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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024024556
(43)【公開日】2024-02-22
(54)【発明の名称】電波センサ装置
(51)【国際特許分類】
G01S 13/56 20060101AFI20240215BHJP
G01S 7/03 20060101ALI20240215BHJP
H01Q 13/02 20060101ALI20240215BHJP
【ＦＩ】
G01S13/56
G01S7/03 230
H01Q13/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022127478
(22)【出願日】2022-08-09
(71)【出願人】
【識別番号】000191238
【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001896
【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】及川 和夫
【テーマコード（参考）】
5J045
5J070
【Ｆターム（参考）】
5J045AA05
5J045AA21
5J045AB05
5J045DA01
5J070AB15
5J070AB24
5J070AC02
5J070AD02
5J070AE09
5J070AG03
5J070AH31
5J070AK40
(57)【要約】
【課題】鋭い指向性と高いアンテナ利得が得られ、小型化が可能な電波センサ装置を提供する。
【解決手段】電波センサ装置１００Ａは、高周波信号を発生させる発振器、送信アンテナ１０、受信アンテナ１１、ミキサおよび信号処理装置を備え、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１は、それぞれ送信アンテナ部２１と送信ホーン部２２Ａ、および受信アンテナ部２３と受信ホーン部２４Ａを有し、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３は同一平面上に離間して配置され、送信ホーン部２２Ａの内壁および受信ホーン部２４Ａの内壁は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を分離する壁部２７を有し、この壁部２７が送信ホーン部２２Ａおよび受信ホーン部２４Ａの開口端側からそれぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向けて、平面に垂直な壁面領域を有し、かつ送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａが壁部２７を介して隣接して配置されている。
【選択図】図２
【解決手段】電波センサ装置１００Ａは、高周波信号を発生させる発振器、送信アンテナ１０、受信アンテナ１１、ミキサおよび信号処理装置を備え、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１は、それぞれ送信アンテナ部２１と送信ホーン部２２Ａ、および受信アンテナ部２３と受信ホーン部２４Ａを有し、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３は同一平面上に離間して配置され、送信ホーン部２２Ａの内壁および受信ホーン部２４Ａの内壁は、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を分離する壁部２７を有し、この壁部２７が送信ホーン部２２Ａおよび受信ホーン部２４Ａの開口端側からそれぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向けて、平面に垂直な壁面領域を有し、かつ送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａが壁部２７を介して隣接して配置されている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高周波信号を発生させる発振器と、
前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、
対象物からの前記高周波信号の反射波を受信する受信アンテナと、
前記高周波信号と前記受信アンテナで受信された反射波とを混合して受信信号を生成させるミキサと、
前記受信信号から前記対象物の検知信号を生成させる信号処理装置と
を備え、
前記送信アンテナは、送信アンテナ部と送信ホーン部とを有し、
前記受信アンテナは、受信アンテナ部と受信ホーン部とを有し、
前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部は、同一平面上に離間して配置され、
前記送信ホーン部の内壁および前記受信ホーン部の内壁は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する壁部を有し、前記壁部は、前記送信ホーン部および前記受信ホーン部の開口端側からそれぞれ前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部に向けて、前記平面に垂直な壁面領域を有し、かつ
前記送信ホーン部と前記受信ホーン部が、前記壁部を介して隣接して配置されている
電波センサ装置。
前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、
対象物からの前記高周波信号の反射波を受信する受信アンテナと、
前記高周波信号と前記受信アンテナで受信された反射波とを混合して受信信号を生成させるミキサと、
前記受信信号から前記対象物の検知信号を生成させる信号処理装置と
を備え、
前記送信アンテナは、送信アンテナ部と送信ホーン部とを有し、
前記受信アンテナは、受信アンテナ部と受信ホーン部とを有し、
前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部は、同一平面上に離間して配置され、
前記送信ホーン部の内壁および前記受信ホーン部の内壁は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する壁部を有し、前記壁部は、前記送信ホーン部および前記受信ホーン部の開口端側からそれぞれ前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部に向けて、前記平面に垂直な壁面領域を有し、かつ
前記送信ホーン部と前記受信ホーン部が、前記壁部を介して隣接して配置されている
電波センサ装置。
【請求項2】
前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、円錐ホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成されている、
請求項１記載の電波センサ装置。
請求項１記載の電波センサ装置。
【請求項3】
前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、角錐ホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成されている、
請求項１記載の電波センサ装置。
請求項１記載の電波センサ装置。
【請求項4】
前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、複モードホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成されている、
請求項１記載の電波センサ装置。
請求項１記載の電波センサ装置。
【請求項5】
前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は一体として、高さ方向に隔壁を有する貫通孔を備えた円柱または角柱の部材からなり、前記隔壁が前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する前記壁部である、
請求項１～４いずれか１項に記載の電波センサ装置。
請求項１～４いずれか１項に記載の電波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電波センサ装置に関し、特にマイクロ波帯域やミリ波帯域の電波を利用して検知領域内にある対象物を検知する電波センサ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電波を利用して検知領域内にある対象物を検知する電波センサ装置は、電波を送信信号として空間に放射し、対象物によって反射された反射波を信号処理することにより、対象物の有無、移動状態、対象物までの距離等を検知することができる。この種の電波センサ装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１３－１１３８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
