じで素子間スペース Sc、 Sdも同じであっても、無給電素子 130、 132間のバランスがとれる（但し、電波ビームの放射方向の変化幅は例えば 10度程度以下と、うように小さくなる)。

[0074] 上下の無給電素子 130、 132のどれをフロート状態 (有効）にするか、接地 (無効に )するかをスィッチ操作で選択することにより、図 1に示した実施形態の場合と同様な原理により、このマイクロストリップアンテナ力もの電波ビームの放射方向を、基板 10 0に垂直方向、上側に所定角度傾いた方向、及び下側に所定角度傾いた方向に切り替えることができる。

[0075] 図 10は、本発明の第 3の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0076] 図 10に示すマイクロストリップアンテナでは、図 1に示したと同じ構成にカ卩えて、その更に外側の左右端に無給電素子 140、 142が追加されている。これら外側の無給電素子 140、 142にも、それぞれ、スルーホールである制御線 144, 146が接続されている。そして、図示しない基板背面のスィッチの操作により、外側の無給電素子 14 0、 142をそれぞれフロート状態にするか接地するかが切り替えられるようになってヽる。図中、各無給電素子の近傍に示す符号 SW1、 SW2、 SW3、 SW4は、各無給電素子の有効 Z無効を切り替えるためのスィッチの名称 (次の図 11参照）である。

[0077] 図 11は、図 10に示したマイクロストリップアンテナにおいて、スィッチ操作により電波ビームの放射角度が変化する様子を示す。

[0078] 図 11に示すように、内側（つまり、給電素子 102に近い方）の無給電素子 104、 10 6の各々の有効 Z無効を切り替えることで、電波ビームの放射角度を大きい変化幅で右方 Z左方へ切り替えることができる。また、外側（つまり、給電素子 102から遠い方）の無給電素子 140、 142の各々の有効 Z無効を切り替えることで、電波ビームの放射角度を小さい変化幅で右方 Z左方へ切り替えることができる。

[0079] このように、図 10に示したマイクロストリップアンテナでは、給電素子の右側と左側にそれぞれ、複数の無給電素子が直線状に配列されているため、電波ビームの放射方向を、基板垂直方向の右側と左側それぞれの側で、複数段階に細かく変化させることができる。

[0080] 図 12は、上述した第 3実施形態の変形例を示す平面図である。

[0081] 図 12に示すマイクロストリップアンテナでは、図 10に示した構成に加え、更にその外側に無給電素子 140、 142が追加されている。すなわち、給電素子 102の右側と左側の各側に、 3つの無給電素子が直線上に配列されている。それら 6つの無給電素子 104, 106、 140、 142、 150、 152の各々有効 Z無効の切り替えを行うためのスィッチについては、既に説明した実施形態の各無給電素子のそれと同様である。スルーホール 108、 110、 112、 144、 146、 154、 156の位置は、基板背面でのマイクロ波信号源とスィッチの配置を容易にするために、千鳥配置になっている。

[0082] 右側の無給電素子 106、 142、 153と給電素子 102との間の素子間スペース Se、 S f、 Sgは、それぞれの無給電素子 106、 142、 153の有効 Z無効の切り替えにより変化する電波ビームの放射方向の変化幅が、それぞれ異なる所望値 (例えば、 30度、 20度、 10度）になるように調整されている。左側の無給電素子 104、 140、 150についても同様である。この変形例によれば、電波ビームの放射方向の分解能が、図 10 のものより更に細力くなる。

[0083] 図 13は、本発明の第 4の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0084] 図 13のマイクロストリップアンテナでは、図 1に示した構成と同様に給電素子 102の左右（つまり、給電素子 102の励振方向に直交する方向での給電素子 102の両側）に無給電素子 104、 106が配置されるとともに、図 9に示した構成と同様に給電素子 102の上下（つまり、給電素子 102の励振方向に沿った方向での給電素子 102の両側）にも無給電素子 130、 132が配置される。無給電素子 104、 106、 130、 132の有効 Z無効を切り替えるためのスィッチ構成については、前述した実施形態と同様である。図中、各無給電素子の近傍に示す符号 SW1、 SW2、 SW3、 SW4は、各無給電素子の有効 Z無効を切り替えるためのスィッチの名称 (次の図 14参照）である。

[0085] 図 14は、図 13に示すマイクロストリップアンテナにおいて、スィッチ操作により電波ビームの放射方向が変化する様子を示す。図 14において、縦軸は上下方向の傾きを意味し、横軸は左右方向の傾きを意味する。

[0086] 図 14に示すように、上下左右の無給電素子 104、 106、 130、 132から一つのみを選択的に有効にすることで、電波ビームの放射方向を上下左右に傾力せることができる。また、無給電素子 104、 106、 130、 132は給電素子 102により励起され同一方向に励振されるため、左右の無給電素子 104、 106のうちの一つと上下の無給電素子 130、 132—つを選んで有効にすることにより、電波ビームの放射方向を平面視で 45度程度の方向に傾力せることができる。このように有効にされる無給電素子 104 、 106、 130、 132を選択することにより、 45度程度の間隔にて電波ビームの放射方向を変えることができる。また、無給電素子 104、 106と無給電素子 130、 132の形状や位置を調整することにより、電波ビームの放射方向を平面視で 1度〜 89度の方向に傾力せることもできる。

[0087] 図 15は、図 13に示した第 4実施形態の変形例を示す。

[0088] 図 15に示すマイクロストリップアンテナでは、左右の無給電素子 104、 106と給電素子 102との間の素子間スペース Shと、上下の無給電素子 130、 132と給電素子 1 02との間の素子間スペース Siが異なる。このように、左右の素子間スペース Shと上下の素子間スペース Siを調整することで、左右の無給電素子 104、 106の給電素子 102に対する位相差と、上下の無給電素子 130、 132のそれとを調整することができ、それにより、平面視で任意の斜め方向に電波ビームの放射方向を傾斜させることができる。なお、図 13のマイクロストリップアンテナでは、下側の無給電素子 132の接地点 136が、その無給電素子 132の上側（給電素子 102に近い側）の終端縁の近傍に配置されているところ、図 15のマイクロストリップアンテナでは、下側の無給電素子 13 2の接地点 136が、その無給電素子 132の下側 (給電素子 102から遠い側）の終端縁の近傍に配置されている。これは、給電素子 102の給電点 108の裏側に配置される高周波発振回路（電源回路)と、下側の無給電素子 132の接地点 136の裏側に配置されるスィッチとの間に十分距離をとつて、発振回路とスィッチが干渉し合わずに配置できるようにするためである。しかし、発振回路とスィッチの配置に問題がなければ、図 15のマイクロストリップアンテナでも、図 13のマイクロストリップアンテナと同様、下側の無給電素子 132の接地点 136を、上側の終端縁の近傍に配置してもよい。

[0089] 発明者らは、図 15に示すマイクロストリップアンテナの特性を実験により調べた。その結果、共振周波数において電波ビームの放射方向を傾かせるためには、素子間スペース Si及び Shは、ともに λ Ζ2以下であるべきことがわかった。ここで、 λは、共振周波数の電波の空気中で波長である。図 5を参照して既に説明したコンピュータシミユレーシヨンの結果によると、素子間スペース Si及び Shが λ Ζ2より大きくても、電波ビームの放射方向が傾くことが予想される。しかし、この実験によると、素子間スぺース Si及び Shが λ Ζ2より大きいと、共振周波数では電波ビームは殆ど傾かず、共振周波数より高い周波数で傾くことが分力つた。

[0090] さらに、この実験によると、共振周波数での電波ビームの放射方向の傾き角度を大きく得るためには、上下 (励振方向に沿った方向）の素子間スペース Siは、約 λ Ζ4 〜約 λ Ζ30の範囲内であることが望ましぐそのうち特に約 λ Ζ9〜約 λ Ζ30の範囲内が一層望ましぐまた、左右 (励振方向に垂直な方向）の素子間スペース Shは、約 λ Ζ4〜約 λ Ζ9の範囲内であることが望ましぐそのうち特に約 λ Ζ5〜約 λ /9 の範囲内がより望ましいことがわ力つた。例えば、給電素子 102及び無給電素子 104 、 106、 130、 132のそれぞれの寸法が 7. 5mm X 7. 5mmであって、共振周波数が 10. 52GHzである図 15に示す構造のマイクロストリップアンテナの場合、上下の素子間スペース Siは 7. lmm(= Z4)〜0. 95mm (= λ Z30)力子ましく、 3. 17mm (= λ Ζ9)〜0. 95mm( = λ Ζ30)が更に好ましぐまた、左右の素子間スペース S hは、 7. lmm(= Z4)〜3. 17mm(= λ Z9)が好ましぐ 5. 71mm(= λ /5) 〜3. 17mm(= λ Ζ9)が更に好ましい。これらの好ましい範囲は、基板 100の誘電率にはあまり左右されないようである。

[0091] 図 16は、図 13に示した第 4実施形態の別の変形例を示す。

[0092] 図 16に示すマイクロストリップアンテナでは、図 13の構成に加えて、更に、給電素子 102の斜め 45度の方向にも無給電素子 160、 162、 164、 166が配置されている。これにより、平面視での電波ビームの放射方向の分解能が、図 13に示した第 4実施形態よりも更に細力べなる。また、ゲインも向上させることができる。

[0093] 図 17は、本発明の第 5の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0094] 図 17に示すマイクロストリップアンテナでは、給電素子 102の片側（例えば図中右側）に複数の無給電素子 104、 140、 150、 170が直線状に配列されている。無給電素子 104、 140、 150、 170の有効 Z無効を切り替えるための構成は他の実施形態と同様である。図中、各無給電素子の近傍に示す符号 SW1、 SW2、 SW3、 SW4は、各無給電素子の有効 Z無効を切り替えるためのスィッチの名称 (次の図 18参照）である。これらの無給電素子 104、 140、 150、 170のうちの少なとも一つ、例えば最端部に配置された無給電素子 170は、給電素子 102に対する遅; ^立相差 Δ Θ (図 5、 6参照）が 360度以上（実質的には、 0から 180度の範囲内）になるように配置されている（すなわち、図 5、 6に基づけば、素子間スペースが 2 g以上の位置に配置されている）。他の内側の無給電素子 104、 140、 150は、給電素子 102に対する遅; ^立相差 Δ Θ (図 5、 6参照）が 180度〜 360度の範囲内（実質的には、進み位相差が 0 力も 180度の範囲内）になるように配置されている（すなわち、図 5、 6に基づけば、素子間スペースが 2 λ g未満の位置に配置されている）。

[0095] 図 18は、図 17に示すマイクロストリップアンテナにおいて、各無給電素子の有効 Z 無効を切り替えることによる電波ビームの放射角度の変化の様子を示す。

[0096] 図 18に示すように、無給電素子 104、 140、 150、 170のうち最端部の無給電素子 170のみを有効にすると、電波ビームは無給電素子 170の方へ傾く。他方、最端部の無給電素子 170は無効とし、他の無給電素子 104、 140、 150のいずれかを有効にすると、電波ビームは逆側の方へ傾く。この場合、無給電素子 104、 140、 150のどれを有効にするかを選択することで、放射角度の大きさを変えられる。

[0097] このように、給電素子の片側に複数の無給電素子を配列した場合であっても、或る無給電素子は給電素子に対して位相差が遅れ、別の無給電素子は給電素子に対して位相差が進むように無給電素子の配置を選ぶことで、電波ビームを基板に垂直な方向の両側へ傾けさせることができる。 [0098] 図 19Aは、本発明の第 6の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図であり、図 19Bは同マイクロストリップアンテの断面図である。

[0099] 図 19A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、基板 100上に、給電素子 102および複数の無給電素子 180、 180、…が配列されており、それら給電素子 102および無給電素子 180、 180、…の表面を含む基板 100のほぼ全表面領域力誘電体の層 190により被覆されている。無給電素子 180、 180、…の有効 Z無効を切り替えるための構成やマイクロ波スィッチなどの構成については、上述した他の実施形態と同様である。

