JP2625344B2

JP2625344B2 - グローバルポジショニングシステム（ｇｐｓ）の受信機に用いる低雑音増幅器を一体に備えるマイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2625344B2
Application number: JP5016514A
Authority: JP
Inventors: レオナードメイソンスタンリー; トムユージン; エヌ．ウーアーサー
Original assignee: トリムブルナビゲーション，リミテッド
Priority date: 1992-02-04
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1997-07-02
Anticipated expiration: 2012-07-02
Also published as: JPH05299935A; US5272485A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはダイアゴナ
リイ給電（diagonally fed) エレクトリックマイクロス
トリップダイポールアンテナに関し、更に詳細には、最
小の雑音指数（Γo ）のため最適インピーダンスである
低雑音増幅器を提供するために、給電点及び管路（via
）のインダクタンスが用いられるアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、典型的な構成のグローバルポジ
ショニングシステム（ＧＰＳ）アンテナ１２と、ケーブ
ル１４と、低雑音増幅器（low noise amplifier)ＬＮＡ
１６を備える従来のシステム１０である。このシステム
では、同軸ケーブル１４（損失がＬｃに等しい）が、マ
イクロストリップアンテナ１２（給電点と管路インダク
タンスとが、ゼロに等しい最適な雑音指数ソースインピ
ーダンス（Γｓ）を有する）を入力損失（Ｌｃ＋Ｌimn
のＬinput ）を有するＬＮＡ１６に接続している。５０
オームの整合が、能動装置２０と出力整合ネットワーク
（ＯＭＮ）２２とを駆動する入力マッチングネットワー
ク（ＩＭＮ）１８により可能になる。このケーブルとＩ
ＭＮ１８との寄与する雑音指数（ＮＦ）は、ケーブル１
４とＩＭＮ１８との利用可能な利得により決定される。

【０００３】ケーブル１４とＩＭＮ１８の入力損失は、
システムＦsys のＮＦに直接加えられる。

【数１】ここで、Ｆ_ROA＝ＬＮＡ１６に続くＧＰＳ受信機の残り
のＮＦ

【０００４】本発明が行うように、Ｇ_LNA＞＞Ｌc Ｌ
_IMNならば、アンテナ１２と協動するＬＮＡ１６と新た
に位置されるケーブル１４とが、入力損失の総量に起因
するシステムのＮＦを軽減する。

【数２】そこで、ＮＦは軽減量は、

【数３】

【０００５】ダイアゴナリイ給電エレクトリックアンテ
ナは、１９７６年１０月５日に発行された、米国特許
３，９８４，８３４のカロイ（Ｋａｌｏｉ）に記述され
ている。給電点は、誘電体基板上の矩形アンテナ素子に
対して斜めに沿って置かれている。給電のこの特定の点
が、同じ周波数で２つの発振を引き起こす退縮（degene
rate）モードでのアンテナ動作を引き起こすとカロイは
述べている。これらの発振は、Ｘ軸とＹ軸とに沿って発
生する。それぞれの軸の大きさは、それぞれの共振周波
数を決定する。このタイプのアンテナの設計式はカロイ
に表されており、従ってここでは繰り返さないようにす
る。

【０００６】ダイアゴナリイ給電エレクトリックマイク
ロストリップアンテナの給電点は、例えば５０オームの
ような、特定のインピーダンスを示すように選択するこ
とができる。しかしながら、このような点は、最小のノ
イズを発生するポイントではないことがある。従って、
例えばパーソナル、携帯ＧＰＳ受信機のような高機能シ
ステムが信頼性のある動作を行うためには、最小ノイズ
の給電点を備えＬＮＡが一体化されたダイアゴナリイ給
電エレクトリックマイクロストリップアンテナが必要と
なる。