図２６は、一般的な電波センサ装置の構成を説明する図である。図２６に示すように、電波センサ装置１００は、対象物２００が存在する空間に高周波信号（マイクロ波帯域またはミリ波帯域の電波）を放射する送信アンテナ１０と、対象物２００からの高周波信号の反射波を受信する受信アンテナ１１と、所定の周波数の高周波信号を発生させる発振器１２と、発振器１２で発生する高周波信号を増幅して送信アンテナ１０に供給する送信側増幅器１３と、受信アンテナ１１で受信される反射波を増幅する受信側増幅器１４と、発振器１２で発生する高周波信号と受信側増幅器１４で増幅される反射波を混合し、低周波の受信信号を生成するミキサ１５と、ミキサ１５で生成される低周波の受信信号を増幅する増幅器１６と、増幅器１６で増幅される受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１７と、Ａ／Ｄ変換器１７で変換される受信信号に所望の信号処理を行う信号処理装置１８とで構成されている。信号処理装置１８の信号処理に応じて、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。１９は発振器１２やミキサ１５等で構成されているセンサ回路部で、プリント基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するマイクロ波集積回路あるいはＩＣ（集積回路）基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するモノリシックマイクロ波・ミリ波集積回路で構成することができる。
【0005】
このような構成の電波センサ装置１００では、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１は、パッチアンテナ、パッチアレーアンテナ、ホーンアンテナ等で構成することができる。
【0006】
ところで、マイクロ波帯域やミリ波帯域の電波を利用する電波センサ装置では、上記のようにセンサ回路部１９が集積化され小型化が進んでいる。そのため、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１についても、小型でセンサ回路部１９を構成する集積回路との接続が容易なパッチアンテナが用いられることが多い。しかし、単体のパッチアンテナは利得が低く検知距離が短い。また広い指向性を有するため、所望の検知領域以外の物体の動き等を検知してしまう。検知距離を伸ばすという観点から、パッチアンテナを複数接続し、特定方向のアンテナ利得を高くするパッチアレーアンテナを採用することも考えられるが、パッチアレーアンテナはパッチアンテナ間を接続する伝送線路が長くなり、その損失によりアンテナの効率が低下するという問題があった。
【0007】
一方、ホーンアンテナは、パッチアンテナと比べて高いアンテナ効率を得ることができる。また、アンテナの指向性を適切に設計することにより、所望の検知領域以外からの不要な反射波（ノイズ）を低減することができ、感度の向上も期待される。図２７は、関連技術における送信アンテナ１０と受信アンテナ１１をホーンアンテナで構成する電波センサ装置１００の断面模式図である。図２７に示すように、基板２０上に送信アンテナ部２１と送信アンテナ部２１を覆うように送信ホーン部２２が配置されて送信アンテナ１０が構成される。また受信アンテナ部２３と受信アンテナ部２３を覆うように受信ホーン部２４が配置されて受信アンテナ１１が構成される。図２８は、図２７にも対応する基板２０上に配置されるコプレーナー型パッチアンテナで構成する送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３を示す平面模式図である。送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３をそれぞれコプレーナー型パッチアンテナで構成する場合、図２８に示すように基板２０上の送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３の周囲に接地面２６が配置され、この接地面２６上にそれぞれ送信ホーン部２２と受信ホーン部２４が配置される。送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３には、図２６に示す発振器１２やミキサ１５等が形成されているセンサ回路部１９が伝送線路２５によって接続される。
【0008】
図２７に示すように、大きな開口を備える送信ホーン部２２および受信ホーン部２４を基板２０上に隣接して配置すると、送信アンテナ１０の送信アンテナ部２１と受信アンテナ１１の受信アンテナ部２３は、それぞれセンサ回路部１９と比較的長い伝送線路２５で接続される。このような構成の電波センサ装置１００において、マイクロ波帯域またはミリ波帯域の高周波信号を利用する場合、長い伝送線路２５によって損失が大きくなってしまう。また大きな開口の送信ホーン部２２および受信ホーン部２４を配置する必要があるためセンサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１が大きくなってしまうという問題があった。
【0009】
そこで本発明は、鋭い指向性と高いアンテナ利得が得られ、センサ回路部と送信アンテナ部および受信アンテナ部を含むセンサ回路領域の小型化が可能な電波センサ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の電波センサ装置は、高周波信号を発生させる発振器と、前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、対象物からの前記高周波信号の反射波を受信する受信アンテナと、前記高周波信号と前記受信アンテナで受信された反射波とを混合して受信信号を生成させるミキサと、前記受信信号から前記対象物の検知信号を生成させる信号処理装置とを備え、前記送信アンテナは、送信アンテナ部と送信ホーン部とを有し、前記受信アンテナは、受信アンテナ部と受信ホーン部とを有し、前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部は、同一平面上に離間して配置され、前記送信ホーン部の内壁および前記受信ホーン部の内壁は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する壁部を有し、前記壁部は、前記送信ホーン部および前記受信ホーン部の開口端側からそれぞれ前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部に向けて、前記平面に垂直な壁面領域を有し、かつ前記送信ホーン部と前記受信ホーン部が、前記壁部を介して隣接して配置されている。
【発明の効果】
【0011】
本発明の電波センサ装置によれば、送信ホーン部の内壁および受信ホーン部の内壁は、送信アンテナと受信アンテナとを分離する壁部を有し、この壁部は、送信ホーン部および受信ホーン部の開口端側からそれぞれ送信アンテナ部および受信アンテナ部に向けて、送信アンテナ部および受信アンテナ部が配置される平面に垂直な壁面領域を有し、かつ送信ホーン部と受信ホーン部が、壁部を介して隣接して配置されているため、電波センサ装置、特にセンサ回路部と送信アンテナ部および受信アンテナ部とを含むセンサ回路領域の小型化が可能となる。その結果、伝送線路を短くすることができアンテナ効率を高くすることができる。さらにまた送信アンテナと受信アンテナは、ホーンアンテナ構造で構成されるため、鋭い指向性と高いアンテナ利得を有する電波センサ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態である電波センサ装置（実施形態１）における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図3】実施形態１の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＥ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図4】実施形態１の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＨ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図5】実施形態１の電波センサ装置の検知エリアを説明する図である。
【図7】本発明の一実施形態である電波センサ装置（実施形態２）における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図9】実施形態２の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＨ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図10】実施形態２の電波センサ装置の電界分布を説明する図である。
【図11】実施形態２の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＥ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図12】実施形態２の電波センサ装置の検知エリアを説明する図である。
【図13】実施形態２の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図14】実施形態２の別の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図15】本発明の一実施形態である電波センサ装置（実施形態３）における送信アンテナと受信アンテナの断面模式図である。