[0100] このマイクロストリップアンテナの前面を覆う誘電体層 190の作用により、基板 100 上でのマイクロ波の波長え gが、誘電体層 190がない（アンテナ前面が空気に触れている）場合より短くなる。その結果、アンテナ素子の小型化および素子間スペースの縮小が図れ、アンテナの小型化が図れる。このことは、特に、電波ビームの放射方向変化の分解能を向上させるために無給電素子の個数を増やしたい時に有利である。

[0101] 上述の利点を奏する上で、誘電体層 190の誘電率は、できるだけ高いことが好ましぐ例えば 100〜200程度力現実に利用できる誘電材料の種類からみて好ましい。また、誘電体層 190の厚さは、上述の利点を奏すると共に電波ビームのパワーを過度に低下させないようにするために、例えば 0. 1〜0. 2mm程度が好ましい。

[0102] 図 20は、本発明の第 7の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0103] 図 20に示すマイクロストリップアンテナでは、複数の給電素子 102、 202が同一基板 100上に配置されている。そして、それぞれの給電素子 102、 202から所定の素子間スペース Sだけ離れた位置に無給電素子 104、 202が配置されている。給電素子 102と 202は、互いに干渉しない距離 Dだけ離れている。非干渉距離 Dは、例えば、各給電素子の寸法の 3倍以上である。

[0104] 第 1の給電素子 102と無給電素子 104とのセットから放射される電波ビームと、第 2 の給電素子 202と無給電素子 204とのセットから放射される電波ビームとが統合されることにより、給電素子と無給電素子のセットが 1セットだけある場合よりも、トータルの電波ビームがより鋭く絞られる。すなわち、電波ビームのディレクテイビティ（アンテナ力出力される総パワー (W)に対する特定方向の最大放射強度 (WZSr) )及びゲインが向上する。図 20の例では、給電素子と無給電素子のセット数は 2セットであるが、更に多くすることで、ディレクテイビティとゲインを一層向上させることができる。

[0105] 図 21Aは、図 20に示した第 7実施形態の変形例の平面図を示す。図 21Bは、同変形例の断面図を示す。

[0106] 図 21A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、隣接する給電素子 102と 202の互いに対向する端面 102Aと 202A力誘電体マスク 206により被覆されている。こ誘電体マスク 206の作用により、端面 102A、 202A力も放射される電波の波長え gが短縮されるため、給電素子 102、 202が干渉し合わないようにするための非干渉距離 D が図 20の場合より短縮され得る。その結果、アンテナ全体の小型化が図れ、それに伴い、トータルの電波ビームをより絞ることができるので、ディレクテイビティ及びゲインの向上が図れる。

[0107] 図 22A、 Bは、図 20に示した第 7実施形態の別の変形例の平面図と断面図をそれぞれ示す。

[0108] 20A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、隣接する給電素子 102と 202の互いに対向する端面 102Aと 202A力連続的な一つの誘電体マスク 208により被覆されている。図 21に示したマイクロストリップアンテナと同等の作用効果が得られる。

[0109] 図 23A、 Bは、図 20に示した第 7実施形態のまた別の変形例の平面図と断面図をそれぞれ示す。

[0110] 図 23A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、給電素子 102とこれに隣接する両側の給電素子 104、 106の互いに対向する端面力誘電体マスク 210、 212により被覆されている。さらに、内側の無給電素子 104、 106とその外側の無給電素子 130 、 132の互いに対向する端面も、誘電体マスク 214、 216により被覆されている。このように、隣接し合う全てのアンテナ素子の互いに対向する端面が誘電体マスク sで被覆される。これにより、それらの端面力放射される電波の波長え gが短縮されるため、所望の位相差を得るための素子間スペースを短縮することができる。その結果、ァンテナ全体の小型化が図れる。

[0111] また、誘電体マスク 210、 212、 214、 216の厚さは、場所に応じて違えても良い。誘電体マスク 210、 212、 214、 216の厚さを調整することで、所望の位相差を得るための素子間スペースの大きさを調整すること、或いは、所定の素子間スペース力得られる位相差を調整することができる。

[0112] 図 24Aは、本発明の第 8の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。図 24Bは、同マイクロストリップアンテナの図 24Aで点線の円で囲んだ部分の断面図である。

[0113] 図 24A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、同一基板 100に、図 13に示したものと同様の構造をそれぞれもつ複数 (例えば 4つ）のサブアンテナ 220、 222、 224 、 226力構成されて!ヽる。これらサブアンテナ 220、 222、 224、 226のネ目互の境界に相当する基板 100の部分に、スリット（つまり、空気層） 230、 232、 234、 236が設けられている。従って、サブアンテナ 220、 222、 224、 226は、実質的に、空気層を介して隔てられていることになる。

[0114] 複数のサブアンテナ 220、 222、 224、 226からの電波ビームが統合されて、強く絞られたつまり高!、ディレクテイビティをもった電波ビームが得られる。これら複数のサブアンテナ 220、 222、 224、 226中の相対的位置が同位置である無給電素子の有効 Z無効に一斉に同時に切り替えることにより、その強く絞られた電波ビームの放射方向を上下左右に切り替えることができる。

[0115] サブアンテナ 220、 222、 224、 226相互間の距離は、異なるサブアンテナの無給電素子同士（例えば、図 24Bに示す無給電素子 240、 242同士）の相互干渉による影響を問題にならない程度に小さくするような距離に選ばれている。そのような距離とは、典型的には、使用マイクロ波の空気中における 1波長以上の距離である。

[0116] ところで、上述したサブアンテナ 220、 222、 224、 226間の相互干渉には、アンテナ素子間にて基板 100を通じてマイクロ波が伝播して生じるものと、空中をマイクロ波が伝播して生じるものとがある。基板 100中のスリット（空気層） 230、 232、 234、 236 により、基板 100の表面および内部を介してマイクロ波が伝達することが困難になるため、サブアンテナ 220、 222、 224、 226間の相互干渉が抑制される。その結果、サブアンテナ 220、 222、 224、 226をより高密度に酉己置すること力 S可會こなり、マイクロストリップアンテナ全体の小型化が図れる。 [0117] 図 25Aは、本発明の第 9の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。図 25Bは、同マイクロストリップアンテナの図 25Aで点線の円で囲んだ部分の断面図である。

[0118] 図 24A、 Bに示すマイクロストリップアンテナでは、図 24に示したものと基本的に同様な構成【こおヽて、サブアンテナ 220、 222、 224、 226 の境界【こネ目当する基板 1 00の部分に、スリットではなぐアース電極 116に接続された (つまり、常に一定電位（アース電位）に維持された）シールド体 260が設けられている。サブアンテナ 220、 2 22、 224、 226の境界近くに位置する無給電素子のシールド体 260に向いた端面と、シールド体 260との間で、電磁界結合度が強くなるため、無給電素子から空気中に放射される放射強度が境界側で小さくなる。そのため、空気を介して、隣接するサブアンテナの無給電素子にマイクロ波が伝達しにくくなり、サブアンテナ間の相互干渉が抑制される。その結果、複数のサブアンテナを高密度に配置することができ、基板の小型化が図れる。

[0119] 図 26は、本発明の第 10の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0120] 図 26に示すマイクロストリップアンテナでは、図 1に示した構成にカ卩えて、それぞれの無給電素子 104、 106に追カ卩の制御線 260、 262が接続されており、これらの制御線 260、 262ίま、図示してな!ヽカ他の ffilj御線 110、 112の同様、基板 100の背面上のスィッチにより個別にアース電極に接続 Z切離しできるようになつている。すなわち、無給電素子 104、 106の各々は、複数 (例えば 2つ）の接地点を有している。いずれの接地点も、図 1で説明したとおり、各無給電素子 104、 106の中央を中心とした励振方向の幅 LZ2の範囲の外側に配置される。なお、それぞれの接地点の参照番号の近傍に付した符号 SW1、 SW2、 SW3、 SW4は、それぞれの接地点を接地するためのスィッチの名称である（図 28参照）。

[0121] 図 27は、図 26に示した第 10実施形態における給電素子と無給電素子に流れるマイク口波電流の波形を示す。

[0122] 図 27において、一点鎖線で示す波形が、無給電素子の 1つの接地点のみを接地した場合に対応し、点線で示す波形が、無給電素子の 2つの接地点の双方を接地した場合に対応する。 1つの接地点のみを接地した場合より 2つの接地点の双方を接地した場合の方力無給電素子に流れるマイクロ波電流の振幅がより小さくなり、無給電素子がより効果的に無効にされる。

[0123] 図 28は、図 26に示すマイクロストリップアンテナにおいて電波ビームの放射方向が変化する様子を示す。

[0124] 図 28に示すように、無給電素子を接地するカロートにするかという 2段階の切り替えだけでなぐ 1つの接地点のみを接地する力、 2つの接地点の双方を接地するかというように、接地の程度 (無効の程度)を複数段階に切り替えることで、電波ビームの放射方向をより一層細力べ制御することができる。

[0125] 図 29A〜Cは、本発明に従うマイクリストリップアンテナに適用可能な給電素子と無給電素子のサイズの関係の変形例示す。

[0126] 上述したいずれの実施形態でも、給電素子と無給電素子はほぼ同サイズであった。し力し、図 29Aに示すように給電素子 102より無給電素子 104、 106の方を大きくするともできるし、或いは、図 29Bに示すように給電素子 102より無給電素子 104、 106 の方を小さくすることもできる。また、図 29Cに示すように、給電素子 102とは異なる形状に無給電素子 104、 106の形状をする（例えば、より細くする）こともできる。

[0127] 図 30は、無給電素子の配置に関する変形例を示している。図 30に示すように、給電素子 102に対して異なる方向（例えば上側と右側のように 90度異なる方向）に非対称に複数の無給電素子 106、 130を配置することもできる。

[0128] 図 31は、給電素子に関する変形例を示している。図 31に示すように、給電素子 10 2に励振方向に平行な細いスリット 270、 272を入れて、給電素子 102を、励振方向に平行な複数のストライプ電極 280A、 280B、 280Cに分離しても、電波の放射状態を同様に変化させることができる。また、給電素子に入れるスリットの幅を変えることで共振周波数の調整が可能であり、基板に形成された給電素子にレーザ等でスリットを入れてやれば、基板の比誘電率や厚み、給電素子形状の製造バラツキに関係なぐ共振周波数を所定の範囲内に容易に製造することができる。

[0129] 図 32A,Bは本発明の第 11実施形態の断面図と平面図を、図 33A,Bは第 12実施形態の断面図と平面図を、図 33A,Bは第 13実施形態の断面図と平面図を示している。 [0130] 図 32A,B〜図 34A,Bに示されるいずれの実施形態においても、給電素子 102が形成された基板 100の表面が、誘電体層 300により被覆される。誘電体層 300の表面上に、無給電素子 104, 106が形成される。誘電体層 300のための誘電体材料としては、例えばアルミナやイットリアなどのセラミック材料が採用でき、或いは、比較的誘電率が高ヽ Ti (チタン)を含有した金属酸化物や比較的誘電率が低!ヽ Si02 (シリカ）を含有した金属酸ィ匕物でも良い。誘電体層 300の ε r (比誘電率)の値は、例えば 10 程度である。誘電体層 300の膜厚は、誘電体材料に応じて適切な値を設定することができる力例えば ε r (比誘電率）が 10程度の材料を用いた場合の厚さは例えば 1 0 m前後である。

[0131] 図 32A,Bに示される第 11実施形態では、給電素子 102の表面が誘電体層 300で完全に覆われている。これに対し、図 33A,Bに示される第 12実施形態では、誘電体層 300のうち給電素子 102の表面上の領域の部分には、複数本のスリット 302が形成されている。図 33A,Bに示された例では、スリット 302は誘電体層 300の厚みを完全を貫きその下の給電素子 102を露出させているが、必ずしもそうである必要はなく、誘電体層 300の厚みの途中まで窪んだ溝であってもよい。要するに、第 12実施形態では、誘電体層 300のうちの給電素子 102の表面上の領域部分に、凹部 302と凸部 304、が形成されている。換言すれば、給電素子 102上の誘電体層 300に厚さの変化が付けられている。図示の例では、凹部 302と凸部 304が、励振方向 306と平行に縞状に形成されている。また、図 34A,Bに示された第 13実施形態では、給電素子 102の全表面は、誘電体層 300に覆われておらず露出している。

