JP3962870B2 - 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 - 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。

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、アンテナ電極から垂直方向へ電波を発信させるマイクロストリップアンテナが知られている。マイクロストリップアンテナから発信される統合的な電波ビームの放射方向を制御するための技術として、次のようなものが知られている。例えば、特許文献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放射方向を変化させる。また、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いる。このマルチビームアンテナでは、複数の給電素子の全部又は一部が、スイッチを介して給電端子に接続・開放可能になっており、スイッチにより給電される給電素子を切り換えることにより、放射方向の違う電波ビームが選択できるようになっている。

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から送信される統合的な電波ビームの放射方向をＸＹ方向に変えて２次元範囲をスキャンさせることにより、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。

特開平７−１２８４３５号公報 特開平９−２１４２３８号公報 特開２００３−１４２９１９号公報

特許文献１〜３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イッチを接続して、スイッチングを行なう必要がある。しかしながら、周波数が高くなるほど給電線路と高周波スイ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、高周波スイッチの性能、給電線路パターンのエッチング精度、及びスイ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イッチの接続部にてマイクロ波信号の反射量が増大して、高周波スイ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。

また、特許文献１や特許文献２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イッチを接続して、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個以上の高周波スイッチが必要である。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化には不向きである。

特許文献３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。

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。

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。

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、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イッチとを有する。このスイッチとして、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。

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、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λとしたとき、上記素子間スペースがλ／４〜λ／３０である。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、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／４〜λ／９である。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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イッチ手段とを有し、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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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イッチ手段とを有する。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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イッチ手段とを有し、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が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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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いる。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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いる。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

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、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。

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。

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、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。

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かフロート状態にするかが切り替え可能となっている。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、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。

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、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。

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、上記線路の長さが、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。

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、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。

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っている。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナは、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。

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、上記基板と上記第１回路ユニットとの間、及び／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、ほぼ平板状のスペーサが介装されている。そして、基板と第１及び第２回路ユニットとスペーサとが積層された形で一体的に結合されている。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、第２回路ユニット上の高周波発振回路から基板上の給電素子へと給電ラインが延びている。給電ラインは、上記スペーサの内側を通っていて、スペーサにより包囲されている。

一つの実施形態にかかるマイクロストリップアンテナでは、第１及び第２回路ユニットが、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。

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から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から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。

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。

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

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。

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が一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）。

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。

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。アース電極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１１５を通じて接続されている。

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であるスイッチ１２０、１２４の一側端子にそれぞれ接続されている。スイッチ１２０、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、アース電極１１６に接続されている。スイッチ１２０、１２４は個別にオン・オフ操作され得る。左側のスイッチ１２０のオン／オフ操作により、左側の無給電素子１０４がアース電極１１６に接続されるか、フロート状態になるかが切り替えられる。右側のスイッチ１２４のオン／オフ操作により、右側の無給電素子１０６がアース電極１１６に接続されるか、フロート状態になるかが切り替えられる。

スイッチ１２０、１２４には、好ましくは高周波スイッチが使用されるが、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く、高周波信号を遮断するスイッチのＯＦＦ性能（アイソレーション）が良好であれば良い。

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λｇに応じた最適アンテナ長（ほぼλｇ／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Ｌ／２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。

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、スイッチ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イッチが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化に適している。

図３は、スイッチ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の右側へ傾いていることを、マイナスの角度は左側に傾いていることを意味する。

図３に示すように、両方のスイッチ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。両方のスイッチ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。

左側スイッチ１２０がオンで右側スイッチ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）に傾いた方向へ放射される。他方、左側スイッチ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。

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。

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く、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。

図４において、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いる。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ロ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Δθ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Δθによって変わる。

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Δθだけ遅れている。ただし、この遅れ位相差Δθは１８０度より大きいので、むしろ実質的には、３６０度からΔθ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Δθ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、上記の遅れ位相差Δθ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Δθから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。

図４において、点線の曲線は、無給電素子が接地されてい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Δθ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Δθ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。

