JP2588458B2 - Ｇｐｓ電波受信アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＧＰＳ航法の電波
（この発明においてＧＰＳ電波という）を受信するアン
テナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ電波は、１５７５．４２ＭＨｚを
中心として±１ＭＨｚ程度の周波数範囲をもって送信さ
れており、普通には、スパイラル線状の受波素子による
スパイラル型アンテナが用いられるが、構造を簡単化す
るなどのため、円形状の受波素子による円板型アンテナ
を、電波を送信する衛星が地平線に近い低い位置にある
場合でも受信感度が良好に得られるように、水平方向の
指向性をなるべく大きくしたものも用いられている。

【０００３】そして、この円板型アンテナによりＧＰＳ
電波受信アンテナ装置を構成する場合、電波の周波数が
非常に高いため、受波素子の具体的な形状や寸法は実験
的に、いわゆるカット・アンド・トライによって求めら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＧＰＳ航法装置は、ボ
ート、ヨットなど軽量小型船舶や小型自動車にまで利用
される状況にあるので、必然、アンテナ装置はなるべく
小型で性能のよいものが望まれているという課題があ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記のよう
な受波素子を形成する導体板、つまり、受波導体板を絶
縁基板上に設けてＧＰＳ電波を受信するアンテナ装置で
あって、上記の絶縁基板を実効誘電率が３程度の材質に
設定するとともに、厚みを２．４ｍｍ程度に設定する絶
縁基板手段と、上記の受波導体板を直径が５８ｍｍ程度
の円板状に形成するとともに、絶縁基板の上面側に添わ
せて配置する受波素子手段と、上記の受波導体板の直径
の中心点から１１ｍｍ程度の位置点に受信リードを接続
するとともに、受信リードを絶縁基板の下面側に導出す
る受信リード手段と、上記の受信リードの周囲を欠除し
たアース用導体板を絶縁基板の下面側の全面に添わせて
配置するアース導体板手段と、上記の受波導体板の中心
点と受信リードの位置点とを結ぶ線に対して４５゜程度
の角度で交差する線を中心として、受波導体板の外周の
両側に切り欠きを設ける偏波合成用切欠手段と下面側に
ＧＰＳ電波の受信信号を増幅する増幅回路を設けた増幅
回路配線基板の上面側を前記アース用導体板の下面側に
添わせて配置する増幅回路配線基板手段と、 前記受信リ
ードを前記増幅回路配線基板の下面側に導出するととも
に、前記受信リードを前記増幅回路の配線の入力部分に
接続する回路接続手段と 前記受波導体板の中心点を前記
絶縁基板を貫通するアースリードによて前記アース用導
体板に短絡するアンテナ中心接地手段とを設けるなどに
よって、上記の課題を解決し得るようにしたものであ
る。

【０００６】

【実施例】以下、実施例を図面により説明する。各部の
寸法は各図に示すとおりであり、図１において、アンテ
ナ基板Ａは、絶縁基板１・受波導体板２・アース用導体
板３・受信リード４を、各部材として構成してある。

【０００７】絶縁基板１は、実効誘電率が 約３程度の
高周波絶縁材料であり、好適には、厚さ２．４ｍｍで実
効誘電率が３〜３．３のグラスファイバー入りポリヘニ
レンオキサイド樹脂材を用いて形成する。

【０００８】受波素子を形成する受波導体板２と、接地
面を形成するアース用導体板３とは、薄い銅板であり、
好適には、厚さ０．０１８ｍｍ（１８ミクロン）程度の
ものを用いて形成し、絶縁基板１の上面側に添わせて受
波導体板２を配置し、また、絶縁基板１の下面側に添わ
せてアース用導体板を配置してある。

【０００９】受波導体板２・絶縁基板１・アース用導体
板３の３つの部材は接着剤で固定して一体に構成する
が、好適には、両面プリント配線基板状に形成したもの
を用いて、上記の所要のパターンをエッチング加工によ
り形成する。

【００１０】受波導体板２は、絶縁基板１よりも少し小
さい円形状に形成され、後記の受信リード４の接続用穴
と、後記の偏波用の切り欠き２ａとが形成されている。
また、アース用導体板３は、絶縁基板１と同一の外形に
し、後記の受信リード４を絶縁して導出するために、受
信リード４の周囲を欠除して形成されており、好適に
は、この欠除部分３ａの直径を３ｍｍにして形成してあ
る。

【００１１】受信リード４は、受波素子の出力取出用導
線であり、受波導体板２の所定の位置点２ｂ、つまり、
受波導体板２の直径の中心点２ｃから１１ｍｍの位置点
に、ハンダ付けなどの導電接続によって接続され、絶縁
基板１の下面側に導出してあり、好適には、直径が０．
５ｍｍ程度の銅線で形成する。