[0132] 図 1, 2に示した第 1実施形態 (基板 100上に直接、無給電素子 104, 106が配置される構成）と比較した場合、図 32A,B〜図 34A,Bに示された第 11〜13実施形態によると、無給電素子 104, 106が誘電体層 300の表面上に配置されることにより、給電素子 102と無給電素子 104, 106の間の位相差が 180° (つまり、 gZ2)により一層近づく。そのため、無給電素子 104, 106のうちの一方のみを無効にスィッチしたとき、電波の放射方向は、より広角に傾くことになる。

[0133] 図 35は、図 1, 2に示された第 1実施形態と、図 32A,B〜図 34A,Bに示された第 11 〜13実施形態において、無給電素子 104, 106のうちの一方のみを無効にしたときの電波の強度の分布のシミュレーション計算結果を示している。図 35において、横軸は、基板 100の表面に直角な方向を 0° として、無給電素子 104, 106の側への傾き角度を示し、縦軸は、電波の各角度方向の成分の強度を示す。そして、太い実線のグラフは図 1, 2に示された第 1実施形態の電波分布を、細い実線のグラフは図 32A, Bに示された第 11実施形態のそれを、太い点線のグラフは図 33A,Bに示された第 12 実施形態のそれを、細い点線のグラフは図 34A,Bに示された第 13実施形態のそれを示す。

[0134] 図 35において、各グラフが示す電波の方向成分の強度が最大である傾き角度が、各実施形態での電波の放射方向の傾き角度に相当する。図 35から分かるように、第 1実施形態 (太い実線のグラフ)よりも、第 11〜13実施形態の方が、電波の放射方向の傾き角度が大きい。そして、第 11〜13実施形態の中でも、特に、給電素子 102の表面上を除く基板 100の領域上に誘電体層 300が積層された第 13実施形態 (細い点線のグラフ）において、電波が最大に傾く。また、給電素子 102上の誘電体層 300 の厚さに変化が付けられた第 12実施形態では、その厚さの変化のさせ方を調整することで、電波の傾き角度を調整することができる。

[0135] 図 36A,Bは、給電素子と無給電素子の幅の関係についての 2つの変形例を示している。

[0136] 図 36Aに示す変形例では、給電素子 102に対し励振方向 310の方向に存在する無給電素子 130, 132の幅 (励振方向 310と直交する方向での寸法) Wc,Wd力給電素子 102の幅 Waと同一である。これに対し、図 36Bに示す変形例では、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdが、給電素子 102の幅 Waよりも若干狭い。

[0137] 一般に、給電素子の周囲に無給電素子を配置した場合、給電素子と無給電素子とのスペースが狭くなりすぎると、電波の放射方向がスプリットする（つまり、電波の分布形状がハート型に割れた状態になる）とともに、その放射強度が低下する。これを防止するには、給電素子と無給電素子との間にある程度の距離のスペース (例えば、使用周波数の波長の 0. 3倍程度以上の距離）が必要である。特に、図 36A,Bに示すように、給電素子 102の励振方向に無給電素子 130, 132を配置した場合、図 36Aに示すように給電素子 102の幅 Waと無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdが同程度であると、無給電素子 130, 132に励起される電流密度が低くなる。その結果、無給電素子 130, 132の一方を無効にスィッチしても、電波の放射方向は顕著には傾かない。これに対し、図 36Bに示すように、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdを狭めると、無給電素子 130, 132に励起される電流密度が増加する。その結果、無給電素子 130 , 132の一方を無効にスィッチしたとき、電波の放射方向は顕著に傾くことになる。

[0138] 図 37は、図 36A,Bに示した 2つの変形例において、無給電素子 130, 132のうちの一方のみを無効にしたときの電波の強度の分布のシミュレーション計算結果を示している。図 37において、横軸は、基板 100の表面に直角な方向を 0° として、無給電素子 130, 132の側への傾き角度を示し、縦軸は、電波の各角度方向の成分の強度を示す。そして、太い実線と点線のグラフは図 36Bに示された変形例の電波分布を、細 V、実線と点線のグラフは図 36Aに示された変形例のそれを示す (実線グラフと点線グラフは、無効にされた無給電素子が異なる場合をそれぞれ示す)。シミュレーション計算で用いた設計条件は、基板 100の比誘電率が 3. 26、基板 100の厚みが 0. 4mm 、励振周波数が 11GHz、給電素子 102のサイズが 7. 3mm X 7. 3mm (図 36Aでは、無給電素子のサイズも同じ）、給電素子 102と無給電素子 130, 132との間のスぺースの距離が 7. 3mm、及び図 36Bでの無給電素子 130, 132のサイズが 7. 3mm ( 励振方向長さ） X 5. Omm (幅）である。

[0139] 図 38は、図 36Bに示した変形例において、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wd (横軸)を変化させたときに電波の放射方向の傾き角（実線グラフ）と電波の放射強度 (点線グラフ）とがどのように変化するかをシミュレーションした計算結果を示している。シミュレーシヨン計算で用いた条件は、上記と同様であるが、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdは 7. 3mmから 4. Ommの間で種々に変えている。

[0140] 図 37から、上述したように、図 36Aの変形例では電波の放射方向の傾きは非常に小さいのに対し、図 36Bの変形例では、大きい傾きが得られることが分かる。ところで、図 38力ら分力るように、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdを狭くするほど、一方の無給電素子を無効にした時の放射角度はより広角になるが、半面、放射強度が低下する傾向がある。そのため、放射強度の低下が問題ない程度に小さい範囲内で、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdを狭めることが好ましい。この観点から、上記シミュレーシヨン計算で用いた設計条件の下では、無給電素子 130, 132の幅 Wc,Wdは 5m m前後が好ましい。しかし、これは一つの例示にすぎず、使用周波数、基板の誘電率や厚み、無給電素子や給電素子の配置などの諸条件により放射角度や放射強度の関係が変化するため、具体的な条件に応じて最適値が異なる。

[0141] 図 39Aは、本発明の第 14の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面構成を示し、図 39Bは、図 39Aの A-A線に沿った断面構成を示す。

[0142] 図 39A,Bは、本発明の第 14の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図及び断面図である。

[0143] 図 39A,Bに示す第 14実施形態は、図 13に示した第 4実施形態と同様の構成にカロえ、次の追カ卩的構成を有する。すなわち、給電素子 102には、給電線 108の他に、別のスルーホール 320が接続されており、このスルーホール 320は、基板 110の背面にて、スィッチ 322と接続される。スィッチ 322は、給電素子 102からのスルーホール 320と、基板 100内のアース電極 116に接続された接地線 324との間を接続したり、切り離したりする。つまり、スィッチ 322は、オンであるときに、給電素子 102を接地する。給電素子 102の接地点 (スルーホール 320が設けられれた点）の場所は、例えば図示のように、給電素子 102の励振方向 326で給電線 108から最も遠い側の辺縁の近傍である。

[0144] 図 40Aは、上記の第 14実施形態において、スィッチ 322がオフであるとき、図 40B は、スィッチ 322がオンであるときにおける、給電素子 102 (実線グラフ）と有効状態にある無給電素子 104, 106, 130, 132 (点線グラフ）にそれぞれ流れる電流の波形を示している。

[0145] 図 40A,B力ら分力るように、スィッチ 322がオンで給電素子 102がアース電極 116 に接続されている場合、無給電素子の 104, 106, 130, 132が有効であっても、ァンテナ力放射される電力量が極端に小さくなる。マイクロ波信号源力も給電素子 10 2に高周波信号をカ卩えて続けている状態で、スィッチ 322をオンとオフに切替えることにより、アンテナ力もの放射電力量を変化させることができる。放射電力量を変化させる目的では、マイクロ波信号源をオンとオフに切替る方法も採用できるが、その方法によると、切替直後にマイクロ波信号源の出力が安定しないという欠点がある。これに対し、給電素子 102に接続されたスィッチ 322を切替える方法によると、マイクロ波信号源の出力は安定状態に維持されているので、電波出力の安定性に優れる。従って、スィッチ 322を切替える方法は、例えば、送信アンテナから出力されたパルス電波と、被測定物に衝突し反射して受信アンテナで受信したパルス電波との間の時間差により距離を測定するような用途に適する。

[0146] 図 41は、本発明の第 15の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0147] 図 41に示すように、給電素子 102の励振方向 326と直交する方向における一方の側に、 1又は 2以上の無給電素子 330が配置され、他方の側にも、 1又は 2以上の無給電素子 340が配置される。これら励振方向 326と直交する方向に並ぶ無給電素子 330, 340は、その各々を無効にするためのスルーホール 332, 342を有し、よって、有効か無効かの切替により、電波の放射方向を変化させるために寄与する。また、給電素子 102の励振方向 326における一方の側に、 1又は 2以上の無給電素子 350が配置され、他方の側にも、 1又は 2以上の無給電素子 360が配置される。これら励振方向 326に並ぶ無給電素子 330, 340は、スルーホールを持たず、常にフロート状態であり、従って、電波の放射方向を変化させるためには殆ど寄与しない。

[0148] 図 42Aは、上記第 15実施形態において、電波放射方向の変化には寄与しない片側の励無給電素子 330と他側の無給電素子 340の個数を各側 1個とした場合におけるこのアンテナ力放射される電波ビームの平面形状を示し、図 42Bは、片側の励無給電素子 330と他側の無給電素子 340の個数を各側 3枚とした場合における放射電波の平面形状を示す。

[0149] 図 42Aに示す電波形状 370に比較し、図 42Bに示す電波形状 372は、励振方向 3 26 (すなわち、無給電素子 330, 340の配列方向）において、より細く絞られることが分かる。すなわち、無給電素子 330, 340は、電波放射方向の変化には殆ど寄与しないが、電波の広がり又は拡散を防止して、より細く絞られた指向性の良い電波ビームを形成することに寄与する。

[0150] 図 43Aと図 43B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一ホールをオンオフするために採用可能なスィッチの構造例を示す。 [0151] 図 43Aと図 43Bに示されたスィッチ 406は、アンテナ素子（例えば無給電素子) 402 とアース電極 404との間の接続ラインを開閉するための MEMS (Micro Electro Mech anical System)技術によるスィッチ (以下、 MEMSスィッチという）である。図 43Aは、 MEMSスィッチ 406の OFF状態を示しており、図 43Bは、 ON状態を示している。 M EMSスィッチ 406は、可動電気接点 408と固定電気接点 410とを有し、その一方、例えば固定電気接点 410はスルーホール 412を介してアンテナ素子 402に接続され、他方、例えば可動電気接点 408、はスルーホール 414を介してアース電極 404 に接続される。注目すべき点は、図 43Aに示される OFF状態では勿論である力図 4 3Bに示される ON状態においてさえ、 MEMSスィッチ 406内の固定電気接点 410と可動電気接点 408の間が機械的に開、ており接触して、な、点である。すなわち、図 43Bに示される ON状態では、 2つの電気接点 408と 410間には小さいギャップがあり、図 43A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スィッチ 406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。

[0152] この原理を図 44〜図 46を参照して説明する。

[0153] 図 44Aと図 44Bはそれぞれ、従来型の MEMSスィッチの電気接点 420、 432の名目上の OFF状態と ON状態を示す。また、図 45Aと図 45Bはそれぞれ、図 43A、 Bに示した MEMSスィッチ 406の電気接点 408、 410の名目上の OFF状態と ON状態を示す。

[0154] 図 44Aと図 44B〖こ示すように、従来型の MEMSスィッチでは、電気接点 420、 422 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 O N状態で機械的に接触する。しかし、図 44A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 45Aと図 45Bに示された MEMSスィッチ 406では、電気接点 408、 410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 45Aに示すように電気接点 408、 410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 O FF状態を形成する。また、図 45Bに示すように電気接点 408、 410間に僅かなギヤップ 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。