【図16】実施形態３の電波センサ装置の電界分布を説明する図である。
【図17】実施形態３の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＨ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図18】実施形態３の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＥ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図19】実施形態３の電波センサ装置の検知エリアを説明する図である。
【図20】本発明の一実施形態である電波センサ装置（実施形態４）における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図21】実施形態４の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの断面模式図である。
【図22】実施形態４の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＨ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図23】実施形態４の電波センサ装置の送信アンテナおよび受信アンテナのＥ面におけるアンテナ利得を説明する図である。
【図24】実施形態４の電波センサ装置の検知エリアを説明する図である。
【図25】実施形態４の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。
【図26】一般的な電波センサ装置の構成の説明図である。
【図27】関連技術における送信アンテナと受信アンテナをホーンアンテナで構成する電波センサ装置の断面模式図である。
【図28】関連技術における基板上に配置されるコプレーナー型パッチアンテナで構成する送信アンテナ部と受信アンテナ部を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の電波センサ装置について、図面を参照して説明するが、本発明はこれらの形態に限定されるものではなく、以下に説明する部材、材料等は、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。また図面において同一符号は同等あるいは同一のものを示し、各構成要素間の大きさや位置関係などは便宜上のものであり、実態を反映したものではない。
【0014】
（実施形態１）
本実施形態の電波センサ装置１００Ａは、図２６で説明した電波センサ装置１００同様、対象物２００が存在する空間に高周波信号（マイクロ波帯域またはミリ波帯域の電波）を放射する送信アンテナ１０と、対象物２００からの高周波信号の反射波を受信する受信アンテナ１１と、所定の周波数の高周波信号を発生させる発振器１２と、発振器１２で発生する高周波信号を増幅して送信アンテナ１０に供給する送信側増幅器１３と、受信アンテナ１１で受信される反射波を増幅する受信側増幅器１４と、発振器１２で発生する高周波信号と受信側増幅器１４で増幅される反射波を混合し、低周波の受信信号を生成するミキサ１５と、ミキサ１５で生成される低周波の受信信号を増幅する増幅器１６と、増幅器１６で増幅される受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１７と、Ａ／Ｄ変換器１７で変換される受信信号に所望の信号処理を行う信号処理装置１８とで構成されている。信号処理装置１８の信号処理に応じて、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。発振器１２やミキサ１５等が形成されているセンサ回路部１９は、発振器１２やミキサ１５等で構成される高周波回路部とミキサ１５から出力された低周波の信号の増幅およびＡＤ変換回路とデジタル化された信号を用いて演算を行い必要な情報を抽出する信号処理回路で形成される。高周波回路部は、プリント基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するマイクロ波集積回路あるいはＩＣ（集積回路）基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するモノリシックマイクロ波・ミリ波集積回路で構成することができる。
本実施形態の電波センサ装置１００Ａは、図２６で説明した電波センサ装置１００同様、対象物２００が存在する空間に高周波信号（マイクロ波帯域またはミリ波帯域の電波）を放射する送信アンテナ１０と、対象物２００からの高周波信号の反射波を受信する受信アンテナ１１と、所定の周波数の高周波信号を発生させる発振器１２と、発振器１２で発生する高周波信号を増幅して送信アンテナ１０に供給する送信側増幅器１３と、受信アンテナ１１で受信される反射波を増幅する受信側増幅器１４と、発振器１２で発生する高周波信号と受信側増幅器１４で増幅される反射波を混合し、低周波の受信信号を生成するミキサ１５と、ミキサ１５で生成される低周波の受信信号を増幅する増幅器１６と、増幅器１６で増幅される受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１７と、Ａ／Ｄ変換器１７で変換される受信信号に所望の信号処理を行う信号処理装置１８とで構成されている。信号処理装置１８の信号処理に応じて、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。発振器１２やミキサ１５等が形成されているセンサ回路部１９は、発振器１２やミキサ１５等で構成される高周波回路部とミキサ１５から出力された低周波の信号の増幅およびＡＤ変換回路とデジタル化された信号を用いて演算を行い必要な情報を抽出する信号処理回路で形成される。高周波回路部は、プリント基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するマイクロ波集積回路あるいはＩＣ（集積回路）基板上にセンサ回路部を構成する機能素子を配置するモノリシックマイクロ波・ミリ波集積回路で構成することができる。
【0015】
本実施形態の電波センサ装置１００Ａは、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を鋭い指向性と高いアンテナ効率が得られるホーンアンテナ構造とし、かつセンサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ａの小型化が可能な構成としている。センサ回路領域１０１Ａの小型化に伴い、伝送線路を短くすることができ、送信および受信効率を高くすることが可能となっている。図１は、本発明の実施形態１の電波センサ装置１００Ａにおける送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の平面模式図であり、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が配置される基板２０の一部を示している。図２は、図１に示す電波センサ装置１００ＡのＡ－Ａ線における断面模式図である。図１および２に示すように本実施形態１に係るセンサ領域１０１Ａは、基板２０上に送信アンテナ１０を構成する送信アンテナ部２１と受信アンテナ１１を構成する受信アンテナ部２３が配置されている。送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３はそれぞれコプレーナー型パッチアンテナで構成することができる。ここで、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３は、壁部２７が配置できる程度に近接して配置することができ、例えば送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長とすることができる。その結果、センサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ａの小型化が可能となる。
【0016】
送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３を覆うように配置される送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａは、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３の間に壁部２７を配置する構成とされている。壁部２７は接地面２６に接続され、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアイソレーション（分離）特性を改善する役割を有する。壁部２７の壁面を除く送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａの内壁は、所望のアンテナ利得および指向性が得られるように設計される一般的な円錐ホーンの内壁の一部で構成することができる。本実施形態においては、所望の特性が得られる円錐ホーンが壁部２７で高さ方向に均等に分割され、この分割された円錐ホーンの一方の内壁と壁部２７の一方の面により送信ホーン部２２Ａが構成され、円錐ホーンの他方の内壁と壁部２７の他方の面により受信ホーン部２４Ａが構成される。送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａはそれぞれ、接地面２６を介して基板２０上に配置され、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３近傍の形状を矩形導波管形状とし、開口面積が送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３から離れる高さ方向に拡がるように構成され、開口部がそれぞれ半円形状となる。