【０００７】

【発明の概要】本発明の目的は、ＧＰＳ衛星からの信号
の受信を改善することにある。

【０００８】概略として、本発明の実施例のダイアゴナ
リイ給電エレクトリックマイクロストリップアンテナ
は、セラミック基板と、該基板の片側の接地面と、該基
板の反対側に取り付けられた矩形の放射器と、該基板を
貫通し予め決定されたインピーダンスＺo を提供する放
射電極上のポイントに接続される管路とから成る。そし
て、この管路は、該管路の反対側の端に最小の雑音指数
Γo のための最適のインピーダンスが現れるようなイン
ダクタンスＬvia を有する。誘電体基板の第１の面上の
接地面レリーフは、能動装置が該管路の第２の端と接続
し、接地面レリーフ内に位置することを許容する。該接
地面レリーフ内部の出力マッチングネットワークもま
た、能動装置をグローバルポジショニングシステム（Ｇ
ＰＳ）受信機のような外部システムへ結合させるのに用
いられる。

【０００９】本発明の利点は、ネットワークそのものを
除くことにより、能動装置の入力マッチングネットワー
クでの損失を取り除くことにある。本発明の他の利点
は、ケーブル損失に基づく雑音指数（ＮＦ）の劣化を取
り除くことにある。本発明の別の利点は、放射器の給電
点への管路が、最適の低雑音のΓo ポイントへの接続を
必要とするインダクタンスを提供することにある。

【００１０】以下種々の図に示されている好適な実施例
の詳細な記述を読むことにより、当業者には本発明の目
的及び利点が疑いなく明瞭になるであろう。

【００１１】

【実施例】図２において、本発明の第１実施例に係るシ
ステム４０は、マイクロストリップアンテナ４３と能動
装置４４と出力マッチングネットワーク４５とを有する
一体化された組立体４２を備える。ケーブル４６は、組
立体４２をポート４８で外部システムに接続させる。外
部システムは、ＧＰＳ受信機のような受信機や、送信機
であることができ、ここでは能動装置４４がアンテナ４
３とΓL （＝最大出力の最適負荷）とを駆動する。アン
テナ４３と能動装置４４との接続は、予め決定されたイ
ンピーダンスＺo のポイントで、該接続は、最小雑音指
数Γｏのための最適のインピーダンスが能動装置４４の
入力で具現されるようにインダクタンスＬvia を有す
る。ＧａＡｓＦＥＴトランジスタを能動装置４４に用い
ることができる。他の高利得、低雑音トランジスタもま
た、良好な結果を得るために用いることができる。

【００１２】図３Ａ−図３Ｃは、本発明の第２実施例を
示す。ここでは、マイクロストリップアンテナ５０が、
セラミック基板５２と第１メタル層５４を有する。この
第１メタル層は、メッキされた貫通孔（管路ｖｉａ）６
０と接触しているメタル環状リング５８を取り囲む開口
部５６を除いて、マイクロストリップアンテナ５０の片
面を完全に包囲している。マイクロストリップアンテナ
５０は、更に、“Ａ”掛ける“Ｂ”の大きさを有する矩
形の第２メタル層６２を備え、該第２メタル層６２は管
路６０により第１メタル層５４に電気的に結合されてい
る。孔６４とスロット６６とは、マイクロストリップア
ンテナ５０を一般の留め具の表面に載置することを可能
にする。マイクロストリップアンテナ５０は、概して丸
いデイスク状であるが、オリエンテーションのためのフ
ラットな縁部６８を有する。この“Ａ”と“Ｂ”の大き
さの相対的な比率、及び、基板５２の厚み及び誘電率
が、共振周波数を決定し、これにより、マイクロストリ
ップアンテナ５０の動作周波数を決定する。しかしなが
ら、このような決定は従来のもので、当業者は、動作周
波数を選択し、この“Ａ”と“Ｂ”との適切な大きさを
決定することができるであろう。