[0155] 電波ビームの傾きを制御すると!/、う目的のためには、スィ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、スィ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、スル一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ィッチ 406は、電波ビームの傾きを制御する用途に適している。

[0156] 図 46Aと図 46Bは、電波ビームの傾きを制御する用途に適したスィッチの電気接点の変形例を示す。図 46Aは OFF状態を示し、図 46Bは ON状態を示す。

[0157] 図 46Aと図 46Bに示すように、電気接点 408、 410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 424が設けられる。図 46Aに示すように、この絶縁薄膜 424により、電気接点 408、 410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 46Bに示す状態では、電気接点 408、 41 0間のギャップ G4がなくなることで、絶縁薄膜 424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。

[0158] 図 47は、本発明の第 16の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。

[0159] 図 47に示すマイクロストリップアンテナでは、図 13に示したものと比較して、無給電素子 104, 106, 130, 132の配置が異なる。すなわち、図 13に示したものでは、無給電素子 104, 106, 130, 132力給電素子 102に対して、その励振方向（図の上下方向）に平行と直角方向に配置されるのに対し、図 47に示したものでは、無給電素子 104, 106, 130, 132が、給電素子 102に対して、その励振方向に斜めに、例えば 45度、傾いた方向に配置されている。図 47に示した電極配置によると、電波ビームがその放射方向へ進むに伴いより狭く絞られていく。因みに、図 13に示す電極配置によると、電波ビームはその放射方向へ進むに伴い広がっていく。従って、図 4 7に示す電極配置は、狭い範囲に対して正確に人体や物体を検知する用途に比較的によく適し、これに対し、図 13に示す電極配置は、広範囲において人体や物体を検知する用途に比較的によく適する。

[0160] 図 48は、本発明の第 17の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図であり、図 49は、図 48の A-A断面図である。図 49の実施形態との対比のために、図 50 に、本発明の第 18の実施形態にカゝかるマイクロストリップアンテナの平面図を示す。

[0161] 図 48に示すマイクロストリップアンテナでは、図 13に示す電極配置をもつ 2つのサブアンテナ 429, 439と、図 47に示す電極酉己置をもつ 2つのサブアンテナ 449, 459 と力 2 X 2マトリックス状に配置される。すなわち、第 1のサブアンテナ 429では、無給電素子 422, 424, 426, 428力 S給電素子 420に対して、図 13に示されたような位置関係で配置される。同様に、第 2のサブアンテナ 439でも、無給電素子 432, 434 , 436, 438が給電素子 430に対して、図 13に示されたような位置関係で配置される。他方、第 3のサブアンテナ 449では、無給電素子 442, 444, 446, 448力給電素子 440に対して、図 47に示されたような位置関係で配置される。同様に、第 4のサブアンテナ 459でも、無給電素子 452, 454, 456, 458力 S給電素子 450に対して、図 47に示されたような位置関係で配置される。そして、図 13に示す電極配置をもつ 2つのサブアンテナ 429, 439と、図 47に示す電極配置をもつ 2つのサブアンテナ 449, 459と力 2 X 2マトリックスの相補的な位置に配置される。すなわち、図 13に示す電極配置をもつ 2つのサブアンテナ 429, 439は、図 48中の左上と右下の位置に、図 4 7に示す電極配置をもつ 2つのサブアンテナ 449, 459は、右上と左下の位置に配置される。これらのサブアンテナ 429, 439, 449, 459の全ての給電素子と無給電素子 ίま、基板 100の前面【こ酉己置されて!ヽる。これ【こ対し、給電電極 420, 430, 440, 4 50に高周波電力を供給するための給電ライン 460は、図 49に示すように基板 100の背面に配置され、スルーホール 460、 460,…を通じて給電電極 420, 430, 440, 4 50に接続される。図 49中の参照番号 470は、グランド電位にあるアース電極を示し、それには、上述した無給電素子の各々がスルーホールとスィッチ（図示せず）を介して接続される。

[0162] このように、同一の基板上に、それぞれが給電素子をもつ複数のサブアンテナを配置するというシンプルな構造により、電波の主ビームを効果的に狭く絞ることができる。電波の主ビームの形状は、給電素子間の距離に影響される。給電素子間の間隔が広くなりすぎると、主ビームは狭く絞られる力不要なサイドローブが発生する。サイドローブを抑制するためには、給電素子間の間隔が λ Ζ2〜2 λ Ζ3程度であることが好ましい。ここで、 λは、空気中での電波の波長を示す。この程度の給電素子間の間隔をもって、複数のサブアンテナを同一基板上に配置する場合、図 50に例示したマイクロストリップアンテナのように全てのサブアンテナ 480, 482, 484, 486力 ^同じ電極配置をもつ場合には、隣り合うサブアンテナの無給電素子間の間隔が小さくなりすぎて、それら無給電素子間で干渉が生じるおそれがある。例えば、図 50に示したマイクロストリップアンテナでは、無給電素子 424と 452間、無給電素子 444と 432間、無給電素子 428と 446間、及び無給電素子 458と 436間で、干渉が発生するおそれがある。他方、図 48に示したマイクロストリップアンテナでは、異なる電極配置をもつサブアンテナ 429, 439, 449, 459が相補的に配置されるため、給電素子間の間隔が上述した程度に小さくても、隣り合うサブアンテナの無給電素子間の間隔は或る程度大きぐよって、無給電素子間の干渉が小さい。

[0163] 図 51は、本発明の第 19の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。図 52は、図 51の Α-Α断面図である。

[0164] 図 51及び図 52に示したマイクロストリップアンテナは、図 15に示したマイクロストリツプアンテナと同様の構成を有するとともに、更に、無給電素子 104, 106, 130, 132 の各々に 1以上（図示の例では 2つ）の常時接地点 502, 504, 506, 508が追加されてヽる。常時接地^ (502, 504, 506, 508ίま、それぞれ、図 52【こ示すよう【こ、グランドレベルを提供するアース電極 514に、スルーホール 510, 512を通じて常時接続される（図 52では、接地点 502, 504のスノレーホ一ノレ 510, 512し力図示してない力 S 、他の接地, 506, 508【こつ!ヽても同様である。；)。常時接地, 502, 504, 506, 50 8は、各無給電素子 104, 106, 130, 132がフロート状態である（つまり、アース電極 514に接続されてない）ときの各無給電素子 104, 106, 130, 132の励振方向 500 (これは、通常、給電素子 102の励振方向 500と同じであり、例えば図 51における縦方向である）に直交する各無給電素子 104, 106, 130, 132の外縁 (例えば図 51における左側の外縁又は Ζ及び右側の外縁)の中央部近傍の位置に配置される。なお、図 52において、参照番号 520は、給電素子 102の給電点 108に高周波電力を供給する発振回路を指し、参照番号 522, 524は、無給電素子 104, 106の電波放射方向制御用の接地点 110, 112とアース電極 514との間を接続及び切り離すためのスィッチを指す。

[0165] 上記のような常時接地点 502, 504, 506, 508を追加することにより、次のような利点が得られる。すなわち、給電素子 102と各無給電素子 104, 106, 130, 132の間隔がかなり狭い場合、給電素子と無給電素子の電磁的な結合力（すなわち、給電素子が各給電素子を励振させる力）がかなり大きぐそのために、各無給電素子 104, 1 06, 130, 132の電波放射方向制御用の接地点 110, 112, 134, 136をグランドレベルに接続しても、各無給電素子 104, 106, 130, 132の励振方向が元の励振方向 500に直交する方向へ変化するだけで、各無給電素子 104, 106, 130, 132は依然として励振された状態にあるという場合がある。この場合、各無給電素子 104, 1 06, 130, 132の高周波電流（電圧）の振幅は低下しないので、電波の放射方向は傾かないという問題が生じる。これに対し、各無給電素子 104, 106, 130, 132の上記位置に配置された常時接地点 502, 504, 506, 508は、上述した元の励振方向 5 00に直交する方向での励振を抑制するという作用をなす。これは、ちょうど、電波放射方向制御用の接地点 110, 112, 134, 136が、グランドレベルに接続されたときに、元の励振方向 500での励振を抑制するという作用をなすことと、同じ原理に基づくものである。従って、図 51及び図 52に示したマイクロストリップアンテナでは、給電素子 102と各無給電素子 104, 106, 130, 132の間隔がかなり狭い場合であっても、電波放射方向制御用の接地点 110, 112, 134, 136がグランドレベルに接続されると、各無給電素子 104, 106, 130, 132の電流（電圧）の振幅が低下し、電波の放射方向が傾くことになる。

[0166] 図 53は、本発明に従うマイクロストリップアンテナで採用可能な給電素子の変形例を示す。

[0167] 図 53に示すように、給電素子 530 (基板（図中の背景）上に形成された正方形又は長方形の金属薄膜)の直交する 2つの外縁、例えば図中下側と右側の外縁、のそれぞれの中央部の近傍に 2つの給電点 532A, 532Bを有し、給電点 532A, 532Bにはそれぞれ給電線 534A, 534Bが接続される。ここで、給電線 534A, 534Bは、図示の例では、基板の給電素子 530と同じ側の面に形成されたマイクロストリップラインであるが、これに代えて、基板の反対側の面に形成され、スルーホールを通じて給電点 532A, 532Bに接続されるマイクロストリップラインでもよい。給電線 534A, 534B は、互いに同一の又は異なる周波数をもつ高周波電力を給電点 532A, 532Bに印加する。給電素子 530の横方向の長さは、右側の給電点 532Aに印加される高周波の周波数で励振されるのに適した長さ、すなわち、その周波数の電波の基板上での波長え gAの約 1Z2に選ばれている。同様に、給電素子 530の縦方向の長さは、下側の給電点 532Bに印加される高周波の周波数で励振されるのに適した長さ、すなわち、その周波数の電波の基板上での波長え gBの約 1Z2に選ばれている。よって、右側の給電点 532Aへの給電は、この給電素子 530を図中横方向 538Aに励振し、これに対し、下側の給電点 532Bへの給電は、この給電素子 530を図中縦方向 53 8Bに励振する。

また、給電素子 530の給電点 532A, 532Bの近傍の外縁とは励振方向で反対側に位置する外縁 (終端縁)、例えば図中上側と左側の終端縁、のそれぞれの中央部の近傍に、 2つの接地点 536A, 536Bが設けられ、接地点 536A, 536Bにはぞれぞれ基板を貫通する図示しな!ヽスルーホールが接続される。上述した各種の実施形態と同様、接地点 536A, 536Bは、それぞれのスルーホールに接続された図示しないスィッチのオンオフ操作により、グラント電位のアース電極（図示せず）（例えば、基板の反対側に設けられる）に任意の時に接続され得る。このスィッチ操作により 2つの接地点 536A, 536Bの一方だけがアース電極に接続されると、その一方の接地点と反対側にある給電点による励振が実質的に無効になり、他方の励振だけが有効になる。例えば、図中上側の接地点 536Bがアース電極に接続されると、下側の給電点 5 32Bによる縦方向 538Bの励振が実質的に無効にされ、右側の給電点 532Aによる横方向 538Aの励振だけが有効になる。そのため、励振方向 538Aと同じ横方向に電磁界強度の振動波形を有する電波 22Aがアンテナから発射されることになる。他方、図中左側の接地点 536Aがアース電極に接続されると、右側の給電点 532Aによる横方向 538Aの励振が実質的に無効にされ、下側の給電点 532Bによる縦方向 538Bの励振だけが有効になる。そのため、励振方向 538Bと同じ縦方向に電磁界強度の振動波形を有する電波 22Bがアンテナ力も発射されることになる。また、給電点 532A, 532Bに供給される高周波の周波数が異なる場合、スィッチ操作で接地点 536A, 536Bを選択的にアース電極に接続することで、放射される電波の周波数を切り替えることができる。

