JPH0366212A - 共通バスに対するスイッチ式アンテナ電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に電子スイッチ、特に共通信号バスを利用
するスイッチ式アンテナの電子制御に関する。

アンテナ・アレイは、地下ケーブルの配置、航法無線お
よび電磁場検出などさまざまな応用に用いられている。

データ分析用の信号を作るように多重アンテナから信号
処理ネットワークに信号を送ることがしばしば必要であ
る。応用の許すかぎり、多重ネットワークすなわち各ア
ンテナに１個ずつ、よりむしろ全アンテナ・アレイ用の
１１１．−信号処理ネットワークを利用することが望ま
しい。

このため、ネットワークの入力を１個のアンテナからも
う１つのアンテナに連続スイッチする装置が考案されて
いる。

連続人力を得る最も単純な機構は、たとえばｌｌｉｌ単
極接点のような手動スイッチである。アンテナ・アレイ
（各アンテナに１個ずつ）には複数個のそのような装置
が使用されたり、多接点スイッチが使われる。より都合
のよい別法は、接極子接点を利用するソレノイド・コイ
ルのような従来型のリレーである。２個のアンテナと共
に使用されるリレーの一例は、イー・ピータ−マン（Ｉ
Ｅ　−Ｐｅｔｅｒｍａｎ）に対して発行された米国特許
第４，３８７゜３４０号（および分割出願の米国特許第
４，５２０．３１７号）に開示されている。

しかし、大部分の応用では、そのようなリレーのスイッ
チング時間は極めて不十分である。改良されたより速い
スイッチング時間の設計がダリレック（Ｄａｒｔ　Ｉｅ
ｋ）らに対して発行された米国特許第４．５４２，３４
４号に示されている。この装置の電子機器構成の簡潔化
された型が第１図に示さむでいる。先行技術の構造は複
数個の前置増幅器２のうちの１個におのおの接続された
複数個のループ・アンテナ１を含む。前置増幅器２の出
力はコントローラ４で調整されるマルチプレクサ３に接
続される。コントローラ４はアンテナあるいは随時分析
すべきチャネルを選択する。次に選択された信号は、マ
ルチプレクサ３から信号プロセッサ回路５に進むが、こ
の回路は広汎な型のデータをコントローラ４を通して出
力装置（デイスプレィ）に送る。

前述の装置は依然として重大な不利を有し、すなわち、
各アンテナ用前置増幅器が必要となる。

この不経済かつ余計な欠点は、各アンテナ用に他の電子
構成部品を供給しなければならないという事実により強
調される。たとえば、トーマス（ＴＩ＋。

ｍａｓ）らに対して発行された米国特許第４．２９’５
゜０９５号の第３図は、前置増幅器のほかに各チャネル
ごとに１個ずつの複数個のフィルタの使用を示している
。したがって、各アンテナ・チャネルに余計な電子構成
部品を使用ｅ・ずに複数個のアンテナの中から信号プロ
セッサへの入力を選択スイッチする装置を工夫すること
が望ましくかつ有利となる。

したがって、本発明の１つの目的は複数個のアンテナの
１個から信号を選択する装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、高速スイッチング時間を持
つそのような装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、共通信号バスに進む出力を
持つスイッチ式アンテナ装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、前置増幅器あるいは他の信
号を調整する構成部品を必要としないスイッチ式アンテ
ナ装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、装置が選択されないときに
信号を十分減衰させるスイッチ式アンテナを提供するこ
とである。

前述の目的は、ループ・アンテナおよびそのアンテナを
選択的に使用可能にしかつ使用不能にするためのスイッ
チ装置を持つスイッチ式アンテナ装置で遠戚される。ア
ンテナは、第１端を共通信号バスに接続される第１巻線
を含む。第１巻線の第２端が使用不能あるいは選択され
ない状態で有効に開いても、結果として信号は減衰する
。スイッチング装置はコントローラに応動し、また使用
可能にされるときに第１巻線の第２端を接地させること
によって信号は共通バスへ送られる。スイッチング装置
の部品として供給された第２巻線は、第１巻線に誘導結
合される。スイッチング装置が使用不能にされるとき、
第２巻線は有効に短絡されかつ第１巻線からの信号減衰
を改良する。好適な実施例として、スイッチング装置は
、第１巻線に接続されたＮＰＮトランジスタと、第２巻
線に接続されたＰＮＰトランジスタとを含み、各トラン
ジスタのベースはコントローラに接続されている。

本発明の新しい特徴は添ｆζｊされた特貫′１請求の範
囲の中で述べられる。しかし、本発明自体は１１図を参
照することによって最も良く理解されると思う。

いま図面から、特に第２図に関して、多重アンテナから
得られる信号処理用のネットワーク１０が示されている
。ネットワーク１０は、複数個のスイッチ式アンテナ装
置１２、前置増幅器１４、コントローラ１６、信号プロ
セッサー８、入力装置２０．および出力装置２２を含む
。スイッチ式アンテナ装置１２の詳細は第３〜６図と具
に後で説明される。ネットワーク１０の残りの構成部品
については以下一般的に述べられるが、ネットワーク１
０にはいくつかの異った用途があるので、これらの構成
部品の正確な機器構成はネットワーク１ｏを使用する特
定な目的で大きく左右されることが認められると思う。