【００１３】第１メタル層５４と参照する代わりに接地
面（groundplane)と呼称し、第２メタル層６２と参照す
る代わりに放射素子として呼称する。

【００１４】図４Ａ及び図４Ｂに本発明の第３実施例が
示される。これは前置増幅されるアンテナ７０であり、
誘電体基板７２と、接地面７４と、放射器７６と、相互
結合ケーブル７８と、円形載置孔８０と、長い載置孔８
２と、接地面レリーフ８４と、接地面レリーフ蓋８６
と、能動装置８８とからなる。出力マッチングネットワ
ーク（ＯＭＮ）９０は、能動装置８８をケーブル７８に
接合する。管路９２は、能動装置８８を予め定められた
インピーダンスＺo のポイントに接合する。管路９２
は、最小の雑音指数Γo のための最適なインピーダンス
が能動装置８８の入力に存在するようにインダクタンス
Ｌvia を有する。管路９２の形状は、インダクタンスを
修正するため調整され、放射器７６のＸ−Ｙ調整ポイン
トはインピーダンスＺo を修正するように調整される。
５０オームのインピーダンスが産業上一般的である。導
電性蓋８６の導電性アタッチメントが無くとも、接地面
７４の接地面レリーフ８４のレリーフは、アンテナの共
振周波数を下げる。蓋８６は、ＲＦシールドとして機能
して能動装置８８からのアンテナ７０を通る正帰還を除
去し、それは、アンテナ接地電流を通す更に直接的な通
路を回復させることにより接地面７４の孔の離調効果を
最小にする。

【００１５】前置増幅器として第３実施例について述べ
てきたが、ここに示されている一般的な構成の方針が高
性能送信アンテナを作りだすのに好適に適用することが
できる。その場合に、能動装置８８の出力が管路９２を
駆動し、ケーブル７８は送信機に接続される。

【００１６】図５Ａ及び図５Ｂに前置増幅されるアンテ
ナ１００が示され、図５Ａにはバンドストップフィルタ
１０２を備えるものが、図５Ｂにバンドパスフィルタ１
０４を備えるものが示されている。能動ステージ１０６
は受信された信号を外部受信機に出力する。アンテナ１
００の構成はアンテナ７０のものと近似している。接地
面レリーフ８４は、フィルタ１０２、１０４のいずれか
又は両方を収容するのに用いられる。

【００１７】図６は、如何にしてフィルタ１０２、１０
４のようなフィルタがアンテナ１００のようなアンテナ
の接地面レリーフに置かれるかを示す例である。該フィ
ルタは、フィルタされる周波数及び必要されるバンド幅
（即ち、“Ｑ”）により、Ｐｉ−ネットワークタイプ、
又は、Ｔ−ネットワークタイプであることができる。こ
のようなフィルタは従来からのもので、この例がスワン
ソンジュニア（Ｓｗａｎｓｏｎ，Ｊｒ．）に付与され１
９８９年１１月１４日に発行された米国特許４，８８
１，０５０に記述されている。フィルタは、片側の面に
接地面と、２つの薄膜メタル層と、他方の面に絶縁層と
を有する平面状誘電体基板から構成されている。該メタ
ル層及び絶縁層は、１以上の容量性Ｐｉ−ネットワーク
と特殊な誘導器を作るよう構成され、フィルタを構成す
るように電気的に相互結合されている。管路１１０は、
以前の実施例において記述された手法により放射器（図
示せず）に接続する。能動ステージ１０６は、フィルタ
を備える接地面レリーフの内部或いは外部のいずれにも
位置することができる。図６は、接地面レリーフ１１２
内のフィルタ１０２のみを示すが、フィルタ１０４及び
／又は、能動ステージ１０６をそれと同様に位置させる
ことができ、以前に記述した利点を有する。出力はケー
ブル１１４を介する。蓋（図示せず）は、蓋８６（図４
Ｂ）に近似し、接地レリーフ１１２をシールするのに好
適に用いられる。

【００１８】図７は、少なくとも１つのシールド１２０
をアンテナ１００のようなアンテナに取り付けて、アン
テナ１００の無線放射パターンを鋭くする方法を示して
いる。シールド１２０は長方形でも円形でも良く、どち
ら（両者の組合せでもよい）が予め定められた要求に従
って最適な形状を与えるかによる。シールド１２０は、
その形状および放射器（例えば放射器６２）との距離に
よって、無線波の導波器および反射器として動作するこ
とができる。例えば、従来の八木アンテナの設計におい
ては、分離された受動導波器素子が能動素子よりもわず
かに短くされており、導波器の方向における放射パター
ンのローブを増大させ、反対方向におけるローブを減少
させる傾向を有する。反射器素子は能動素子よりもわず
かに長くされており、反射器の方向における放射パター
ンのローブを減少させ、反対方向におけるローブを増大
させる傾向を有する。導波器と反射器とは、例えば指向
性の強いパターンを作り出すために、同時に使用するこ
とができる。ダイポール（双指向性）マイクロストリッ
プ反射器と導波器（シールド１２０がこれらの働きをす
る）におけるＸとＹ方向の寸法の比は、主要部である放
射器の寸法（例えば、図３Ｃの放射器６２の“Ａ”と
“Ｂ”）の比と同じである必要はない。これらのそれぞ
れの寸法を調整することにより、Ｘ−Ｙ平面において異
なる形状を達成することができる。