[0169] このように、給電素子 530に、これを異なる方向に励振する複数の給電点 532A, 5 32Bと、それを無効にする接地点 536A, 536Bとを設けて、接地点 536A, 536Bの操作でいずれかの給電点 532A, 532Bを選択的に有効にすることで、振動波形の方向が違う電波を選択的に発射することができる。この手法は、垂直偏波型のアンテナにおいて有効である。

[0170] 図 54は、図 53示した給電素子を有する本発明に従うマイクロストリップアンテナに好適な用途の一つを示す。

[0171] 図 54に示された用途は、人などの物体 548の動きを電波のドッブラ効果を利用して検知するための物体センサ 544である。この物体センサ 544は、例えば部屋の天井面又は壁面 542などに取り付けられ、本発明に従うマイクロストリップアンテナ（図示せず)と、そのマイクロストリップアンテナに接続されたドッブラ信号処理回路（図示せず）とを内蔵する。マイクロストリップアンテナは、電波を発するための送信アンテナとして使われる。送信アンテナであるマイクロストリップアンテナが受信アンテナとしても用いられてもよいし、或いは、受信アンテナが送信アンテナとは別に設けられてもよい。そのマイクロストリップアンテナは、上述したいずれかの実施形態のような構成を有し、異なる方向 34A, 34B, 34Cに電波を発射することができる。さらに、そのマイクロストリップアンテナの給電素子は、図 53に示したような構成を有し、その励振方向を変えることで、そのマイクロストリップアンテナ力も発射される電波の振動波形の方向が変わるようになって!/、る。

[0172] 図 55と図 56は、この物体センサ 544のマイクロストリップアンテナの励振方向を変えることで生じる検知特性の違、を示して、る。

[0173] 図 55に示すように、物体センサ 544のマイクロストリップアンテナの励振方向が図中の横方向であるときには、電波 550の発射方向がどの方向であっても、電波 550の振動波形の方向は横方向である。この場合、物体センサ 544の検出感度は、電波 5 50の振動波形方向と同じ横方向への物体 548の移動に対して最も良好である。他方、図 56に示すように、マイクロストリップアンテナの励振方向が縦方向であるときには、電波 550の電磁界の振動波形の方向は、その発射方向に関わらず、縦方向である。この場合、物体センサ 544の検出感度は、縦方向への物体 548の移動に対して最も良好である。このように、励振方向を切り替えることで、検出感度が良好である物体の移動の方向成分を変えることができる。そのため、この異なる励振方向を例えば高速に交互に切り替えるというように組み合わせて使用することにより、異なる励振方向で検出されたドッブラ信号のレベルを比較して物体 548の移動方向を推定したり、或いは、異なる励振方向で物体が検出されたか否かという判断結果を論理的に組み合わせて物体 548がどの方向に移動してもそれを感度良く検出できるようにしたりすることがでさる。

[0174] 図 57は、本発明の第 20の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図である。図 58と図 59はそれぞれ、図 57に示した第 20実施形態の変形例を示す。

[0175] 図 57に示すマイクロストリップアンテナでは、基板 100上に複数の給電素子 (例えば 2つ） 560, 570が隣接して（つまり、それら間に無給電素子をおくことなく）配置され、それらの給電素子 560, 570を二次元的に（例えば、図中縦と横の 2方向から）囲むように、複数の無給電素子 562, 564, 566, 572, 574, 576力 S酉己置される。このマイクロストリップアンテナは、図 13に示した 1つの給電素子とこれを 2次元的に包囲する複数の無給電素子力なるアンテナを複数並べたアンテナアレイに似た構造を有し、図 13に示したアンテナよりも電波ビームをより狭く絞り電波ビームの到達距離をより長く伸ばすことができる (電波ビームを用いた物体センサに応用した場合には、物体検知範囲をより狭く絞り検知距離をより長く伸ばすことができる)。電波ビームの方向を変ィ匕させるために、無給電素子 562, 564, 566, 572, 574, 576中の偏つた位置に配置された 1又は複数の素子の状態を接地力フロートかに制御することができる。特に、対称に配置された無給電素子のグループ、例えば右側の無給電素子 562, 564, 566のグループと、左側の無給電素子 572, 574, 576のグループの状態を、それぞれ制御することで、電波ビームの方向を例えば左右に効果的に変化させることが出来る。 [0176] 図 58に示す変形例は、まさに図 13に示した構造の 2つのアンテナを単純に並べたアンテナアレイである。この変形例では、給電素子 560, 570間に無給電素子 568, 578が存在し、それゆえ、給電素子 560, 570間の距離は長くならざるを得ない。給電素子 560, 570間の距離が長、ことが原因して不要なサイドローブが発生する場合がある。これに対し、図 57に示したアンテナでは、給電素子 560, 570が隣り合つて配置されているので、両者の距離を適度に短くしてサイドローブの発生を防止することが容易である。

[0177] 図 59に示す変形例は、無給電素子 564, 574が、給電素子 560, 570を、二次元的ではなぐ一次元的に（例えば、横方向で）両側から挟んでいる。この変形例では、無給電素子 564, 574力発射される電波のパワー力給電素子 560, 570力の電波パワーに比べてかなり小さいため、無給電素子 564, 574の状態を制御することで得られる電波ビームの方向変化量が小さすぎる場合がある。これに対し、図 57に示すアンテナでは、図 59に示す変形例よりも大きい電波ビームの方向変化幅を得ることが容易である。

[0178] 図 60は、図 57に示したマイクロストリップアンテナのまた別の変形例を示す。

[0179] 図 60に示すアンテナでは、図 57に示した構成に加えて、給電素子 560, 570の所定箇所 (例えば各素子の中央）に接地点 580, 582が設けられる。各給電素子 560, 570の接地点 580, 582は、各無給電素子 562, 564, 566, 572, 574, 576の接地点と同様に、スルーホールとスィッチ（図示省略）を介してアース電極に接続されたり、アース電極力切り離されたりするようになつている。給電素子 560, 570の一方をその接地点にて接地すると、給電素子 560, 570間に高周波電流の位相差が生じ、また、その影響で無給電素子 562, 564, 566, 572, 574, 576間にも高周波電流の位相差が生じ、その結果、電波ビームの方向が変化する。多くの場合、接地された給電電極の側と反対の方向に電波ビームが傾く。例えば、右側の給電電極 580を接地すると、電波ビームは左側に傾く。このような給電素子 560, 570の接地状態の制御にカロ免て、既に説明したような無給電素子 562, 564, 566, 572, 574, 576の接地状態の制御を行なうと、電波ビームの方向をより大きく又は細力べ変化させることができる。例えば、電波ビームを左側に大きい角度で傾けたい場合、右側の給電電極 580を接地するとともに、左側の無給電素子 572, 574, 576を接地することができる。或は、電波ビームを左側に前例よりは少し小さい角度で傾けたい場合、右側の給電電極 580を接地するとともに、右側の無給電素子 562, 564, 566を接地することができる。

[0180] 図 61は、図 57に示したマイクロストリップアンテナのさらにまた別の変形例を示す。

[0181] 図 61に示すアンテナでは、図 60に示したアンテナよりも多くの無給電素子 562, 5 64, 566, 572, 574, 576, 590, 592, 594, 596力給電素子 560, 570を包囲している。それにより、電波ビームをより細く絞って電波ビームの到達距離を延ばす効果ゃ、電波ビームの方向をより細力べ制御することができる効果が期待できる。

[0182] ところで、上述した本発明に従う全てのマイクロストリップアンテナを製造する場合、給電点の位置を調整するなどしてアンテナの給電部のインピーダンス整合をとる際には、接地点をもつ無給電素子の全てを接地した状態で、この作業を行なうことが好ましい。そうすると、無給電素子の全てをフローと状態にしたままでこの作業を行なった場合に比較して、無給電素子の状態を接地 Zフロートに切替えたときに生じる整合のずれを、より小さくすることができる。

[0183] 図 62は、本発明の第 21の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図を示す。

[0184] 図 62に示したアンテナでは、例えば図 13に示したような構造をもつアンテナ本体 6 00の正面（つまり、給電素子および無給電素子のセットから電波ビームが発射される方向）に、例えば凸レンズ型の誘電体レンズ 602が配置される。この実施形態では、誘電体レンズ 602は誘電体製のケーシング 604と一体に形成されて!、る。ケーシング 604内に、アンテナ本体 600と、発振回路や検波回路などを含むアナログ回路ュニット 606と、スィッチ制御回路ゃ検知回路 (すなわち、物体検知装置に応用された場合に、検波結果を受けて物体の有無を判断する回路)などを含むデジタル回路ュニット 608などが収容される。誘電体レンズ 602の材料は、比誘電率が比較的小さい材料、例えばポリエチレンやナイロン、ポリプロピレンまたはフッ素系榭脂材料などで形成することが好ましい。難燃性ゃ耐薬品性が望まれる場合、例えばナイロンまたはポリプロピレンなどが好ましぐさらに、耐熱性や耐水性も望まれる場合、例えば PPS (Polyphenylene Sulfide)榭脂が好ましい。また、誘電体レンズ 602を小型、薄型化した、場合は、比較的誘電率が高、アルミナやジルコユアなどのセラミック材料をレンズ本体に使用し、そして、レンズ内での反射を抑制するために、レンズの表面を上記した比誘電率の比較的小さヽ材料で被覆するようにしてもょヽ。

[0185] このアンテナでは、誘電体レンズ 602の作用により電波ビームが細く絞られゲインが増加する。物体検知装置に応用された場合、検知したい距離範囲に応じて誘電体レンズ 602の焦点距離を選ぶことができる。例えば、その物体検知装置を室内の天井に設置して室内の物体や人を検知したい場合、検知距離範囲は 2. 5m〜3m以内程度であろうから、誘電体レンズ 602の焦点距離は検知距離範囲の最大長 2. 5m〜 3m近くに設定することができる。

[0186] ところで、ゲインを増加させる目的では、上述した誘電体レンズを用いる方法に代えてまたはそれと併用して、複数のアンテナをアレイ化する方法も採用することができる。この方法によれば、電波の放射角度を多段階に切替え得るという別の利点も得られる。基板面積に制約がある場合は、誘電体レンズを併用すればよい。

[0187] 図 63は、本発明の第 22の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図を示す。

[0188] 図 63に示すアンテナは、例えば図 13に示したような平面構造を有し、各無給電素子 610を接地するためのスィッチ 616には、半導体スィッチまたは MEMSスィッチが用いられている。各無給電素子 610上の高周波をアース電極 614へ逃がすための線路は、スルーホール 612とスィッチ 616内部の電流路とを含む力この線路は細く、スィッチ 616をオンしたとき、その線路の長さ Tに応じて高周波に対する線路のインピーダンスが異なる。そのため、スィッチ 614がオン状態であっても、線路の長さ丁に応じた大きさの高周波電流が無給電素子 610に流れる。

[0189] 図 64は、上記線路の長さ Tとスィッチ 614がオン状態のときの無給電素子 610に流れる電流量 Iとの関係を示して!/、る。

[0190] スィッチ 616のオンオフで電波ビームの方向を効果的に変化させるためには、スィツチ 614がオン状態のとき無給電素子 610に流れる電流量はゼロであることが理想である。図 64から分力るように、無給電素子 610に流れる電流量をゼロにするためには、参照番号 620で示すように、線路長 Tを高周波の基板上での波長え gの二分の一の整数倍にすればよい。すなわち、線路長 Tがえ gZ2の m倍 (mは 1以上の整数）ならば、インピーダンスの整合がとれ、無給電素子 610へ高周波の反射が最小化されるのである。他方、参照番号 618で示すように、線路長 Tがえ gZ2の n倍とは異なる長さであると、高周波が反射して無給電素子 610に流れるのである。よって、スイツチ 616として半導体スィッチまたは MEMSスィッチを用いる場合には、各無給電素子 610からアース電極 614までの線路の長さ Tを λ gZ2 X n (nは 1以上の整数）にすることが望ましい。因みに、スィッチとして機械的なスィッチを用いて、力なり広い導体面積をもって各無給電素子 610とアース電極 614とを接続する場合には、半導体スイツチまたは MEMSスィッチの場合に比較して、上記位相ズレの問題は小さ!/、。