【0017】
また壁部２７が基板２０の表面に対して垂直に配置され、送信ホーン部２２Ａおよび受信ホーン部２４Ａの開口端側から、それぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向かって垂直な壁面領域が構成されている。このように壁部２７により空間を均等に分割することで、隣接して配置される送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａを壁部２７に対して対称形状とすることができ、特性の揃った送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が隣接して配置される。ここで「垂直に配置」とは、基板２０の表面に対して完全に直交する方向に壁面領域が形成される場合のほか、所望の特性が得られる範囲内であって基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いた壁面領域が形成される場合を含むものとする。また壁面領域の一部が基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いている場合も含むものとする。例えば、送信ホーン部２２Ａと受信ホーン部２４Ａをダイカストなどの金型を用いた方法で作製する場合、壁面には抜き勾配が必要となり、必ずしも垂直とはならない。
【0018】
センサ回路部１９に形成されている発振器１２で発生する高周波信号は、伝送線路２５を通り送信アンテナ部２１に伝送される。本実施形態では、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長程度まで隣接して配置するため、伝送線路２５の長さを短くすることができる。そのため伝送線路２５の伝送による損失が少なく、発振器１２で発生する高周波信号は、コプレーナー型のパッチアンテナで構成される送信アンテナ部２１から効率的に送出され、送信ホーン部２２Ａにおいて所望の方向に電波が向かうように整形されて、送信アンテナ１０の開口部から空間に放射される。そのため、所望の方向での利得（アンテナ利得）が高められる。本実施形態では、図１に示す壁部２７に平行なＮ軸に平行な面をＥ面、Ｎ軸に直交するＭ軸に平行な面をＨ面として説明する。
【0019】
高周波信号が放射された空間に対象物２００が存在すると、送信アンテナ１０から放射された高周波信号は、対象物２００で反射する。この反射波は受信アンテナ１１が受信する。受信アンテナ１１では、反射波が受信ホーン部２４Ａを通り受信アンテナ部２３で導波管モードから伝送線路モードに変換され、伝送線路２５を通りセンサ回路部１９に伝送される。センサ回路部１９で所望の信号処理を施すことにより、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。なお、センサ回路部１９は、所望の検知を行うために必要な処理回路を含む信号処理装置に相当する。
【0020】
図３は、本実施形態の電波センサ装置１００Ａの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図１に示す壁部２７に平行な面（Ｅ面）のアンテナ利得を示している。図３において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得を破線で示しており、角度０度は図１に示す送信アンテナ部２１の中心または受信アンテナ部２３の中心における基板２０の表面に対して垂直方向となる。図３に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面（送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３が配置される基板２０の表面に対して垂直方向）のアンテナ利得が最も高いことがわかる。また送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間でアンテナ利得に差がないことがわかる。
【0021】
図４は、本実施形態の電波センサ装置１００Ａの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図１に示す壁部２７に直交する面（Ｈ面）のアンテナ利得を示している。図４において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得は破線で示している。図４に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面のアンテナ利得が最も高いことがわかる。また送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間でアンテナ利得にほとんど差がないことがわかる。
【0022】
図５は、図３および４に示すアンテナ利得の送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を備えた電波センサ装置１００Ａの検知エリアを説明する図であり、ミリ波帯域（周波数６０ＧＨｚ）の高周波信号を送受信した場合の例である。図５において、図１に示す壁部２７に平行な面（Ｅ面）の検知エリアを実線で示し、直交する面（Ｈ面）の検知エリアを破線で示す。このような検知エリアを有する電波センサ装置１００Ａでは、例えば電波センサ装置１００からみたａ－ａ線の検知エリアの形状は、図６に示すように楕円形の検知エリアとなる。また本実施形態ではホーンアンテナ構造とすることで、サイドローブの少ない鋭い指向性が得られていることが確認できる。さらにまた伝送線路２５が短く、送信および受信効率が高く、アンテナ効率が高いため、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１をパッチアンテナで構成する場合と比較して同じ開口サイズでも遠方の対象物を検知することができる。
【0023】
（実施形態２）
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態２について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｂは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１と相違している。
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態２について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｂは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１と相違している。
【0024】
本実施形態の電波センサ装置１００Ｂも、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を鋭い指向性と高いアンテナ効率が得られるホーンアンテナ構造とし、かつセンサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｂの小型化が可能な構成としている。センサ回路領域１０１Ｂの小型化に伴い、伝送線路を短くすることができ、送信および受信効率を高くすることが可能となっている。図７は、本発明の実施形態２の電波センサ装置１００Ｂにおける送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の平面模式図であり、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が配置される基板２０の一部を示している。図８は、図７に示す電波センサ装置１００ＢのＢ－Ｂ線における断面模式図である。図７および８に示すように本実施形態２に係る電波センサ装置１００Ｂは、基板２０上に送信アンテナ１０を構成する送信アンテナ部２１と受信アンテナ１１を構成する受信アンテナ部２３が配置されている。送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３はそれぞれコプレーナー型パッチアンテナで構成することができる。ここで、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３は、壁部２７が配置できる程度に近接して配置することができ、例えば送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長とすることができる。その結果、センサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｂの小型化が可能となる。