【００１２】切り欠き２ａは、ＧＰＳ電波が円偏波のた
め、これを偏波合成して受波するための切り欠き部分で
あり、受波導体板２の直径の中心点２ｃと受信リード４
の位置点２ｂとを結ぶ線２ｄに対して４５°の線２ｅを
中心として、受波導体板２の外周の両側に設けてある。

【００１３】取付穴５は、アンテナ基板Ａを他の部材に
取り付けるための穴であり、アンテナ基板Ａの外周付近
であって、受波導体板２を外れた外側に位置する点に貫
通して設けてある。

【００１４】図２において、増幅回路配線基板Ｂは、絶
縁基板１１・アース用導体板１２・増幅回路配線１３・
増幅回路素子１４を各部材として構成してある。そし
て、絶縁基板１１は、高周波絶縁材料の基板であり、好
適には、厚さ１．２ｍｍで実効誘電率が４〜５のグラス
フアィバー入りエポキシ樹脂材を用いて形成する。

【００１５】接地面を形成するアース用導体板１２と、
ＧＰＳ電波の受信信号を増幅回路を形成する増幅回路配
線とは、薄い銅板であり、好適には、厚さ０．０１８ｍ
ｍ（１８ミクロン）程度のものを用いて形成し、絶縁基
板１１の上面側に添わせてアース用導体板１２を配置
し、また、絶縁基板１１の下面側に添わせて増幅回路配
線１３を配置してある。

【００１６】アース用導体板１２・絶縁基板１１・増幅
回路配線１３の３つの部材は接着剤で固定して一体に構
成するが、好適には、両面プリント配線基板状に形成し
たものを用いて、上記の所要のパターンをエッチング加
工により形成する。

【００１７】アース用導体板１２は、絶縁基板１１と同
一の外形にし、上記の受信リード４を絶縁して導入する
ために、絶縁基板１１の受信リード用導入穴１２ａの周
囲部分を欠除して形成されており、好適には、この欠除
部分１２ｂの直径を３ｍｍにして形成するほか、要所に
後記のアース用スルーホールが形成してある。

【００１８】増幅回路配線１３は、図６（Ａ）のような
増幅回路の構成に必要な配線とインダクタンス素子部分
のパターンを含むものを図６（Ｂ）ようなパターンで形
成するとともに、パターンのアースを要する要所にスル
ーホールを設けてアース用導体板１２と導電接続してあ
る。

【００１９】増幅回路用の各素子１４は、増幅回路に必
要なコンデンサー・抵抗・トランジスターなどの素子部
品であり、いずれもペレット状の素子を用い、ハンダ付
けなどの導電接続によって増幅回路配線１３のパターン
の所要位置に接続してある。

【００２０】トランジスターはガリウムひ素ＦＥＴで、
好適には、ＧＮ１０１０型ＦＥＴトランジスターを用
い、増幅回路の各段利得が１０ｄＢ程度で合計３０ｄＢ
程度になるようにしてある。

【００２１】また、図６（Ｂ）のパターンでは、入力端
子ＩＮに配置されるインダクタンスＬ１のみを、いわゆ
る「コの字」連続状のパターンで形成し、他の段の各イ
ンダクタンスＬ２〜Ｌ６は、単なる直線パターンの長さ
によってインダクタンス成分を形成している。

【００２２】さらに、図６（Ａ）において、最終段のト
ランジスターの入力側にはインダクタンスを設けない
で、増幅の帯域幅が狭くなり過ぎて発振現象を起こすの
を防止しており、また、出力端子ＯＵＴは、増幅出力を
取り出す端子の役目と、他の部分にある電源回路から供
給される動作用直流電源を与える役目とを兼ねている。

【００２３】取付穴１５は、増幅回路配線基板Ｂをアン
テナ基板Ａに取り付けるための穴であり、増幅回路配線
基板Ａの外周付近に位置する点に貫通して設けるととも
に、適宜のパターンによる座１５ａを下面側に設けたス
ルーホールにしてアース用導体板１２と金属材的、か
つ、電導的に接続してあり、後記のように、座１５ａの
側から、ハンダ付けなどの電導接続によってアンテナ基
板Ａの下面側に密着させて固定し得るようにしてある。

【００２４】図３において、シールド覆Ｃは、増幅回路
部分を電磁的に遮蔽して外界から電波などとの結合を除
くとともに、アンテナ基板Ａの外力による変形を保護す
るためのもので、金属板を浅い帽子を逆さまにしたよう
な形状に形成し、上側に張り出した「つば状」部分２１
ａであってアンテナ基板Ａの取付穴５に対応する位置に
取付ネジ穴２１ｂを設けるとともに、後記の出力用ケー
ブルＤを導出するための切欠部分２１ｃを設けてあり、
好適には、厚さ０．７ｍｍ程度の鉄板を用いて形成し、
防錆加工をほどこしてある。