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。

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Δθ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。

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く、素子間スペースSと位相差Δθ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か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Δθ（無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差）との関係を例示するものである。

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が２λｇ（λｇ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Δθ（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、３６０度からΔθ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−Δθ）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。

他方、素子間スペースSが２λｇを超えると、無給電素子の給電素子に対する遅れ位相差Δθは３６０度を超える。ただし、図５では、Δθから３６０を差し引いた位相差（Δθ−３６０）が示されている。図５に示された位相差（Δθ−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。

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く、位相差Δθ（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。

図６に示すように、位相差Δθ（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（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度から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度から０度まで変化することが分かる。また、位相差Δθ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。

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２λｇ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２λｇを超えると無給電素子の方へ傾く。

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かフロートにするか（つまり、無給電素子を実質的に無効にするか有効にするか）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。

無給電素子の有効／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。

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。

図７に示すように、接地点の位置が、無給電素子の中心から０．２５Lより小さい（図１に示したL／２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から０．２５Lより大きい（図１に示したL／２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。

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とが等しい（Ｌ＝Ｗ）場合の例である。

図９は、本発明の第２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。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。

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、１３２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１３０、１３２の接地点は、無給電素子１３０、１３２の励振方向における中央から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かフロートにするかを切り替えるスイッチとが設けられている。

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った位置にある。２つの無給電素子１３０、１３２のうち、給電点から遠い方にある（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に対する素子間スペース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１３０、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、素子間スペース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度程度以下というように小さくなる）。

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）するかをスイ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からの電波ビームの放射方向を、基板１００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。

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

図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加えて、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イッチの操作により、外側の無給電素子１４０、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いる。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／無効を切り替えるためのスイッチの名称（次の図１１参照）である。

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、スイ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、１０６の各々の有効／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／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／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／左方へ切り替えることができる。

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。

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。

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／無効の切り替えを行うためのスイッチについては、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イッチの配置を容易にするために、千鳥配置になっている。

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、Ｓｆ、Ｓｇは、それぞれの無給電素子１０６、１４２、１５３の有効／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のものより更に細かくなる。

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

図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／無効を切り替えるためのスイ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／無効を切り替えるためのスイッチの名称（次の図１４参照）である。

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、スイ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。

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かせることができる。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、１３２一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度程度の方向に傾かせることができる。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度の方向に傾かせることもできる。

図１５は、図１３に示した第４実施形態の変形例を示す。

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１０２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１３２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イッチとの間に十分距離をとって、発振回路とスイ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、発振回路とスイ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。

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／２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ュレーションの結果によると、素子間スペースＳｉ及びSｈがλ／２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、素子間スペースＳｉ及びSｈがλ／２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かった。

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／４〜約λ／３０の範囲内であることが望ましく、そのうち特に約λ／９〜約λ／３０の範囲内が一層望ましく、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／４〜約λ／９の範囲内であることが望ましく、そのうち特に約λ／５〜約λ／９の範囲内がより望ましいことがわかった。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×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７．１ｍｍ（＝λ／４）〜０．９５ｍｍ（＝λ／３０）が好ましく、３．１７ｍｍ（＝λ／９）〜０．９５ｍｍ（＝λ／３０）が更に好ましく、また、左右の素子間スペースSｈは、７．１ｍｍ（＝λ／４）〜３．１７ｍｍ（＝λ／９）が好ましく、５．７１ｍｍ（＝λ／５）〜３．１７ｍｍ（＝λ／９）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。

図１６は、図１３に示した第４実施形態の別の変形例を示す。

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かくなる。また、ゲインも向上させることができる。

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

図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／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／無効を切り替えるためのスイッチの名称（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に対する遅れ位相差Δθ（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２λｇ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に対する遅れ位相差Δθ（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２λｇ未満の位置に配置されている）。

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／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。

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。

図１９Aは、本発明の第６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図であり、図１９Bは同マイクロストリップアンテの断面図である。

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のほぼ全表面領域が、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／無効を切り替えるための構成やマイクロ波スイ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。