【0025】
送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３を覆うように配置される送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂは、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３の間に壁部２７を配置する構成とされている。壁部２７は接地面２６に接続され、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアイソレーション（分離）特性を改善する役割を有する。壁部２７の壁面を除く送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂの内壁は、所望のアンテナ利得および指向性が得られるように設計される一般的な角錐ホーンの内壁の一部で構成することができる。本実施形態においては、所望の特性が得られる角錐ホーンが壁部２７で高さ方向に均等に分割され、この分割された角錐ホーンの一方の内壁と壁部２７の一方の面により送信ホーン部２２Ｂが構成され、角錐ホーンの他方の内壁と壁部２７の他方の面により受信ホーン部２４Ｂが構成される。送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂはそれぞれ、接地面２６を介して基板２０上に配置され、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３近傍の形状を矩形導波管形状とし、開口面積が送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３から離れる高さ方向に拡がるように構成され、送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂの開口部はそれぞれ正方形となる。
【0026】
また壁部２７が基板２０の表面に対して垂直に配置され、送信ホーン部２２Ｂおよび受信ホーン部２４Ｂの開口端側から、それぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向かって垂直な壁面領域が構成されている。このように壁部２７により空間を均等に分割することで、隣接して配置される送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂを壁部２７に対して対称形状とすることができ、特性の揃った送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が隣接して配置される。本実施形態においても、「垂直に配置」とは、基板２０の表面に対して完全に直交する方向に壁面領域が形成される場合のほか、所望の特性が得られる範囲内であって基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いた壁面領域が形成される場合を含むものとする。また壁面領域の一部が基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いている場合も含むものとする。
【0027】
センサ回路部１９に形成されている発振器１２で発生する高周波信号は、伝送線路２５を通り送信アンテナ部２１に伝送される。本実施形態においても、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長程度まで隣接して配置できるため、伝送線路２５の長さを短くすることができる。そのため伝送線路２５の伝送による損失が少なく、発振器１２で発生する高周波信号は、コプレーナー型のパッチアンテナで構成される送信アンテナ部２１から効率的に送出され、送信ホーン部２２Ｂにおいて所望の方向に電波が向かうように整形されて送信アンテナ１０の開口部から空間に放射される。そのため、所望の方向での利得（アンテナ利得）が高められる。本実施形態では、図７に示す壁部２７に平行な面をＥ面、Ｅ面に直交する面をＨ面として説明する。
【0028】
高周波信号が放射された空間に対象物２００が存在すると、送信アンテナ１０から放射された高周波信号は、対象物２００で反射する。この反射波は受信アンテナ１１が受信する。受信アンテナ１１では、反射波が受信ホーン部２４Ｂを通り受信アンテナ部２３で導波管モードから伝送線路モードに変換され、伝送線路２５を通りセンサ回路部１９に伝送される。センサ回路部１９で所望の信号処理を施すことにより、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。
【0029】
図９は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｂの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図７に示す壁部２７に直交する面（Ｈ面）のアンテナ利得を示している。図９において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得を破線で示している。図９に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面からずれた位置でアンテナ利得が最も高いことがわかる。これは、図１０に本実施形態の電波センサ装置１００Ｂの送信アンテナ１０から高周波信号が放射される場合の電界分布図を示すように、高周波信号が開口の正面から傾いて放射されるため、アンテナ利得が最も高い位置が開口の正面からずれることがわかる。受信アンテナ１１についても同様で、開口の正面から送信アンテナ１０の傾きとは逆の方向に傾いた方向からの受信アンテナ利得が最も高くなる。
【0030】
図１１は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｂの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図７に示す壁部２７に平行な面（Ｅ面）のアンテナ利得を示している。図１１において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得は破線で示している。図１１に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面のアンテナ利得が最も高いことがわかる。また送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間でアンテナ利得にほとんど差がないことがわかる。
【0031】
図１２は、図９および１１に示すアンテナ利得の送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を備えた電波センサ装置１００Ｂの検知エリアを説明する図であり、ミリ波帯域（周波数６０ＧＨｚ）の高周波信号を送受信した場合の例である。図１２において、図７に示す壁部２７に平行な面（Ｅ面）の検知エリアを実線で示し、壁部２７に直交する面（Ｈ面）の検知エリアを破線で示す。送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の指向性がずれているため正面方向の検知距離はアンテナの開口面積から期待される検知距離より短いものとなっているが、図１２に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の前方の検知が可能であることがわかる。また本実施形態ではホーンアンテナ構造とすることで、鋭い指向性が得られていることが確認できる。このように送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の指向性がわずかに正面からずれている場合であっても、電波センサ装置１００Ｂとして使用可能であることが確認された。
【0032】
なお本実施形態では、送信アンテナ１０の送信ホーン部２２Ｂと、受信アンテナ１１の受信ホーン部２４Ｂの開口において、それぞれＥ面とＨ面の幅をほぼ同じ寸法として正方形の開口とした場合について説明したが、送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂの開口において、Ｅ面とＨ面の比は任意に選択した矩形とすることもできる。さらに任意の多角形とすることもできる。また、送信ホーン部２２Ｂと受信ホーン部２４Ｂを壁部２７に対して非対称に形成することも可能である。
【0033】
次に、実施形態２の変形例について説明する。一般的に、電波センサ装置を用いる場合、例えば電波法により送信アンテナの送信電力および送信アンテナ利得の最大値が制限される場合がある。そこで実施形態２の変形例は、送信アンテナの開口面積より受信アンテナの開口面積を大きくすることで、受信アンテナのアンテナ利得を大きくする構成としている。図１３は、実施形態２の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。送信アンテナ１０の開口面積と比較し、受信アンテナ１１の開口面積が大きくなっている。また実施形態２の別の変形例では、送信アンテナ１０の数より受信アンテナ１１の数を多くすることで、複数の受信回路を備える構成とすることもできることを示している。図１４は、実施形態２の別の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。送信アンテナ１０の数と比較し、受信アンテナ１１の数が多くなっている。このように送信アンテナ部１０と受信アンテナ１１の開口面積や数を適宜設定することで、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を調整することが可能となる。また、複数の受信回路を備えることで、対象物が存在する角度の検知や干渉対策ができる高機能な電波センサ装置とすることも可能となる。