【００１９】本発明を好適な実施例により説明してきた
が、この開示が限定を意図するものではないことは理解
されるべきである。種々の改変および改良が、以上の記
述を読むことにより当業者にとって疑いもなく明瞭にな
る。従って、特許請求の範囲は、本発明の真の精神及び
範囲内で、全ての改変および改良をカバーするよう意図
されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】ケーブルを介して低雑音増幅器に接続されてい
る従来技術のマイクロストリップアンテナのブロック
図。

【図２】本発明の実施例に係るマイクロストリップアン
テナと一体型低雑音増幅器のブロック図。

【図３】本発明の実施例に係るマイクロストリップアン
テナの放射器の図で、図３Ａは底面、接地面の図、図３
Ｂは側面図、図３Ｃは頂部、放射器の図。

【図４】図２のマイクロストリップアンテナと一体型低
雑音増幅器の図で、図４Ａは底面、接地面の図、図４Ｂ
は側面図。

【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、本発明のフィルタを備え
る前置増幅器の２つの例のブロック図。

【図６】図５Ａのフィルタを備えるアンテナ前置増幅器
の底面、接地面の図。

【図７】図５Ａと図６のシールドが取り付けられた前置
増幅器の側面図。

【符号の説明】

５４第１メタル層６０管路６２第２メタル層７４接地面８４接地面レリーフ８６接地面レリーフ蓋９２管路１０２バンドストップフィルタ１０４バンドパスフィルタ１２０シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アーサーエヌ．ウーアメリカ合衆国カリフォルニア州クパーティノ，サンタテレサドライブ 10911 (56)参考文献特開平４−802（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−15905（ＪＰ，Ａ) 特開平３−127521（ＪＰ，Ａ) 実開平２−28107（ＪＰ，Ｕ) 実開昭63−81541（ＪＰ，Ｕ) 実開平１−153707（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】改良されたアンテナ（５０）であって、厚さＴの平面誘電体基板（５２）、及び、その一方の面
上の第１の導電層にパターン形成された大きさＡ×Ｂの
長方形マイクロストリップアンテナ（６２）と、対向面上の第２の導電層にパターン形成された接地面
（５４）と、前記マイクロストリップアンテナの一点から前記誘電体
を介して対向面の接地面レリーフ（除去）領域（５６、
８４）への信号路（６０）であって、前記接地面レリー
フ領域においては前記接地面が開口され導体蓋（８６）
に覆われている、前記信号路と、を含み、ここで、Ａ、Ｂ、Ｔの大きさは特定の共振周波数に適合
するように選択され、前記改良されたアンテナは、Ｔにほぼ等しい長さと、特
定のインダクタンスＬ _ｖｉａとなるように選択された直
径とを有するメッキされたスルーホールの形状の接続孔
（６０）をさらに含み、前記接続孔（６０）は、前記長方形マイクロストリップ
アンテナ（６２）上の単一のＸ−Ｙ座標の点に付着し、
前記長方形マイクロストリップアンテナ（６２）上の前
記単一のＸ−Ｙ座標の点に付着しているのと反対側の前
記接続孔（６０）の端（５８）において、インダクタン
スＬ _ｖｉａによって最小の雑音指数Γ _０を与える、前記
改良されたアンテナ。
【請求項２】請求項１記載の改良されたアンテナ（４
０、７０）であって、前記接続孔（６０）に接続され、前記接地面レリーフ領
域（５６、８４）に配置され、前記導体蓋（８６）によ
って電気的に囲まれている能動素子（４４、８８）をさ
らに含み、前記長方形マイクロストリップアンテナ（６２）上の前
記Ｘ−Ｙ座標の点への前記接続孔（６０）の付着と、前
記インダクタンスＬ _ｖｉａとの組み合わせが、互いに依
存して前記能動素子（４４、８８）に前記最小の雑音指
数Γ _０を与える、前記改良されたアンテナ。