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λｇ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。

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く、例えば１００〜２００程度が、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。

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

図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。

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ィビティ（アンテナから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（W／Sr））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、ディレクティビティとゲインを一層向上させることができる。

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。

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が、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から放射される電波の波長λｇ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、ディレクティビティ及びゲインの向上が図れる。

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。

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が、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。

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。

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が、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、それらの端面から放射される電波の波長λｇ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、アンテナ全体の小型化が図れる。

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から得られる位相差を調整することができる。

図２４Aは、本発明の第８の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。図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。

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が構成されている。これらサブアンテナ２２０、２２２、２２４、２２６の相互間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。

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いディレクティ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／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。

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。

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をより高密度に配置することが可能になり、マイクロストリップアンテナ全体の小型化が図れる。

図２５Aは、本発明の第９の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。図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。

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において、サブアンテナ２２０、２２２、２２４、２２６間の境界に相当する基板１００の部分に、スリットではなく、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、２２２、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。

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

図２６に示すマイクロストリップアンテナでは、図１に示した構成に加えて、それぞれの無給電素子１０４、１０６に追加の制御線２６０、２６２が接続されており、これらの制御線２６０、２６２は、図示してないが、他の制御線１１０、１１２の同様、基板１００の背面上のスイッチにより個別にアース電極に接続／切離しできるようになっている。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L／２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イッチの名称である（図２８参照）。

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ロ波電流の波形を示す。

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が、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。

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。

図２８に示すように、無給電素子を接地するかフロートにするかという２段階の切り替えだけでなく、１つの接地点のみを接地するか、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かく制御することができる。

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。

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。しかし、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。

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。

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１０２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く、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。

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。

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、比較的誘電率が高いＴｉ（チタン）を含有した金属酸化物や比較的誘電率が低いＳｉＯ２（シリカ）を含有した金属酸化物でも良い。誘電体層３００のεｒ（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が、例えばεｒ（比誘電率）が１０程度の材料を用いた場合の厚さは例えば１０μｍ前後である。

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。

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、λｇ／２）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イッチしたとき、電波の放射方向は、より広角に傾くことになる。

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。

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。

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。

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が、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。

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の一方を無効にスイッチしても、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の一方を無効にスイッチしたとき、電波の放射方向は顕著に傾くことになる。

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、細い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×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との間のスペースの距離が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）×５．０ｍｍ（幅）である。

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。シミュレーショ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４．０ｍｍの間で種々に変えている。

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から分かるように、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、上記シミュレーショ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５ｍｍ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。

図３９Aは、本発明の第１４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し、図３９Bは、図３９AのA-A線に沿った断面構成を示す。

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

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加え、次の追加的構成を有する。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、スイッチ３２２と接続される。スイッチ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、スイッチ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。

図４０Aは、上記の第１４実施形態において、スイッチ３２２がオフであるとき、図４０Bは、スイッチ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。

図４０A,Bから分かるように、スイッチ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、アンテナから放射される電力量が極端に小さくなる。マイクロ波信号源から給電素子１０２に高周波信号を加えて続けている状態で、スイッチ３２２をオンとオフに切替えることにより、アンテナから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に接続されたスイッチ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、スイッチ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。

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

図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。

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から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。

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３２６（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。

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４３Aと図４３Bに示されたスイッチ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 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４３Aは、ＭＥＭＳスイッチ４０６のＯＦＦ状態を示しており、図４３Bは、ＯＮ状態を示している。ＭＥＭＳスイッチ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が、図４３Bに示されるＯＮ状態においてさえ、ＭＥＭＳスイッチ４０６内の固定電気接点４１０と可動電気接点４０８の間が機械的に開いており接触していない点である。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スイッチ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。

この原理を図４４〜図４６を参照して説明する。

図４４Aと図４４Bはそれぞれ、従来型のＭＥＭＳスイッチの電気接点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スイッチ４０６の電気接点４０８、４１０の名目上のＯＦＦ状態とＯＮ状態を示す。