【0034】
（実施形態３）
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態３について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｃは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１および２と相違している。
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態３について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｃは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１および２と相違している。
【0035】
本実施形態の電波センサ装置１００Ｃも、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を鋭い指向性と高いアンテナ効率が得られるホーンアンテナ構造とし、かつセンサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｃの小型化が可能な構成としている。図１５は、本発明の実施形態３の電波センサ装置１００Ｃにおける送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の断面模式図であり、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が配置される基板２０の一部を示している。本実施形態の電波センサ装置１００Ｃは、上記実施形態２の電波センサ装置１００Ｂと同一の平面模式図で表すことができるので、平面模式図については図示を省略する。図１５は、上記実施形態２で説明した図８に相当する断面模式図となる。図１５に示すように本実施形態３に係る電波センサ装置１００Ｃは、基板２０上に送信アンテナ１０を構成する送信アンテナ部２１と受信アンテナ１１を構成する受信アンテナ部２３が配置されている。送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３はそれぞれコプレーナー型パッチアンテナで構成することができる。ここで、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３は、壁部２７が配置できる程度に近接して配置することができ、例えば送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長とすることができる。その結果、センサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｃの小型化が可能となる。
【0036】
送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３を覆うように配置される送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃは、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３の間に壁部２７を配置する構成とされている。壁部２７は接地面２６に接続され、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアイソレーション（分離）特性を改善する役割を有する。壁部２７の壁面を除く送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃの内壁は、所望のアンテナ利得および指向性が得られるように設計される一般的な複モードホーンの内壁の一部で構成することができる。本実施形態においては、所望の特性が得られる複モードホーンが壁部２７で高さ方向に均等に分割され、この分割された複モードホーンの一方の内壁と壁部２７の一方の面により送信ホーン部２２Ｃが構成され、複モードホーンの他方の内壁と壁部２７の他方の面により受信ホーン部２４Ｃが構成される。送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃはそれぞれ、接地面２６を介して基板２０上に配置され、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３近傍の形状を矩形導波管形状とし、開口面積が送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３から離れる高さ方向に拡がり、その拡がりが所定の位置で変化するように構成されている。送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃの開口部はそれぞれ正方形となる。
【0037】
また壁部２７が基板２０の表面に対して垂直に配置され、送信ホーン部２２Ｃおよび受信ホーン部２４Ｃの開口端側から、それぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向かって垂直な壁面領域が構成されている。このように壁部２７により空間を均等に分割することで、隣接して配置される送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃを壁部２７に対して対称形状とすることができ、特性の揃った送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が隣接して配置される。本実施形態においても、「垂直に配置」とは、基板２０の表面に対して完全に直交する方向に壁面領域が形成される場合のほか、所望の特性が得られる範囲内であって基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いた壁面領域が形成される場合を含むものとする。また壁面領域の一部が基板２０の表面に対して直交する方向からわずかに傾いている場合も含むものとする。
【0038】
センサ回路部１９に形成されている発振器１２で発生する高周波信号は、伝送線路２５を通り送信アンテナ部２１に伝送される。本実施形態においても、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長程度まで隣接して配置できるため、伝送線路２５の長さを短くすることができる。そのため伝送線路２５の伝送による損失が少なく、発振器１２で発生する高周波信号は、コプレーナー型のパッチアンテナで構成される送信アンテナ部２１から効率的に送出され、送信ホーン部２２Ｃにおいて所望の方向に電波が向かうように整形されて、送信アンテナ１０の開口部から空間に放射される。そのため、所望の方向での利得（アンテナ利得）が高められる。本実施形態においても、壁部２７に平行な面をＥ面、Ｅ面に直交する面をＨ面として説明する。
【0039】
高周波信号が放射された空間に対象物２００が存在すると、送信アンテナ１０から放射された高周波信号は、対象物２００で反射する。この反射波を受信アンテナ１１が受信する。受信アンテナ１１では、反射波が受信ホーン部２４Ｃを通り受信アンテナ部２３で導波管モードから伝送線路モードに変換され、伝送線路２５を通りセンサ回路部１９に伝送される。センサ回路部１９で所望の信号処理を施すことにより、対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。
【0040】
図１６に本実施形態の電波センサ装置１００Ｃの送信アンテナ１０から高周波信号が放射される場合の電界分布図を示す。上記実施形態２の電波センサ装置１００Ｂで説明した図１０に示す電界分布図と比較して、高周波信号が放射される方向が正面側に向いていることがわかる。このように高周波信号が放射される方向を変える技術は、一般的な複モードホーンを設計する技術を適用することにより可能となる。
【0041】
図１７は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｃの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、壁部２７に直交する面（Ｈ面）のアンテナ利得を示している。図１７において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得を破線で示している。図１７に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面のアンテナ利得が最も高いことがわかる。またホーン形状が非対称なためサイドローブの形状が非対称となり片側に比較的大きなサイドローブがあらわれているが、送信アンテナ１０のサイドローブと受信アンテナ１１のサイドローブの傾きが対称になるため送信アンテナ１０のサイドローブが大きな角度では受信アンテナ１１のサイドローブが小さくなる。