【００２５】図４において、増幅回路付アンテナ１００
は、図１のアンテナ基板Ａの下面側に、受信リード４の
穴位置を一致させながら、図２の増幅回路配線基板Ｂの
上面を密着状に合わせるとともに、受信リード４の下端
側を増幅回路配線１３の入力端子ＩＮのパターン部分
に、また、取付穴１５の座１５ａをアース用導体板３
に、ハンダ付けなどの導電接続によって固定することに
より、アンテナ基板Ａと増幅回路配線基板Ｂとを一体に
固定する。

【００２６】さらに、増幅回路配線基板Ｂの出力端子Ｏ
ＵＴとアース端子とのパターン部分にケーブルＤの一端
をハンダ付けなどの電導接続によって接続するととも
に、ケーブルＤの他端にコネクターＥを接続したもので
ある。

【００２７】図５において、シールド覆保持型増幅回路
付アンテナ２００は、図４の増幅回路付アンテナ１００
のアンテナ基板１の下面側に図３のシールド覆Ｃの「つ
ば状」部分２１ａの上面側を合わせ、取付穴５と取付ネ
ジ穴２１ｂとを一致させて取付ネジ２２により締め付け
て一体に固定したものである。

【００２８】〔変形実施〕この発明は次のように変形し
て実施することができる。

【００２９】（１）配線パターンにおけるインダクタン
スＬ２〜Ｌ６を「コの字」連続状のパターンなどの適宜
のパターンにして形成する。

【００３０】（２）増幅回路の動作用直流電源を出力端
子ＯＵＴから供給せずに、別個の電源専用の端子を設け
て、別個の電源線により供給する。

【００３１】（３）アンテナ基板Ａの外形を、第７図の
ように、四隅切取形の四角形にして、小型の材料で済ま
せる。

【００３２】（４）各部の寸法や実効誘電率材質を、許
容し得る範囲で、僅かに変更する。

【００３３】（５）増幅回路付アンテナ１００またはシ
ールド覆保持型増幅回路付アンテナ２００を、ＧＰＳ電
波の透過に支障の無い材質で形成された防水構造のカバ
ーの内部に、収納する。

【００３４】（６）シールド覆Ｃを耐蝕アルミニウムな
どの軽量金属板で形成したもの、または、樹脂材で形成
して上面側に金属皮膜を施したものにする。

【００３５】（７）取付ネジ２２を、非導電性材料、例
えば、樹脂材のネジにして、受波導体板２の水平高さ付
近に他の導電体が存在しないようにするか、もしくは、
取付ネジを皿ネジにする。また、取付穴５をネジ穴に変
えるとともに取付ネジ穴２１ｂを取付穴に変えて取付ネ
ジ２２を下側からネジ込むようにするなどにより、取付
ネジ２２の上端部分が受波導体板２の水平高さ以下にな
るようにする。

【００３６】（８）図８（Ａ）のように、アンテナ基板
Ａにおける受波導体板２の中心点、つまり、図１または
図７における中心点２Ｃを、絶縁基板１を貫通するアー
スリード２０によって、アース用導体板３に接続する。

【００３７】（９）上記（８）におけるアースリード２
０を、図８（Ａ）のように、ハトメ金具によって構成す
るとともに、図８（Ｂ）のように、増幅回路配線基板Ｂ
のアース用導体板１２に接触させることにより、増幅回
路配線基板Ｂのアース側と導電接続するように構成す
る。また、必要に応じて、図８（Ｂ）のハトメ金具によ
るアースリード２０の周囲と受波導体版２とをハンダつ
けするとともに、ハトメ金具の中央の穴を利用してハン
ダを流し込むことにより、ハトメ金具を下面側のアース
用導体板３と増幅回路配線基板Ｂのアース用導体板１２
とにハンダ付けして、増幅回路配線基板Ｂのアース側と
導電接続するように構成する。

【００３８】（１０）上記（８）におけるアースリード
２０を、図８（Ｃ）のように、導体線をハンダ付けして
構成するとともに、この導体線によるアースリード２０
を増幅回路配線基板Ｂのアース回路配線部分２１にハン
ダ付けして、増幅回路配線基板Ｂのアース側と導電接続
するように構成する。

【００３９】

【発明の効果】この発明によれば、上記のように、ＧＰ
Ｓ電波の周波数に対して受信能率を高めるべくカットア
ンドトライにより、材質と各部の寸法を選定してあるの
で、アンテナ基板Ａでは、絶縁基板の誘電体損失が少な
く、かつ、比較的に実効誘電率が大きいため、図のよう
な小型のものでも、５〜６ｄＢｉ程度の高感度で指向性
の広いアンテナ素子が得られる。