図４４Aと図４４Bに示すように、従来型のＭＥＭＳスイッチでは、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ＯＮ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スイッチ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ＯＦＦ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４０６は、電波ビームの傾きを制御する用途に適している。

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イ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。

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、４１０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。

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

図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が、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４７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。

図４８は、本発明の第１７の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図であり、図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の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図を示す。

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に示す電極配置をもつ２つのサブアンテナ４４９，４５９とが、２×２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が給電素子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が給電素子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が給電素子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とが、２×２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４７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は、基板１００の前面に配置されている。これに対し、給電電極４２０，４３０，４４０，４５０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４２０，４３０，４４０，４５０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イッチ（図示せず）を介して接続される。

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が、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／２〜２λ／３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が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く、よって、無給電素子間の干渉が小さい。

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

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ッ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が追加されている。常時接地点５０２，５０４，５０６，５０８は、それぞれ、図５２に示すように、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のスルーホール５１０，５１２しか図示してないが、他の接地点５０６，５０８についても同様である。）。常時接地点５０２，５０４，５０６，５０８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／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イッチを指す。

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）がかなり大きく、そのために、各無給電素子１０４，１０６，１３０，１３２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１０４，１０６，１３０，１３２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５００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。

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。

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λｇＡの約１／２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λｇＢの約１／２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５３８Ｂ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い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イ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。このスイッチ操作により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５３２Ｂ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がアンテナから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、スイッチ操作で接地点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。

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，５３２Ｂ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。

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。

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プ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プラ信号処理回路（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から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いる。

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いを示している。

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５５０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プ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きる。

図５７は、本発明の第２０の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図である。図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。

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が配置される。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から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化させるために、無給電素子５６２，５６４，５６６，５７２，５７４，５７６中の偏った位置に配置された１又は複数の素子の状態を接地か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。

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間の距離が長い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が隣り合っ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。

図５９に示す変形例は、無給電素子５６４，５７４が、給電素子５６０，５７０を、二次元的ではなく、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から発射される電波のパワーが、給電素子５６０，５７０から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。

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。

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、スルーホールとスイッチ（図示省略）を介してアース電極に接続されたり、アース電極から切り離されたりするようになっている。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加えて、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かく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。

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。

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５６２，５６４，５６６，５７２，５７４，５７６，５９０，５９２，５９４，５９６が給電素子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や、電波ビームの方向をより細かく制御することができる効果が期待できる。

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／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。

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

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６００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いる。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ユニット６０６と、スイッチ制御回路や検知回路（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ユニット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樹脂材料などで形成することが好ましい。難燃性や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く、さらに、耐熱性や耐水性も望まれる場合、例えばＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）樹脂が好ましい。また、誘電体レンズ６０２を小型、薄型化したい場合は、比較的誘電率が高いアルミナやジルコニ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い材料で被覆するようにしてもよい。

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。

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。

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

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イッチ６１６には、半導体スイッチまたはMEMSスイ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とスイッチ６１６内部の電流路とを含むが、この線路は細く、スイッチ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、スイッチ６１４がオン状態であっても、線路の長さTに応じた大きさの高周波電流が無給電素子６１０に流れる。

図６４は、上記線路の長さTとスイッチ６１４がオン状態のときの無給電素子６１０に流れる電流量Iとの関係を示している。

スイッチ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、スイッチ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から分かるように、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λｇの二分の一の整数倍にすればよい。すなわち、線路長Tがλｇ／２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λｇ／２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、スイッチ６１６として半導体スイッチまたはMEMSスイ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λｇ／２×ｎ（ｎは１以上の整数）にすることが望ましい。因みに、スイッチとして機械的なスイッチを用いて、か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、半導体スイッチまたはMEMSスイッチの場合に比較して、上記位相ズレの問題は小さい。

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、電極スイッチ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。