[0191] 図 65は、図 63に示した第 22の実施形態の変形例の裏面 (無給電素子 610が存在する面とは反対側、つまり、電極スィッチ 616が配置されている側の面）の平面図（1 つの無給電素子 610に対応する部分のみ抜粋)を示す。

[0192] 図 65に示すアンテナでは、各無給電素子 610をアース電極 614に接続する力否かを切替えるためのスィッチ 616として、 SPDT式（Single Pole

Double Throw:双投式）の MEMSスィッチ又は半導体スィッチが採用される。各無給電素子 610からのスルーホール 612の裏面側の端部には、細長!/、中継線路 628の一端が接続され、その中継線路 628における無給電素子 610からの線路長の異なる 2つの箇所に、スィッチ 616の 2つの選択端子 622, 624がそれぞれ接続され、そして、スィッチ 616の一つの共通端子 626がアース電極 614に接続される。一方の選択端子 624がオンの時には、無給電素子 610からアース電極 614までのスルーホール 612やスィッチ 616を通る線路長 Tがえ gZ2の所定整数倍 (例えば 2倍、つまり λ g)であり、選択端子 622がオンの時には上記線路長 Tは λ g/2の所定整数倍ではな、ように（ί列え if gより短く、 3 g/4より ίま長!/、）、 2つの選択端子 622, 624の中継線路 628上での位置が選ばれて!/、る。

[0193] 図 66は、図 65に示したアンテナにおける、線路長 Τの変化と無給電素子に流れる電流の変化を示す。図 67は、図 65に示したアンテナにおける、スィッチ 616の操作によって得られる電波ビームの放射方向に変化を示す。 [0194] 図 66において、参照番号 630は、スィッチ 616の一方の選択端子 624がオンの時の線路長 Tを示し、これはえ gZ2の整数倍 (例えばえ g)であり、このとき無給電素子 610に流れる電流はゼロである。参照番号 632は、他方の選択端子 622がオンの時の線路長 Tを示し、これは λ gZ2の整数倍ではなく（例えば λ gより短ぐ 3 λ gZ4よりは長い）、このとき無給電素子 610に流れる電流はゼロではないが、スィッチ 616がオフである時よりは小さい。従って、図 67に示すように、スィッチ 616をオフにする力いずれか一方の選択端子 622または 624をオンにするかを選択する 2つの選択することで、無給電素子に流れる電流の量を 3段階に変化させることができので、アンテナカも放射される電波ビームの角度を 3段階 634, 636, 638に変化させることができる。この原理を利用して、より多くの異なる長さに線路長 Tを切り替えられるようにして、より細力べ電波ビームの角度を変化させるようにすることもできる。

[0195] 図 68は、本発明の第 23の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図を示す。図 69は、図 68の A-A線に沿った断面図を示す。

[0196] 図 68及び図 69に示すアンテナは、図 13に示したアンテナと同様の構造を有し、それにカ卩えて、給電素子 640の給電点 646とは異なる所定の 2点（または 1点でもよい） 648, 648力それぞれスノレーホ一ノレ 649, 649を通じてアース電極 652に常時接続されている。これらの接地点 648, 648の位置は、アンテナから放射される基本周波数の電波（基本波）のパワーを低減させることなぐかつその基本波の放射角度を保つた状態で、アンテナ力放射される不要なスプリアス (特に、二次や三次の高調波）を低減させることができるような特別の位置に選ばれている。

[0197] 図 70は、上記のようなスプリアス低減のための接地点 648が配置されるべき好ましい領域の例を示す。この例は、給電素子 640が、正方形であり、その辺の寸法が基本波の波長 λ の約半分である場合の例である。給電素子 640の形状や寸法が異

gl

なると、基本波や高調波の分布の仕方が異なるので、好ましい領域も図 70の例とは異なってくる。

[0198] 図 70において、ハッチングで示された領域 660, 660力各領域内に接地点 648 を配置することで、基本波の放射パワーを大き、まま維持しつつ二次と三次の双方の高調波の放射パワーを低減させることができる領域である。ここで、基本的な原理は、基本波および n次高調波のいずれについても、給電素子上の接地点での当該波の電流振幅値がより小さいほど、給電素子上での当該波の放射パワーがより効果的に低減されるということである。なお、給電素子上での波の電流と電圧の分布は約 90度位相が異なっているので、上記基本原理は、接地点での当該波の電圧振幅値力り大きいほど、給電素子上での当該波の放射パワーがより効果的に低減されると言換えることもできる。よって、給電素子上の n次高調波 (nは 2以上の整数)の電流振幅値が最小である位置 (つまり、電圧振幅値が最大である位置)またはその近傍に接地点を設ければ、 n次高調波の放射パワーが効果的に低減される。同時に、その接地点が基本波の電流振幅値が最大である位置 (つまり、電圧振幅値が最小である位置)またはその近傍に存在すれば、基本波の放射パワーを損なうおそれが最小化される。

[0199] 図 70に示した例では、基本波の励振方向は y方向（図中縦方向）であり、電流分布は図中の左側のグラフのようである。二次高調波の励振方向は X方向（図中横方向）であり、電流分布は図中の上側のグラフのようである。三次高調波の励振方向は y方向（図中縦方向）であり、電流分布は図中の右側のグラフのようである。参照符号え

gl

, λ , λ はそれぞれ基本波、二次高調波、三次高調波の基板上での波長を示す g2 g3

[0200] ノ、ツチングで示した領域 660, 660は、基本波の励振方向における終端縁 (上側又は下側の終端縁)からえ Z6以上、 λ /2- λ Ζ6以下の距離範囲にあり、そこ

gl gi gi

では基本波の電流振幅 iは最大またはその近傍であるから、そこに接地点を設けても、基本波の放射パワーを大きいまま維持することができる。一方、領域 660, 660は、二次高調波の励振方向における終端縁 (左又は右側の終端縁)からえ Z2以上、

g2

λ /2+ λ Ζ6以下の距離範囲であり、三次高調波の励振方向における終端縁（ g2 g2

上側又は下側の終端縁)からえ /2- λ Ζ6以上、 λ /2+ λ Ζ6以下の距離

g3 g3 g3 g3

範囲であり、そこでは二次および三次高調波の電流振幅 iと iは最小またはその近傍

2 3

であるから、二次および三次高調波の放射パワーを低減させることができる。

[0201] また、図 70において、更に細かいハッチングで示した領域 662, 662は一層好ましい領域である。すなわち、この領域 662, 662は、二次高調波の励振方向の終端縁（左又は右側の終端縁)からえ Z2以上、 λ /2+ λ

g2 Ζ12以下の距離範囲であり g2 g2

、三次高調波の励振方向における終端縁 (上側又は下側の終端縁)力 λ /2- g3 λ /12以上、 λ /2+ λ /12以下の距離範囲である„この領域 662, 66252 g3 g3 g3

A, 52Bでは、基本波の電流振幅値 iは殆ど最大であり、かつ、二次と三次の高調波の電流振幅値 i

2と i

3がは殆ど最小である。そのため、二次と三次の双方の高調波の放射パワーが一層効果的に低減される。

[0202] 図 71は、本発明の第 24の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図（1 つの無給電素子 610に対応する部分のみ抜粋)を示す。

[0203] 図 71に示されるアンテナは、図 63に示された第 22の実施形態に力かるアンテナと、その基本的な構造においては共通する。しかし、図 63に示されたアンテナでは、スイッチ 616がオン状態であるときの無給電素子 610からアース電極 614までの線路の長さ Tがえ gZ2 X n(nは 1以上の整数)である。これに対し、図 71に示されるアンテナでは、スィッチ 616がオフ状態であるときの無給電素子 610に接続された上記伝送線路の部分、すなわち、無給電素子 610の接地点力も基板 100の裏面のスィッチ内の線路の終端に至るまでの伝送線路長 U (より具体的には、スルーホール 612、基板 100裏の面上のスルーホール 612からスィッチ 616までの中継線路 670、及びスイツチ 616内部の伝送線路 673の合計の線路長）力 λ gZ2 Χ η (ηは 1以上の整数）になっている（例えば、 U= gZ2)。また、無給電素子 610の長さ¥もぇ_§ 2 11 (11は1 以上の整数）になっている（例えば、 V= gZ2)。スィッチ 616として、半導体スィッチや機械スィッチ (例えば MEMS)のように、その内部に伝送線路を持ち、オン時の接点の損失が無視できる程度に小さいスィッチが採用される場合、アンテナから放射される電波の方向制御に大きく影響する要因は、スィッチ 616がオン状態であるときより、むしろオフ状態であるときにおける無給電素子 610に関わる高周波特性、例えばインピーダンスまたは位相など、である。スィッチ 616がオフ状態のときの伝送線路路長 U が高周波信号の二分の一波長 λ gZ2の整数倍であるならば、無給電素子 610の接地点 610Aでのインピーダンス Zは無限大に近くなる。即ち、無給電素子 610の位相が伝送線路の接続により大きく変化することを抑制できる。

[0204] 図 72Aと図 72Aは、それぞれ、図 71と図 63に示すアンテナにおける、スィッチ 616 のオン Zオフ切り替えによる無給電素子 610の接地点 610Aでのインピーダンス Zの変化とアンテナカゝら放射される電波の方向とを示す。

[0205] 図 72Aと図 72Bの左側には、スィッチ 616がオフの時の状態が示されている。図 72 Aに示されるように、図 71のアンテナにおいて、伝送線路長 Uが高周波信号の二分の一波長 λ gZ2の整数倍である場合、接地点 610Aのインピーダンスはほぼ無限大であり、電波の方向は基板に垂直である。これに対し、図 72Bに示されるように、図 7 1のアンテナにおいて、伝送線路長 Uが高周波信号の二分の一波長 λ gZ2の整数倍でない場合、接地点 610Aのインピーダンスはより低ぐ電波の方向は或る角度 Θ 1だけ傾く。図 72Aと図 72Bの右側には、スィッチ 616がオンの時の状態が示されている。スィッチ 616がオンの時には、いずれのアンテナでも電波は、より大きい角度 Θ 2で傾くが、この傾き角度 Θ 2は双方のアンテナ間であまり違わない。従って、図 71のアンテナにおいて伝送線路長 Uが高周波信号の二分の一波長 λ gZ2の整数倍である方力スィッチ 616のオン Zオフ切り替えにより得られる電波方向の変化幅が大きい。

[0206] 伝送線路長 Uを最適化するには、無給電素子 610にスルーホール 612を介し接続される中 «線 670の長さを変えれば良、。給電素子と無給電素子の相互干渉によりアンテナの共振周波数が決定されるため、無給電素子 610にスルーホール 612や中継線 670、スィッチ 616を接続したアンテナと、無給電素子 610にスルーホール 612 や中継線 670、スィッチ 616を接続しないアンテナの 2種類のアンテナを用意し、前者のアンテナの共振周波数が後者のアンテナの共振周波数と同じになるように、前者のアンテナの中継線 670の長さを調整することで、伝送線路長 Uの最適化を図れる。

[0207] 図 73は、本発明に従うマイクロストリップアンテナに適用することができる、無給電素子 610に関わるインピーダンスを調整するための方法を示す、アンテナの裏面の平面図（1つの無給電素子 610に対応する部分のみ抜粋)を示す。

[0208] 図 73に示すように、スルーホール 612とスィッチ 616との間の中継線路 674にスタブ 676が設けられる。無給電素子 610に関わるインピーダンスが適正でない場合、スタブ 677に切り込みを入れることで、インピーダンスを最適値に調整することができる。逆に、スタブ 677に切り込みを入れ無給電素子 610に関わるインピーダンスを最適値力も変化させることで、電波ビームの放射角度を容易に変更できる。或は、別法として、中継線路 674上に誘電体の膜または層を形成し、その誘電体膜の誘電率、膜厚又は面積を調節することで、インピーダンスを最適値に調整することができる。或は、中 «I線路 674それ自体に切り込みを入れて、その長さ又は太さを変えることによつても、インピーダンスを最適値に調整することができる。