【0042】
図１８は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｃの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、壁部２７に平行な面（Ｅ面）のアンテナ利得を示している。図１８において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得は破線で示している。図１８に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、開口の正面のアンテナ利得が最も高いことがわかる。また送信アンテナ１０と受信アンテナ１１との間でアンテナ利得にほとんど差がないことがわかる。
【0043】
図１９は、図１７および１８に示すアンテナ利得の送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を備えた電波センサ装置１００Ｃの検知エリアを説明する図であり、ミリ波帯域（周波数６０ＧＨｚ）の高周波信号を送受信した場合の例である。図１９において、壁部２７に平行な面（Ｅ面）の検知エリアを実線で示し、壁部２７に直交する面（Ｈ面）の検知エリアを破線で示す。図１９に示すように、電波センサ装置１００Ｃは、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の前方の検知が可能であることがわかる。また本実施形態ではホーンアンテナ構造とすることで、鋭い指向性が得られていることが確認できる。特に本実施形態の電波センサ装置１００Ｃでは、上記実施形態２で説明した電波センサ装置１００Ｂのように高周波信号が放射される方向が正面から傾くことが抑えられ、電波センサ装置としての検知距離を長くすることができ好ましい。本実施形態の一例では、Ｈ面、Ｅ面の両方の指向性が鋭く（狭く）、かつアンテナの正面方向に指向性を揃えることができるため正面のアンテナ利得が大きく、検知エリアを長くすることができ、より遠方の対象物を検知することができる。本実施形態の一例では、実施形態２で説明した送信アンテナ１０および受信アンテナ１１と同じ開口サイズで検知エリアを約２倍にすることができており、より遠方の対象物を検知することができる。また、非対称なサイドローブの影響は送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得の合成により補償され検知エリアとして対称性のよい形状が得られていることも確認できる。
【0044】
なお本実施形態では、送信アンテナ１０の送信ホーン部２２Ｃと、受信アンテナ１１の受信ホーン部２４Ｃのそれぞれの開口のＥ面とＨ面の幅をほぼ同じ寸法として正方形の開口とした場合について説明したが、送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃの開口において、Ｅ面とＨ面の比は任意に選択した矩形とすることもできる。さらに任意の多角形とすることもできる。また、送信ホーン部２２Ｃと受信ホーン部２４Ｃを壁部２７に対して非対称に形成することも可能である。
【0045】
本実施形態においても、上記実施形態２の変形例で説明したように、送信アンテナ１０の開口面積と比較して受信アンテナ１１の開口面積を大きくすることができる。また上記実施形態２の別の変形例で説明したように、送信アンテナ１０の数と比較して受信アンテナ１１の数を多くすることもできる。このように送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の開口面積や数を適宜設定することで、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を調整することが可能となる、また、複数の受信回路を備えることで、対象物が存在する角度の検知や干渉対策ができる高機能な電波センサ装置とすることも可能となる。
【0046】
（実施形態４）
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態４について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｄは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１～３と相違している。
次に、本発明の電波センサ装置の実施形態４について説明する。本実施形態の電波センサ装置１００Ｄは、実施形態１同様、図２６で説明した電波センサ装置１００と同様の構成と信号処理により対象物２００の有無の検知、移動状態の検知、対象物までの距離の検知等を行うことができる。また、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の形状が実施形態１～３と相違している。
【0047】
本実施形態の電波センサ装置１００Ｄも、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を鋭い指向性と高いアンテナ効率が得られるホーンアンテナ構造とし、かつセンサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｄの小型化が可能な構成としている。図２０は、本発明の実施形態４の電波センサ装置１００Ｄにおける送信アンテナ１０と受信アンテナ１１の平面模式図であり、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１が配置される基板２０の一部を示している。図２１は、図２０に示す電波センサ装置１００ＤのＤ－Ｄ線における断面模式図である。図２０および２１に示すように本実施形態４に係る電波センサ装置１００Ｄは、基板２０上に送信アンテナ１０を構成する送信アンテナ部２１と受信アンテナ１１を構成する受信アンテナ部２３が配置されている。送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３はそれぞれコプレーナー型パッチアンテナで構成することができる。ここで、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３は、壁部２７が配置できる程度に近接して配置することができ、例えば送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３のそれぞれの中心間の寸法を使用される高周波信号の１波長とすることができる。その結果、センサ回路部１９と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３とを含むセンサ回路領域１０１Ｄの小型化が可能となる。
【0048】
送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３を覆うように配置される送信ホーン部２２Ｄと受信ホーン部２４Ｄは、送信アンテナ部２１と受信アンテナ部２３の間に壁部２７を配置する構成とされている。壁部２７は接地面２６に接続され、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアイソレーション（分離）特性を改善する役割を有する。壁部２７の壁面を除く送信ホーン部２２Ｄと受信ホーン部２４Ｄの内壁は、所望のアンテナ利得および指向性が得られるように設計される一般的な複モードホーンの内壁の一部で構成することができる。本実施形態においては、Ｅ面またはＨ面のいずれか一方の開口を広くし、もう一方の開口は広くしない短冊状の開口としている。このような形状の開口とすることにより送信アンテナ１０および受信アンテナ１１の指向性は開口の広い方向においては狭い指向性となり、開口の狭い方向においては広い指向性となる。この指向性の広がり方向を送信アンテナ１０と受信アンテナ１１で同じ形状となる様に配置することで、検知エリアは、例えば水平方向に広く、垂直方向には狭い扇状の形状とすることができる。このような指向性の送信アンテナ１０および受信アンテナ１１を備える電波センサ装置１００Ｄは、水平方向の検知を行う場合に、観測に不要な上下方向の指向性を狭くし、所望の方向での利得（アンテナ利得）を高くするとともに、地面や天井などによって反射された電波による干渉なども低減することが可能となり、所望の方向の検知エリアを広くすることが可能となる。
【0049】
【0050】
図２２は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｄの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図２０および２１に示す壁部２７に直交する面（Ｈ面）のアンテナ利得を示している。図２２において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得を破線で示している。図２２に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、上記実施形態３で説明した図１７に示すアンテナ利得とほぼ同じとなっていることがわかる。
【0051】
図２３は、本実施形態の電波センサ装置１００Ｄの送信アンテナ１０と受信アンテナ１１のアンテナ利得を説明する図であり、図２０および２１に示す壁部２７に平行な面（Ｅ面）のアンテナ利得を示している。図２３において、送信アンテナ１０のアンテナ利得を実線で示し、受信アンテナ１１のアンテナ利得は破線で示している。図２３に示すように、送信アンテナ１０と受信アンテナ１１は、上記実施形態３で説明した図１８に示すアンテナ利得と比較して広いことがわかる。