【００４０】また、増幅回路配線基板Ｂでは、絶縁基板
の誘電率が大きいため、同調回路などの回路パターンを
小型にして全体を小型に形成でき、アンテナ基板Ａの下
面側のアース用導体板に隠くすに密着させて構成してい
るので、受信リードをごく短くでき、各回路構成におけ
る配線損失を極力少ないものにして形成することができ
る。

【００４１】さらには、増幅回路配線基板Ｂが小さくで
きるため、他の配置物に体する静電容量を少なくし得る
ので、増幅回路の比較的近くに筐体などの金属体を近接
して配置することができ、他の構成体から独立したシー
ルド覆保持型増幅回路付アンテナ２００として構成した
場合にも、シールド覆Ｃを浅い小型のものにして、高さ
をごく低くした薄型小型のものにして提供し得るなどの
特長がある。

【図面の簡単な説明】

図面は実施例を示し、各図の内容は次のとおりである。

【図１（Ａ）】アンテナ基板の平面図

【図１（Ｂ）】アンテナ基板の側面図

【図１（Ｃ）】アンテナ基板の底面図

【図２（Ａ）】増幅回路配線基板の平面図

【図２（Ｂ）】増幅回路配線基板の側面図

【図２（Ｃ）】増幅回路配線基板の底面図

【図３（Ａ）】シールド覆の平面図

【図３（Ｂ）】シールド覆の側面図

【図３（Ｃ）】シールド覆の底面図

【図４】増幅回路付アンテナの底面側斜視図

【図５】シールド覆保持型増幅回路付アンテナの底面側
斜視図

【図６（Ａ）】増幅回路の回路図

【図６（Ｂ）】増幅回路配線のパターン図

【図７】変形したアンテナ基板の平面図

【図８（Ａ）】変形したアンテナ基板の断面図

【図８（Ｂ）】変形した増幅回路付アンテナの断面図

【図８（Ｃ）】変形した増幅回路付アンテナの断面図

【符号の説明】

Ａ アンテナ基板 Ｂ 増幅回路配線基板 Ｃ シールド覆 １ 絶縁基板 ２ 受波導体板 ３ アース用導体板 １１ 絶縁基板 １２ アース用導体板 １３ 増幅回路配線 ２０ アースリード ２１ アース回路配線部分

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受波素子を形成する導体板（以下、受波
   導体板という）を絶縁基板上に設けてＧＰＳ電波を受信
   するアンテナ装置であって、 ａ．前記絶縁基板を実効誘電率が３程度の材質に設定す
   るとともに、厚みを２．４ｍｍ程度に設定する絶縁基板
   手段と、 ｂ．前記受波導体板を直径が５８ｍｍ程度の円板状に形
   成するとともに、前記絶縁基板の上面側に添わせて配置
   する受波素子手段と、 ｃ．前記受波導体板の直径の中心点から１１ｍｍ程度の
   位置点に受信リードを接続するとともに、前記受信リー
   ドを前記絶縁基板の下面側に導出する受信リード手段
   と、 ｄ．前記受信リードの周囲を欠除したアース用導体板を
   前記絶縁基板の下面側の全面に添わせて配置するアース
   導体板手段と、 ｅ．前記受波導体板の中心点と前記受信リードの位置点
   とを結ぶ線に対して４５゜程度の角度で交差する線を中
   心として、前記受波導体板の外周の両側に切り欠きを設
   ける偏波合成用切欠手段と ｆ．下面側にＧＰＳ電波の受信信号を増幅する増幅回路
   を設けた増幅回路配線基板の上面側を前記アース用導体
   板の下面側に添わせて配置する増幅回路配線基板手段
   と、 ｇ．前記受信リードを前記増幅回路配線基板の下面側に
   導出するとともに、前記受信リードを前記増幅回路の配
   線の入力部分に接続する回路接続手段と ｈ．前記受波導体板の中心点を前記絶縁基板を貫通する
   アースリードによて前記アース用導体板に短絡するアン
   テナ中心接地手段とを具備することを特徴とするアンテ
   ナ装置。
2. 【請求項２】ｉ．前記アースリードを、前記増幅回路配
   線基板のアース用導体板に接触させ、または、前記増幅
   回路基板のアース回路配線部分に接続することにより、
   前記増幅回路配線基板のアース側と導通接続するアンテ
   ナ／増幅回路アース手段をさらに具備することを特徴と
   する請求項１記載のアンテナ装置。
3. 【請求項３】ｊ．深さが７ｍｍ程度で直径が７０ｍｍ程
   度の底面をもつシールド覆を前記アース用導体の下面側
   に配置するシールド手段をさらに具備することを特徴と
   する請求項１又は２記載のアンテナ装置。