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に接続するか否かを切替えるためのスイッチ６１６として、SPDT式（Single Pole Double Throw：双投式）のMEMSスイッチ又は半導体スイッチが採用される。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、細長い中継線路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、スイッチ６１６の２つの選択端子６２２，６２４がそれぞれ接続され、そして、スイッチ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やスイッチ６１６を通る線路長Tがλｇ／２の所定整数倍（例えば２倍、つまりλｇ）であり、選択端子６２２がオンの時には上記線路長Tはλｇ／２の所定整数倍ではないように（例えばλｇより短く、３λｇ／４よりは長い）、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いる。

図６６は、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は、図６５に示したアンテナにおける、スイッチ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６６において、参照番号６３０は、スイッチ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λｇ／２の整数倍（例えばλｇ）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λｇ／２の整数倍ではなく（例えばλｇより短く、３λｇ／４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、スイッチ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、スイッチ６１６をオフにするか、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、アンテナから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、より細かく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。

図６８は、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。

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、それに加えて、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が、それぞれスルーホール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く、かつその基本波の放射角度を保った状態で、アンテナから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。

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_ｇ１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。

図７０において、ハッチングで示された領域６６０，６６０が、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い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がより大きいほど、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。

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λ_ｇ１，λ_ｇ２，λ_ｇ３ 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。

ハッ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λ_ｇ１／６以上、λ_ｇ１／２−λ_ｇ１／６以下の距離範囲にあり、そこでは基本波の電流振幅i_１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λ_ｇ２／２以上、λ_ｇ２／２＋λ_ｇ２／６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（上側又は下側の終端縁）からλ_ｇ3／２−λ_ｇ３／６以上、λ_ｇ３／２＋λ_ｇ３／６以下の距離範囲であり、そこでは二次および三次高調波の電流振幅i_２とi_３は最小またはその近傍であるから、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。

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λ_ｇ２／２以上、λ_ｇ２／２＋λ_ｇ２／１２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（上側又は下側の終端縁）からλ_ｇ3／２−λ_ｇ３／１２以上、λ_ｇ３／２＋λ_ｇ３／１２以下の距離範囲である。この領域６６２，６６２５２A，５２Bでは、基本波の電流振幅値i_１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。

図７１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。

図７１に示されるアンテナは、図６３に示された第２２の実施形態にかかるアンテナと、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λg／２×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、スイッチ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の接地点から基板１００の裏面のスイ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からスイッチ６１６までの中継線路６７０、及びスイッチ６１６内部の伝送線路６７３の合計の線路長）が、λg／２×ｎ（ｎは１以上の整数）になっている（例えば、U=λg／２）。また、無給電素子６１０の長さVもλg／２×ｎ（ｎは１以上の整数）になっている（例えば、V=λg／２）。スイッチ６１６として、半導体スイッチや機械スイッチ（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イ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、スイッチ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。スイッチ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λg／２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。

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、スイッチ６１６のオン／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の変化とアンテナから放射される電波の方向とを示す。

図７２Aと図７２Bの左側には、スイッチ６１６がオフの時の状態が示されている。図７２A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λg／２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λg／２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く、電波の方向は或る角度θ１だけ傾く。図７２Aと図７２Bの右側には、スイッチ６１６がオンの時の状態が示されている。スイッチ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θ２で傾くが、この傾き角度θ２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λg／２の整数倍である方が、スイッチ６１６のオン／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。

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継線６７０の長さを変えれば良い。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、スイッチ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、スイッチ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。

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。

図７３に示すように、スルーホール６１２とスイッチ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から変化させることで、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、中継線路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っても、インピーダンスを最適値に調整することができる。

図７４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。

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及びデジタル回路ユニット６０８を有する。しかし、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、スペーサ６８０、デジタル回路ユニット６０８、スペーサ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、スペーサ６８０、アナログ回路ユニット６０６、スペーサ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。

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、アナログ回路ユニット６０６、スペーサ６８２、デジタル回路ユニット６０８、及びスペーサ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、同軸ケーブルの芯線を包囲する同軸金属チューブが、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が、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、アナログ回路ユニット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。