[0209] 図 74は、本発明の第 24の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの断面図を示す。図 75は、マイクロストリップアンテナの分解図を示す。

[0210] 図 74及び 75に示すマイクロストリップアンテナは、図 62に示したマイクロストリップアンテナと同様に、アンテナ本体 600の正面に配置された誘電体レンズ 602と、アンテナ本体 600の背面側に配置されたアナログ回路ユニット 606及びデジタル回路ュニット 608を有する。し力し、このマイクロストリップアンテナは、次のようなユニークな構造をもつ。すなわち、図 74及び 75に示すように、誘電体レンズ 602、アンテナ本体 600、スぺーサ 680、デジタル回路ユニット 608、スぺーサ 682、及びアナログ回路ユニット 606が、この順序（アナログ回路ユニット 606とデジタル回路ユニット 608の順序は図 62のそれと逆である）で積層され、それらが数本の螺子 684により一体に固定されている。アンテナ本体 600背面のほぼ全域を覆うアース電極 700と、アナログ回路ユニット 606の前面のほぼ全域を覆うアース電極 704は、対向している。アンテナ本体 600、スぺーサ 680、アナログ回路ユニット 606、スぺーサ 682及びデジタル回路ユニット 608は、それぞれほぼ平板形の形状を有し、よって、このアンテナは全体としてほぼ直方体の形状をもつ。このアンテナの最前部には誘電体レンズ 602が配置され、最後部にはアナログ回路ユニット 606が配置されることになる。螺子 684のアンテナ本体 600より前方へ出る部分は、誘電体レンズ 602の基部の内部に埋め込まれて誘電体に包囲され、アンテナ本体 600の前面上には露出しない。誘電体レンズ 602に代えて、アンテナ保護用にほぼ平板状で薄肉の誘電体カバー 706が用いられても良い。誘電体レンズ 602と誘電体カバー 706は、このアンテナの用途（例えば検知距離が遠近）に応じて選択することができる。

[0211] アナログ回路ユニット 606の背面の中央部付近に高周波発振回路 685が設けられ、この高周波発振回路 685から、アンテナ本体 600の表面の中央部付近に配置された給電素子 687まで、給電ライン 686が直線的に延びる。給電ライン 686は、アナ口グ回路ユニット 606、スぺーサ 682、デジタル回路ユニット 608、及びスぺーサ 680、及びアンテナ本体 600の内部を貫通して、アンテナ本体 600上の給電素子に接続する。給電ライン 686には、伝送損失を減らす観点から、同軸ケーブルを使用してもよい。この場合、同軸ケーブルの芯線が給電ライン 686として用いられ、同軸ケープルの芯線を包囲する同軸金属チューブ力アンテナ本体 600背面のほぼ全域を覆うアース電極 700とアナログ回路ユニット 606の前面のほぼ全域を覆うアース電極 704 に各々接続される。箱形のシールドカバー 690力アナログ回路ユニット 606の背面上に数本の螺子 692により取り付けられる。シールドカバー 690は、アナログ回路ュニット 606の背面上の高周波発振回路 685の外周を覆う。シールドカバー 690には周波数調整螺子 694が設けられている。周波数調整螺子 694を回転させることにより、高周波発振回路 685の回路定数が変わり（例えば、高周波発振回路 685とシールドカバー 690間の空隙距離が変わって、共振回路のキャパシタンスが変化する）、それにより高周波発振回路 685の発振周波数が調整される。

[0212] スぺーサ 680、 682はいずれも、金属のような導電体製である力、又はその外面を導電体膜で覆われている。図 75に示すように、一方のスぺーサ 680は、アンテナ本体 600の背面のほぼ全域を覆うアース電極 702と、デジタル回路ユニット 608の前面のほぼ全域を覆うアース電極 702とに接触して、グランドレベルに保持される。他方のスぺーサ 682は、デジタル回路ユニット 608の背面の外周部に形成されたアース電極 703と、アナログ回路ユニット 606の前面のほぼ全域を覆うアース電極 702とに接触して、グランドレベルに保持される。スぺーサ 680、 682はいずれも、図 76に示すような輪状の形状を有し、給電ライン 686を包囲する。或は、スぺーサ 680、 682はいずれも、図 77に示すように、その中央部に、グランドレベルに保持されるシールドチューブ 683を有し、そして、このシールドチューブ 683内の給電ライン 686が揷通され、シールドチューブ 683と給電ライン 686は同軸に配置される。

[0213] デジタル回路ユニット 608には、アンテナ本体 600の制御やセンサ回路の制御などを行なうマイクロコンピュータなどが搭載される。また、デジタル回路ユニット 608の背面上には、幾つかの外部ポート 710が配置される。それらの外部ポート 710としては、センサ信号や電源電圧やモニタ信号などの各種信号の外部入出力のための信号入出力ポート、上述したマイクロコンピュータに内蔵されたフラッシュ ROMへのプログラムやデータの書き込みを行なうためのデータ書き込みポート、上記マイクロコンピュータに対して制御動作に関する各種の設定 (例えば、無給電素子のスィッチをオン Zオフする順序や周期など）を行なうための設定ポートなどがある。これらの外部ポート 710は、デジタル回路ユニット 608の背面から後方へ突出し、スぺーサ 682及びァナログ回路ユニット 606の内部を貫通する。従って、図 78に例示するように、外部ポート 710の上端の開口部力アナログ回路ユニット 606の背面上に露出して、デジタル回路ユニット 608へのアクセスを可能にする。外部ポート 710のうち、特に、データ書き込みポートは、製造段階でデータが書き込まれた後、ユーザによる勝手なデータ書き換えを不可能にするために合成樹脂などで閉塞されてもよい。

図 74及び 75に示されたアンテナは、全ての部品が積層され一体的に結合されているとともに、デジタル回路ユニット 608上の突出した外部ポートがスぺーサ 682及びアナログ回路ユニット 606内に収容されるので、コンパクトである。そして、給電線 68 6が、このコンパクトな積層構造のアンテナの厚みに相当する短い線路でよいため、給電線 686での電力損失を小さくすることができる。また、周波数調整螺子 694を用いて、発振周波数を変化させることができる。さらに、アンテナ本体 600、デジタル回路ュニット 608及びアナログ回路ユニット 606の間に、アース電極 700、 702、 703、 704に密着する導電体製のスぺーサ 680、 682が存在することにより、アンテナ本体 600とアナログ回路ユニット 606のグランドレベルを同一にし、良好なアンテナ性能を確保することができる。また、図 77に示すような構造のスぺーサ 680、 682を採用した場合、アンテナ本体 600と高周波発振回路 685間の給電ライン 686の周囲をグランドレベルに維持することができるので、電力損失が小さくなる。また、アンテナ本体 600 、デジタル回路ユニット 608及びアナログ回路ユニット 606を積層し一体的に結合することによって、アンテナ本体 600の背面 (グランド面)から放射される電波や、高周波発振回路 685から放射される不要な高調波が、外部へ放射されることが抑制され、よって、アンテナ本体 600の前面力電波を効率良く所望の方向へ放射させることができる。さらに、螺子 684力誘電体レンズ 602の内部に埋め込まれ、誘電体で覆われてアンテナ本体 600の前面上に露出しな!、ので、螺子 684が金属製又は金メッキのような導電性を有して、ても、アンテナ本体 600の前面カゝら放射される電波が螺子 684と干渉することが抑制され、電波を効率よく誘電体レンズ 602を通じて前方へ放射させることができる。

[0215] 図 79は、図 74及び図 75に示されたマイクロストリップアンテナの変形例の断面図を示す。

[0216] 図 79に示されたアンテナにおける、図 74及び図 75に示されたアンテナとの相違は、デジタル回路ユニット 608とアース電極 704とアナログ回路ユニット 606とが積層され一体に結合された三層構造体が用いられておる点である。デジタル回路ユニット 6 08とアナログ回路ユニット 606とは、両者間に挟まれた同じアース電極 704を共有している。図 74及び図 75に示されたスぺーサ 682は存在しない。図 79に示されたアンテナは、さらにコンパクトである。

[0217] 本実施例では、螺子 684がアナログ回路ユニット 606側から挿入され固定されている。しかし、誘電体レンズ 602や誘電体カバー 706を使用しない構造 (例えば、アンテナ素子の表面上に直接的に保護用の榭脂皮膜を形成した構造)を採用する場合、アンテナ本体 600側から螺子 684を挿入して全部品を固定することもできる。また、スぺーサ 680、 682の四隅に設けられた螺子を通すための貫通穴に、螺子の代わり金属棒を挿入し、この金属棒とアンテナ本体 600、デジタル回路ユニット 608及びァナログ回路ユニット 606のアース電極とを半田付け等で接続することで、全部品を固定することちでさる。

[0218] 図 80A〜図 80Cは、図 74及び 75、並びに図 79に示されたアンテナやその他の本発明に従うマイクロストリップアンテナに適用可能な誘電体レンズのノリエーシヨンを示す。

[0219] 誘電体レンズは必ずしも球面レンズである必要はなぐアンテナ表面の法線方向へ突出した種々の形状のもの、例えば図 80Aに示す三角錐形や図 80Bに示す台形錐形のレンズであってもよい。或は、図 80Cに示すような平らな誘電体板又は膜をレンズとして使った場合でも、アンテナゲインを向上させることができる。また、誘電体レンズの外表面に光触媒材料膜をコ一ティングすることにより、湿気や雨風による汚れなどがレンズに付着することを防ぐことができ、長期間にわたり効率良く電波を放射させることが可能である。

[0220] 図 81Aと図 81Bは、本発明の第 25の実施形態に力かるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図をそれぞれ示す。

[0221] 図 81Aと図 81B〖こ示すよう〖こ、基板 700内部にグランドレベルを提供するアース電極 705が形成される、基板 700前面上の略中央に給電素子 701が配置される。そして、矩形のループ状素子 702が、給電素子 701から僅かな距離だけ離れて給電素子 701の周囲を囲むように配置される。後述するように、ループ状素子 702は、給電素子 701よりサイズの大きい第 2の給電素子に類似した機能をもつ。ループ状素子 7 02 (または給電素子 701)の各角部から対角線外方向へ所定の素子間スペースだけ離れた位置に、第 1無給電素子 711、 712、 713、 714が配置される。さらに、ループ状素子 702 (または給電素子 701)の各辺縁からその法線外方向へ所定の素子間スペースだけ離れた位置に、第 2無給電素子 721、 722、 723、 724が配置されている。第 1無給電素子 711、 712、 713、 714には、それぞれ、それを接地する力、フロート状態にするかを切り替えるためのスィッチ (4つのスィッチのいずれもが図示省略）が、制御線 (スルーホール） 731、 732、 733、 734をそれぞれ介して接続され、それらのスィッチは基板 700の裏面に配置される。第 2無給電素子 721、 722、 723、 724 には、それぞれ、それを接地する力フロート状態にするかを切り替えるスィッチ 762、 764 (他の 2つのスィッチは図示省略）が、制御線 (スルーホール） 741、 742、 743、 744をそれぞれ介して接続されて、これらのスィッチ 762、 764も基板 700の裏面に配置される。

[0222] このマイクロストリップアンテナは、第 1共振周波数帯域と第 2共振周波数帯域とをもつ 2周波共用アンテナである。第 1共振周波数帯域は、給電素子 701の 1辺の長さにより決定される。給電線 703から第 1共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 701 に印加されると、給電素子 701を図中縦方向に励振する。第 2共振周波数帯域は、給電素子 701を囲むループ状素子 702の輪郭サイズ (特に、外辺の長さとライン幅）により決定される。給電線 703から第 2共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 70 1に印加されると、ループ状素子 702に電流が励起されて、ループ状素子 702を図中縦方向に励振する。このように励振方向はともに同じである力半波長（ gZ2) の長さが異なる 2種類の周波数にて共振を得ることができる。