多重機器構成は熟練技術の必要性が明らかになる。

トーマス（Ｔｈｏｍａｓ）らに対して発行された米国特
許第４，２９５．０９５号で示されるように、コントロ
ーラー６はマイクロプロセッサ（ＲＡＭ、　ＲＯＭ等を
含む）、あるいは単にクロック・パルス発生器である。

もしコントローラ１６がクロック・パルス発生器、ある
いは他の非プログラマブル構成部品であるならば、入力
装置２０を必要としない。

したがって、ネットワーク１０にコントローラー６を含
むことはオプションである。たとえコントローラー６が
マイクロプロセッサであっても、入力装置２０は依然と
して不要であり、例えばこの場合マイクロプロセッサは
前もってプログラムされかつユーザ人力は要求されない
。そのような応用の一例は、ダリレック（Ｄａｒｔ　１
ｅｋ）らに対して発行された米国特許第４，５４２，３
４４号の中で示されている。しかし、もしネットワーク
１０がユーザ人力（パラメータの初度セットアツプある
いは相関作用のどちらでも）を要求したり許容するよう
に設計されるならば、入力装置２０は都合よくキーバッ
ドの形をとることができる。コント０−ラ１６は、スイ
ッチ式アンテナ１２用の制御信号を「オン」および「オ
フ」状態で（ｊＦ、給する。

スイッチ式アンテナ装置１２はおのおの共通信号バス２
４によって前置増幅器１４に接続される。

前置増幅器１４は任意な在来形の増幅器であり、処理を
進めるために信号を中間レベルまで高める働きをする。

アンテナ装置１２からの信号は前置増幅器１４から信号
プロセッサ１８に直接送られる。信号プロセッサ１８は
、振幅検出器（ニー・デサ（Ａ−Ｄｅｓａ）に対して発
行された米国特訂第４．４３８，３８９号参照）のよう
に簡単なものでよく、あるいは自動利１’；＋制御、・
：１）域フィルタ、可変利得増幅器（１・−マスらへの
特許参照）、アナログ・デジタル変換器（ダリレックへ
の特言′１参照）など、あるいは任意なそれらの組合わ
せのような他の信号調整装置を含むことがある。処理済
の信号は一般にコントローラ１６に伝えられ、データ分
析（例えば振幅比、位相比較など）を行なうとともに、
普通は文字数字デイスプレーである出力装置２２に適切
な情報を出力する。

０ いま第３図から、スイッチ式アンテナ装置１２の詳細な
構造が示されている。各スイッチ式アンテナ装置１２は
アンテナ装置２６およびスイッチング装置２８を含む。

好適な実施例では、アンテナ装置２６がループ形アンテ
ナ、あるいは周囲の電磁信号を受信する第１巻線３０を
含む誘導コイルである。実際に、第１巻線３０はフェラ
イト・コアの回りに巻かれており、第２巻線３２は構造
上第１巻線３０の上に巻かれ、すなわち第１巻線３０に
誘導結合される。したがって、その巻線は内部巻線３０
および外部巻線３２という便利な呼び方をされる。しか
し、当業者は、巻線３０および巻線３２が並列に置かれ
ているか、共にコアに巻かれているか、あるいはどんな
方法でもそれらが誘導結合されているかを識別するであ
ろう。内部巻線３０および外部巻線３２は構造上接近し
ているので、共にアンテナ装置２６と解釈することがで
きるが、後述のように、外部巻線３２は実際にはスイッ
チング装置２８の部品である。

各内部巻線３０は２個の端子３４および３６を１ 持ち、端子３４（アンテナ装置２６の出力）は共通信号
バス２４に接続され、また端子３６はスイッチング装置
２８に接続されている。同様に、各外部巻線３２は、そ
れぞれアースおよびスイッチング装置２８に接続される
２個の端子３８および４０を持つ。巻線３０はバス２４
に受信信号を供給し、また巻線３２は、その特定のアン
テナ装置１２が選択されないときに信号を減衰する働き
をする。

スイッチング装置２８はアンテナ装置２６を「オン」と
「オフ」の状態間でスイッチするように設引され、また
別法として、使用可能または使用不能な装置として説明
されることがある。オフ状態では、内部巻線３０の端子
３６は有効に開き、これによってバス２４へ通過される
信号以外のどんな信号をも減衰する。オン状態では、端
子３６は接地され、信号はバス２４に流される。好適な
実施例では、スイッチング装置２８は内部巻線３０の端
子３６に接続されるコレクタを持つＮＰＮトランジスタ
４２を含む。トランジスタ４２の工２ ミッタは接地され、またそのベースは好適な実施例では
マイクロプロセッサ４６であるコントローラに限流抵抗
器４４を介して接続されている。