【0052】
図２４は、図２２および２３に示すアンテナ利得の送信アンテナ１０と受信アンテナ１１を備えた電波センサ装置１００Ｄの検知エリアを説明する図であり、ミリ波帯域（周波数６０ＧＨｚ）の高周波信号を送受信した場合の例である。図２３において、壁部２７に平行な面（Ｅ面）の検知エリアを実線で示し、壁部２７に直交する面（Ｈ面）の検知エリアを破線で示す。図２４に示すように、本実施形態の電波センサ装置１００Ｄの指向性は、Ｈ面では狭く、Ｅ面では広い扇型の形状を有することがわかる。そこで、例えばＨ面を地面に垂直になる様に設置することで広い角度で、遠方の検知が可能となる。この場合、地面などからの反射波は低減され、好ましい。
【0053】
なお上記説明では、送信アンテナ１０の送信ホーン部２２Ｄと、受信アンテナ１１の受信ホーン部２４Ｄのそれぞれの開口のＥ面を狭く、Ｈ面の幅を広くしたが、図２０および２１に示す壁部２７に直交する面をＥ面、Ｅ面に直交する面をＨ面とすることも可能である。
【0054】
次に、実施形態４の変形例について説明する。図２５は、実施形態４の変形例の電波センサ装置における送信アンテナと受信アンテナの平面模式図である。本実施形態の変形例では、複数の送信アンテナ１０および複数の受信アンテナ１１が配置されている。このように複数の送信アンテナ１０および受信アンテナ１１を配置することで、複数の受信アンテナ１１間の受信信号の位相差から対象物の角度(位置)の検出や、送信アンテナ１０を切り替えることによる干渉の影響の低減などの様々な応用に適用することが可能である。なお、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１の配置、数量は、図２５に示す例に限定されず任意に設定できる。本実施形態の変形例では、上記実施形態４で説明した電波センサ装置が隣接した構造となり、実施形態４同様、センサ回路部と送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３を含むセンサ回路領域１０１Ｄ１の小型化が可能となる。
【0055】
以上の各実施形態において、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３は、コプレーナー型パッチアンテナ構造で構成すると説明したが、本発明はそのような形態に限定されるものではなく、スロットアンテナ構造や導波管プローブ構造に変更することが可能である。また、上記実施形態に限定されず受信アンテナ１１の数を送信アンテナ１０の数より適宜多く配置するなど種々変更することができる。さらにまた、電波センサ装置１００Ａ～Ｄは、送信ホーン部２２Ａ～Ｄと受信ホーン部２４Ａ～Ｄを構成する壁部２７に、送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３が配置される平面に垂直な壁面領域を設けることで小型化が実現できる。上記実施形態においては、壁部２７は全体が上記平面に垂直な壁面領域となっているが、電波センサ装置１００Ａ～Ｄの小型化が可能な程度に、送信ホーン部２２Ａ～Ｄおよび受信ホーン部２４Ａ～Ｄの開口端側からそれぞれ送信アンテナ部２１および受信アンテナ部２３に向けての一定領域を上記平面に垂直な壁面領域とすればよい。
【0056】
また、送信アンテナ１０および受信アンテナ１１について、Ｅ面とそれに直交するＨ面を特定して説明したが、Ｅ面とＨ面が入れ替わった場合であっても問題はない。
【0057】
上記実施形態で説明した送信ホーン部２２Ａ～Ｄおよび受信ホーン部２４Ａ～Ｄを、一体として、高さ方向に隔壁を有する貫通孔を備えた円柱または角柱の部材で構成すると、基板２０上に送信アンテナ１０および受信アンテナ１１を接合する際の接着性を向上させることができる。また送信アンテナ１０および受信アンテナ１１全体の外形を円柱形状として外周にネジ加工を施すことにより、電波センサ装置１００Ａ～Ｄをネジ留めにより設置することも容易となる。
【0058】
（まとめ）
（１）本発明の電波センサ装置の一実施形態は、高周波信号を発生させる発振器と、前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、対象物からの前記高周波信号の反射波を受信する受信アンテナと、前記高周波信号と前記受信アンテナで受信された反射波とを混合して受信信号を生成させるミキサと、前記受信信号から前記対象物の検知信号を生成させる信号処理装置とを備え、前記送信アンテナは、送信アンテナ部と送信ホーン部とを有し、前記受信アンテナは、受信アンテナ部と受信ホーン部とを有し、前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部は、同一平面上に離間して配置され、前記送信ホーン部の内壁および前記受信ホーン部の内壁は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する壁部を有し、前記壁部は、前記送信ホーン部および前記受信ホーン部の開口端側からそれぞれ前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部に向けて、前記平面に垂直な壁面領域を有し、かつ前記送信ホーン部と前記受信ホーン部が、前記壁部を介して隣接して配置されている。
（１）本発明の電波センサ装置の一実施形態は、高周波信号を発生させる発振器と、前記高周波信号を空間に放射する送信アンテナと、対象物からの前記高周波信号の反射波を受信する受信アンテナと、前記高周波信号と前記受信アンテナで受信された反射波とを混合して受信信号を生成させるミキサと、前記受信信号から前記対象物の検知信号を生成させる信号処理装置とを備え、前記送信アンテナは、送信アンテナ部と送信ホーン部とを有し、前記受信アンテナは、受信アンテナ部と受信ホーン部とを有し、前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部は、同一平面上に離間して配置され、前記送信ホーン部の内壁および前記受信ホーン部の内壁は、前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する壁部を有し、前記壁部は、前記送信ホーン部および前記受信ホーン部の開口端側からそれぞれ前記送信アンテナ部および前記受信アンテナ部に向けて、前記平面に垂直な壁面領域を有し、かつ前記送信ホーン部と前記受信ホーン部が、前記壁部を介して隣接して配置されている。
【0059】
本実施形態の電波センサ装置によれば、送信ホーン部の内壁および受信ホーン部の内壁は、送信アンテナと受信アンテナを分離する壁部が、開口端側からそれぞれ送信アンテナ部および受信アンテナ部に向けて垂直な壁面領域を有し、送信ホーン部と受信ホーン部が隣接して配置されているため、小型化が可能となる。また送信アンテナと受信アンテナは、ホーンアンテナ構造で構成されるため、鋭い指向性と高いアンテナ利得を有する電波センサ装置を提供するこが可能となる。
【0060】
（２）前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、円錐ホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成することができる。
【0061】
（３）前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、角錐ホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成することができる。
【0062】
（４）前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は、複モードホーンが前記壁部により高さ方向に均等に分割されることにより構成することができる。
【0063】
（５）前記送信ホーン部および前記受信ホーン部は一体として、高さ方向に隔壁を有する貫通孔を備えた円柱または角柱の部材からなり、前記隔壁が前記送信アンテナと前記受信アンテナとを分離する前記壁部とすることができる。
【符号の説明】
【0064】
１００、１００Ａ～Ｄ 電波センサ装置
１０１、１０１Ａ～Ｄ センサ回路領域
２００ 対象物
１０ 送信アンテナ
１１ 受信アンテナ
１２ 発振器
１３ 送信側増幅器
１４ 受信側増幅器
１５ ミキサ
１６ 増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ 信号処理装置
１９ センサ回路部
２０ 基板
２１ 送信アンテナ部
２２、２２Ａ～Ｄ 送信ホーン部
２３ 受信アンテナ部
２４、２４Ａ～Ｄ 受信ホーン部
２５ 伝送線路
２６ 接地面
２７ 壁部
１０１、１０１Ａ～Ｄ センサ回路領域
２００ 対象物
１０ 送信アンテナ
１１ 受信アンテナ
１２ 発振器
１３ 送信側増幅器
１４ 受信側増幅器
１５ ミキサ
１６ 増幅器
１７ Ａ／Ｄ変換器
１８ 信号処理装置
１９ センサ回路部
２０ 基板
２１ 送信アンテナ部
２２、２２Ａ～Ｄ 送信ホーン部
２３ 受信アンテナ部
２４、２４Ａ～Ｄ 受信ホーン部
２５ 伝送線路
２６ 接地面
２７ 壁部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】