スペーサ６８０、６８２はいずれも、金属のような導電体製であるか、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、一方のスペーサ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。他方のスペーサ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。スペーサ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、スペーサ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が挿通され、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。

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、無給電素子のスイッチをオン／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、スペーサ６８２及びア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の上端の開口部が、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ペーサ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６８６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、デジタル回路ユニット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ペーサ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ペーサ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の前面から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が、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いので、螺子６８４が金属製又は金メッキのような導電性を有していても、アンテナ本体６００の前面か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。

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。

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６０８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に示されたスペーサ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。

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樹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、スペーサ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及びア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もできる。

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バリエーションを示す。

誘電体レンズは必ずしも球面レンズである必要はなく、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ー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。

図８１Aと図８１Bは、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の平面図と断面図をそれぞれ示す。

図８１Aと図８１Bに示すように、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７０２（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、それを接地するかフロート状態にするかを切り替えるためのスイッチ（４つのスイ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、それらのスイッチは基板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、それを接地するかフロート状態にするかを切り替えるスイッチ７６２、７６４（他の２つのスイッチは図示省略）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、これらのスイッチ７６２、７６４も基板７００の裏面に配置される。

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７０１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が、半波長（λｇ／２）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。

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λｇ／２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λｇ／２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。

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に接続されたスイッチ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ッチを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。

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に接続されたスイッチの全ては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に接続されたスイッチ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。

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帯が、屋外用に２４ＧＨｚ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。

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。

図８２に示すように、ループ状素子７０２（または給電素子７０１）から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が配置される。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を介してスイッチ（図示省略）が接続され、それらのスイッチは基板７００の裏面に配置される。各スイッチの切り替えにより、ループ状の第２無給電素子７２１、７２２、７２３、７２４の各々をフロート状態にするか接地するかを切り替えることができる。

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に印加されている時には、第２無給電素子７２１、７２２、７２３、７２４に接続されたスイッチの全てはＯＮ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きる。

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に接続されたスイッチの全ては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に接続されたスイッチ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。

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

本発明の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１のA-A断面図。 スイッチ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。 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。 素子間スペースSと位相差Δθとの関係の一例を示す図。 位相差Δθと電波ビームの放射角度との関係の一例を示す図。 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。 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の一例を示す図。 本発明の第２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 図１０に示したマイクロストリップアンテナにおいて、スイ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。 第３実施形態の変形例を示す平面図。 本発明の第４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 図１３に示すマイクロストリップアンテナにおいて、スイ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。 第４実施形態の変形例を示す平面図。 第４実施形態の別の変形例を示す平面図。 本発明の第５の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 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／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。 本発明の第６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。 本発明の第７の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第７実施形態の変形例の平面図と断面図。 第７実施形態の別の変形例の平面図と断面図。 第７実施形態のまた別の変形例の平面図と断面図。 本発明の第８の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。 本発明の第９の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図と断面図。 本発明の第１０の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第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。 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。 無給電素子の配置に関する変形例を示す平面図。 給電素子に関する変形例を示す平面図。 本発明の第１１の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第１２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第１３の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第１，１１，１２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。 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。 本発明の第１４の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図及び断面図。 第１４実施形態において、スイッチ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。 本発明の第１５の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第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４３A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４３Bは同ＭＥＭＳスイッチのＯＮ状態を示す断面図。 図４４A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４４Bは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。 図４５Aは図４３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４５Bは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。 図４６A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４６Bは同電気接点のＯＮ状態を示す断面図。 本発明の第１６の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第１７の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 図４８のA-A断面図。 本発明の第１８の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 本発明の第１９の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 図５２のA-A断面図。 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。 本発明の第２０の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの平面図。 第２０実施形態の変形例の平面図。 第２０実施形態の別の変形例の平面図。 第２０実施形態のまた別の変形例の平面図。 第２０実施形態のさらにまた別の変形例の平面図。 本発明の第２１の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの断面図。 本発明の第２２の実施形態にかかるマイクロストリップアンテナの断面図。 第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、スイッチ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。 第２２の実施形態の変形例の裏面の平面図。 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６５に示したアンテナにおける、スイッチ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。 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断面図。 図６８のＡ-Ａ線に沿った断面図を示す。 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。 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断面図（１つの無給電素子６１０に対応する部分のみ抜粋）。 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、スイッチ６１６のオン／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の変化とアンテナから放射される電波の方向とを示す図。 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）。 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断面図。 第２４の実施形態の分解図。 第２４の実施形態におけるスペーサ６８８、６８２の平面図。 図７６に示したスペーサ６８８、６８２の変形例の平面図。 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。 第２４の実施形態の変形例の断面。 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８１Aと図８１Bは、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の平面図と断面図。 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、２０４、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 スイッチ
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 スルーホール
３２２ スイッチ
３２４ 接地線
６０２ 誘電体レンズ
６１６ MEMSスイッチまたは半導体スイッチ
６４８ 接地点