[0223] 第 1無給電素子 711、 712、 713、 714は、それぞれ、 1辺の長さが第 1共振周波数帯域の半波長 λ gZ2程度である矩形状の電極であり、第 1共振周波数帯域にて共振することができる。第 2無給電素子 721、 722、 723、 724、それぞれ、 1辺の長さが第 2共振周波数帯域の半波長 λ gZ2程度である矩形状の電極であり、第 2共振周波数帯域にて共振することができる。

[0224] 給電線 703から第 1共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 701に印加されてヽる時【こ ίま、第 2無給電素子 721、 722, 723, 724【こ接続されたスィッチ 762、 764 の全ては ON (通過）にされて、第 2無給電素子 721、 722、 723、 724の全ては接地される。この時、このマイクロストリップアンテナからは、第 1共振周波数帯域の電波ビームが放射される。第 1無給電素子 711、 712、 713、 714の各々に接続されたスイツチを ON (通過）と OFF (遮断)の間で切り替えることにより、第 1共振周波数帯域の電波ビームの放射方向を変化させることができる。

[0225] 同様にして、給電線 703から第 2共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 701に印加されている時には、第 1無給電素子 711、 712、 713、 714に接続されたスィッチの全ては ON (通過）されて、第 1無給電素子 711、 712、 713、 714の全ては接地される。この時、このマイクロストリップアンテナからは、第 2共振周波数帯域の電波ビームが放射される。第 2無給電素子 721、 722、 723、 724に接続されたスィッチ 762、 764の各々を ON (通過）と OFF (遮断)の間で切り替えることにより、第 2共振周波数帯域の電波ビームの放射方向を変化させることができる。

[0226] このマイクロストリップアンテナは、コンパクトかつ薄型に構成されることが容易であり、かつ、 2種類の周波数の高周波電波ビームを送受信することができる。日本では現在、移動体検知センサのための周波数帯として、屋内用に 10GHz帯力屋外用に 2 4GHz帯の使用が認められている。そこで、このマイクロストリップアンテナにおいて、第 1共振周波数帯域が 24GHzに、第 2共振周波数帯域が 10GHzとなるよう素子の形状とサイズを決定すれば、この同じマイクロストリップアンテナを屋内と屋外を問わず如何なる場所でも使用することができる。

[0227] 図 82は、図 81Aに示したマイクロストリップアンテナの変形例の平面図を示す。

[0228] 図 82に示すように、ループ状素子 702 (または給電素子 701)力も所定の素子間スペースだけ離れた位置に、給電素子 701と同形状と同サイズの第 1無給電素子 711 、 712、 713、 714力己置される。第 1無給電素子 711、 712、 713、 714の各々の周囲を包囲するように、給電素子 701を囲むループ状素子 702と同形状と同サイズの矩形ループ状の第 2無給電素子 721、 722、 723、 724が配置される。第 2無給電素子 721、 722、 723、 724には、それぞれ、制御線 (スルーホール） 741、 742、 743、 744を介してスィッチ（図示省略）が接続され、それらのスィッチは基板 700の裏面に配置される。各スィッチの切り替えにより、ループ状の第 2無給電素子 721、 722、 72 3、 724の各々をフロート状態にする力接地するかを切り替えることができる。

[0229] 給電線 703から第 1共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 701に印加されている時には、第 2無給電素子 721、 722、 723、 724に接続されたスィッチの全ては O Nにされて、第 2無給電素子 721、 722、 723、 724の全ては接地される。この時、このマイクロストリップアンテナ力は、第 1共振周波数帯域の電波ビームが放射される

。第 1無給電素子 711、 712、 713、 714の各々に接続されたスィッチを ONと OFFの間で切り替えることにより、第 1共振周波数帯域の電波ビームの放射方向を変化させることがでさる。

[0230] 同様にして、給電線 703から第 2共振周波数帯域の高周波信号が給電素子 701に印加されている時には、第 1無給電素子 711、 712、 713、 714に接続されたスィッチの全ては ONにされて、第 1無給電素子 711、 712、 713、 714の全ては接地される。この時、このマイクロストリップアンテナからは、第 2共振周波数帯域の電波ビームが放射される。第 2無給電素子 721、 722、 723、 724に接続されたスィッチ 762、 764 の各々を ONと OFFの間で切り替えることにより、第 2共振周波数帯域の電波ビームの放射方向を変化させることができる。

[0231] 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ぐその他の様々な態様でも実施することができる。

Claims

請求の範囲

基板と、

前記基板の前面上に配置された給電素子と、

前記基板の前面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配置された無給電素子と、

前記無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段と

[2] 前記接地手段は、アース電極と、前記無給電素子を前記アース電極に接続しまた切り離すスィッチとを有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[3] 前記スィッチ力前記無給電素子と前記アース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 2記載のマイクロストリップアンテナ。

[4] 前記スィッチ力前記無給電素子と前記アース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 2記載のマイクロストリップアンテナ。

[5] 前記無給電素子が、前記給電素子から励振方向へ前記所定の素子間スペースだけ離れて配置され、

前記給電素子の共振周波数における電波の空気中での波長をえとしたとき、前記素子間スペースが λ Ζ4〜 λ Ζ30である請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[6] 前記無給電素子が、前記給電素子から励振方向に垂直な方向へ前記所定の素子間スペースだけ離れて配置され、

前記給電素子の共振周波数における電波の空気中での波長をえとしたとき、前記素子間スペースが λ Ζ4〜 λ Ζ9である請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[7] 前記給電素子とともに直線状に並ぶようにして前記給電素子の一側に配列された複数の前記無給電素子と、

複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有し、複数の前記無給電素子の前記素子間スペースがそれぞれ異なっている請求項 1

[8] 前記給電素子の異なる側にそれぞれ配置された複数の前記無給電素子と、

複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[9] 前記給電素子とともに直線状に並ぶようにして前記給電素子の両側に配列された複数の前記無給電素子と、

複数の前記無給電素子にそれぞれ対応した複数の前記スィッチ手段とを有し、

前記給電素子の一側に配置された前記無給電素子と、他側に配置された前記無給電素子の電子ビームに対する影響力 Sバランスするように、前記無給電素子のそれぞれのサイズ又は前記素子間スペースが異なっている請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[10] 前記給電素子と前記無給電素子の表面を含む前記基板の前面を被覆する誘電体層をさらに有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[11] 隣接し合う前記給電素子と別の前記給電素子の対向する端面、又は隣接し合う前記給電素子と前記無給電素子の対向する端面、又は隣接し合う前記無給電素子と別の前記無給電素子の対向する端面、を被覆する誘電体マスクをさらに有する請求項

[12] 前記基板の前面上に、前記給電素子と前記無給電素子とのセットからなるサブアンテナを複数有し、

複数の前記サブアンテナの境界に相当する前記基板の部分にスリットを有する請

[13] 前記基板の前面上に、前記給電素子と前記無給電素子とのセットからなるサブアンテナを複数有し、

複数の前記サブアンテナの境界に相当する前記基板の部分に、常に一定電位に維持されたシールド体を有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[14] 前記無給電素子が複数の箇所にて接地できるようになつている請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[15] 前記無給電素子が、前記給電素子に対して、前記給電素子の励振方向に斜めな方向に配置されて、る請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[16] 前記基板の前面上に、前記給電素子と前記無給電素子とのセットからそれぞれなる第 1の種類の 1以上のサブアンテナと第 2の種類の 1以上のサブアンテナとを有し、前記第 1と第 2の種類のサブアンテナは、前記無給電素子の前記給電素子に対する位置関係において相違し、

前記第 1と第 2の種類のサブアンテナが相補的な位置に配置されている請求項 1記

[17] 前記第 1の種類のサブアンテナでは、前記無給電素子が、前記給電素子に対し、前記給電素子の励振方向に斜めな方向に配置され、

前記第 2の種類のサブアンテナでは、前記無給電素子が、前記給電素子に対し、前記給電素子の励振方向に平行又は垂直な方向に配置されて、る請求項 16記載

[18] 前記無給電素子が、フロート状態であるときの励振方向に直交する前記無給電素子の 1以上の外縁の中央部近傍の位置に、常に接地される常時接地点を有する請求

[19] 前記給電素子が、前記給電素子を異なる方向に励振するための複数の給電点と、前記複数の給電点による励振のうちのいずれかを選択的に有効とし他を実質的に無効にするために選択的に接地される複数の接地点とを有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[20] 前記基板上に、複数の給電素子が、それらの間に無給電素子をおくことなく隣接して配置され、前記複数の給電素子を二次元的に囲むようにして複数の無給電素子が配置される請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[21] 前記基板上に、複数の給電素子が、それらの間に無給電素子をおくことなく隣接して配置され、

前記複数の給電素子の少なくとも一つの所定点を接地する力フロート状態にするかを切り替える第 2の接地手段をさらに備えた請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[22] 前記給電素子および前記無給電素子の正面に誘電体レンズが配置される請求項 1

[23] 前記接地手段は、前記無給電素子から高周波をグランドレベルへ逃がすための開閉可能な線路を有し、

前記線路の長さが、前記高周波の波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数)である請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[24] 前記無給電素子上の高周波をグランドレベルへ逃がすための前記接地手段の線路の長さ力前記高周波の波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数）とそうではない長さとの間で選択可能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。

[25] 前記給電素子上の n次高調波 (nは 2以上の整数)の電流振幅値が最小となる箇所またはその近傍の領域であって、かつ基本波の電流振幅値が最大となる箇所またはその近傍の領域中の所定点を接地するための第 2の接地手段をさらに備えた請求項 1

[26] 前記接地手段は、前記無給電素子から高周波をグランドレベルへ逃がすための開閉可能な線路を有し、

前記線路が開放状態にあるときにおける前記線路の前記無給電素子に繋がっている部分の長さ力前記高周波の波長の二分の一の m倍 (mは 1以上の整数)である請

[27] 前記接地手段は、前記無給電素子上の高周波をグランドレベルへ逃がすための開閉可能な線路を有し、

前記線路が、インピーダンスを調整するための手段を有する請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[28] 前記接地手段を制御する制御回路を有するほぼ平板状の第 1回路ユニットと、前記給電素子に印加されることになる高周波電力を発生する高周波発振回路を有するほぼ平板状の第 2回路ユニットと

を更に備え、

前記第 1及び第 2回路ユニットが、前記基板の背面上に積層された形で一体的に結合されている請求項 1記載のマイクロストリップアンテナ。

[29] 前記基板と前記第 1回路ユニットとの間、及び Z又は、前記第 1回路ユニットと前記第 2回路ユニットとの間に介装され、アース電位に保持されるほぼ平板状のスぺーサを更に備え、

前記基板と前記第 1及び第 2回路ユニットと前記スぺーサとが積層された形で一体的に結合されている請求項 28記載のマイクロストリップアンテナ。

[30] 前記第 2回路ユニット上の前記高周波発振回路と前記基板上の前記給電素子とに接続する給電ラインを備え、前記給電ラインが前記スぺーサの内側を通ってヽて前記スぺーサにより包囲されている請求項 29記載のマイクロストリップアンテナ。

[31] 前記第 1及び第 2回路ユニットが、前記第 1及び第 2回路ユニットの間に挟まれた同一のアース電極を共有している請求項 28記載のマイクロストリップアンテナ。

[32] 基板と、

前記基板の前面上に配置され、第 1共振周波数帯域にて共振する給電素子と、前記給電素子の周囲を囲むように配置され、第 2共振周波数帯域にて共振するループ状素子と、

前記基板の前面上に、前記ループ状素子または前記給電素子力所定の素子間スペースだけ離れて配置された第 1共振周波数帯域にて共振する第 1無給電素子と前記基板の前面上に、前記ループ状素子または前記給電素子力所定の素子間スペースだけ離れて配置された第 2共振周波数帯域にて共振する第 2無給電素子と前記第 1無給電素子および前記第 2無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段と

[33] マイクロストリップアンテナを用いた高周波センサにおいて、前記マイクロストリップァンテナが、

基板と、

前記基板の前面上に配置された給電素子と、前記基板の前面上に前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配置された無給電素子と、

前記無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段とを備えた高周波センサ。