Claims (20)

1. 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、
   前記高周波信号の前記基板上での波長をλｇとしたとき、前記給電素子と前記無給電素子の励振方向の長さＬが略λｇ/２であり、
   前記無給電素子が、前記励振方向において前記無給電素子の中央を中心とした幅L/2の範囲より外側に配置された接地点をもち、
   前記接地手段が、
   前記無給電素子の前記接地点に一端が接続され且つ前記接地点から前記基板の厚み方向へ前記基板を貫通する導電線であるスルーホールと、
   前記基板の内部または背面上に配置され、前記スルーホールが内側を通過する切欠き部を有するアース電極と、
   前記基板の背面上の前記スルーホールの他端上に配置され且つ前記スルーホールの他端と前記アース電極の前記切欠き部の内縁箇所との間を電気接点の機械的な開閉でON状態とOFF状態に切り換える機械的スイッチと
   を有する、マイクロストリップアンテナ。
2. 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接地手段と
   を有する請求項１記載のマイクロストリップアンテナ。
3. 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接地手段と
   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がバランスするように、前記無給電素子のそれぞれの前記励振方向に直交する方向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。
4. 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。
5. 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. 前記無給電素子が複数の箇所にて接地でき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。
7. 前記無給電素子が、前記給電素子に対して、前記励振方向に斜めな方向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。
8. 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記載のマイクロストリップアンテナ。
9. 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いる請求項８記載のマイクロストリップアンテナ。
10. 前記無給電素子が、フロート状態であるときの前記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項１記載のマイクロストリップアンテナ。
11. 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。
12. 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。
13. 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か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。
14. 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記載のマイクロストリップアンテナ。
15. 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記載のマイクロストリップアンテナ。
16. 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。
17. 前記基板と前記第１回路ユニットとの間、及び／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ペーサを更に備え、
    前記基板と前記第１及び第２回路ユニットと前記スペ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１６記載のマイクロストリップアンテナ。
18. 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ペーサの内側を通っていて前記スペーサにより包囲されている請求項１７記載のマイクロストリップアンテナ。
19. 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１６記載のマイクロストリップアンテナ。
20. 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、
    前記高周波信号の前記基板上での波長をλｇとしたとき、前記給電素子と前記無給電素子の励振方向の長さＬが略λｇ/２であり、
    前記無給電素子が、前記励振方向において前記無給電素子の中央を中心とした幅L/2の範囲より外側に配置された接地点をもち、
    前記接地手段が、
    前記無給電素子の前記接地点に一端が接続され且つ前記接地点から前記基板の厚み方向へ前記基板を貫通する導電線であるスルーホールと、
    前記基板の内部または背面上に配置され、前記スルーホールが内側を通過する切り欠き部を有するアース電極と、
    前記基板の背面上の前記スルーホールの他端上に配置され且つ前記スルーホールの他端と前記アース電極の前記切り欠き部の内縁箇所との間を電気接点の機械的な開閉でON状態とOFF状態に切り換える機械的スイッチと
    を有する、高周波センサ。
    

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