外部巻線３２は内部巻線３０と同様な方法でスイッチン
グ装置２８に接続されている。外部巻線３２の１個の端
子３８は共通アースに接続され、他の端子４０はＰＮＰ
　Ｉ−ランジスタ４８のコレクタに接続されている。Ｐ
ＮＰトランジスタ４８のエミッタは接地されている。ト
ランジスタ４８のベースは、マイクロプロセッサ４６に
順次接続される抵抗器４４に接続される。たとえば、テ
キサス州オースチンのモトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）
社により部品番号ＭＣ６８ＨＣ１１て販売されたような
マイクロプロセッサは、本明細書で意図された目的に十
分適していると思われる。

スイッチ式アンテナ装置１２の作動は簡明である。供給
されたスイッチ式アンテナ装置は、その制御ライン４９
が地気に関して正方向にバイアスされるときに信号受信
用に選択される。逆に、供給された装置は、その制御ラ
イン４９が地気に関３ して負方向にバイアスされるときには選択されない。

選択されなかったユニットでは、トランジスタ４２がタ
ーン・オフされて、内部巻線３０は他の方法でバス２４
に有効に送信される信号を自然減衰させる開状態に放置
する。他方では、トランジスタ４８はターン・オフされ
、他の巻線３２は短絡する。これが内部巻線３０をも有
効に短絡するのは、２つの巻線間の結合係数が高くなり
、その結果選択されないアンテナ装置から出る信号の減
衰が増大するからである。この点で、外部巻線３２がア
ンテナ装置２６の部品ではなくスイッチング装置の正し
く熟考された部品であるのは、外部巻線３２がバス２４
にどんな信号をも供給せずかつ内部巻線３０内の信号を
減衰するのにだけ役立つからである。

選択されたユニットでは、トランジスタ４２はトランジ
スタ４２をターン・オフしかつ内部巻線３０からの信号
を共通バス２４に通過させる（正の）基準電圧をマイク
ロプロセッサ４６から受け４ る。同時に、トランジスタ４８はターン・オフされて信
号受信への影響を無視できる開状態に外部巻線３２を保
持する。スイッチ式アンテナ装置１２が外部巻線３２を
除き、内部巻線３０だけを含むことに注目すべきである
。そのような場合、スイッチング装置２８はトランジス
タ４２のみを含み、トランジスタ４８を含まない。しか
し、減衰のＩＩ的では、スイッチング装置２８にも応動
する外部巻線３２を含むことが望ましい。

スイッチ式アンテナ装置１２の効率を最適化するために
、低い動飽和抵抗および低いコレクタ・ベース・キャパ
シタンスを持つトランジスタを供給することが望ましい
。低い飽和抵抗（トランジスタがオンの時にコレクタか
らエミッタまでの抵抗）は所望のアンテナ信号と比較し
てトランジスタ雑音を最小限にする。低いコレクタ・ベ
ース・キャパシタンスは、スイッチ式アンテナ１２がオ
フ状態のときに不要な信号の減衰を最大にするために望
ましい。カリフォルニア州すンタクララのナショナル・
セミコンダクタ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎ−
５ ｃｌｕｃｔｏｒ）社から部品番号ＮＲＯ４１として販売
されたトランジスタは、１０ＫＨｚからＩＭＨｚの周波
数範囲で受は入れられることが立証されている。

アンテナ装置が選択されないとき信号の減衰を改良する
ために内部巻線３０と外部巻線３２との間のキャパシタ
ンスをできるＩＩＪり低く保つことも右益である。これ
はキャパシタンスを減少させる巻線間の分離を増加する
ことによって達成されると思われる；しかじ、これは巻
線間の相互インダクタンスをも減少し、このことは増加
された相互インダクタンスによって減衰が改良するのは
望ましくない。したがって、巻線とそれらの相互インダ
クタンスとの間の両キャパシタンスを最適化する中間の
分離位置を発見する必要がある。本発明者は、０，７ｎ
＋ｍ〜１．５ｍｍの範囲内の分離距離が長さ約５ｃｍお
よび約１ｃｍの長さのアンテナ巻線には最適であること
を発見している。

本発明のいくつかの別な実施例が第４図から第６図にか
けて示されている。第４図によって、金６ 属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ“Ｓ）を
利用しているスイッチ式アンテナ装置５０が説明される
。この実施例では、第３図のトランジスタがｎ形ＭＯ８
ＦＥＴ’　　Ｓ５２に置き替えられている各ＭＯ３ＦＥ
Ｔ５２は、基本的にはトランジスタ４２と同様に機能す
るがほぼ同じキャパシタンス（オフ状態で）を持つバイ
ポーラ・トランジスタの抵抗よりもＭＯ８ＦＥＴ５２の
抵抗（オン状態で）の方が一般に高くなるので望ましく
ない。加えて、スイッチング・トランジェントは普通バ
イポーラ・トランジスタよりもＭＯ３ＦＥＴ’Ｓを伴う
方が大きくなるのが普通である。

第４図は、ＭＯ８ＦＥＴ’　　Ｓあるいはバイポーラ・
トランジスタのどちらでも使用されるもう１つの別な設
計であり、すなわ相補形デバイスとは反対に同じ形の２
個の半導体の使用を示す。これには各スイッチ式アンテ
ナ装置用の２つの制御ラインを備えることが要求される
。スイッチ式アンテナ装置５０ては、第１制御ライン５
４はＭＯ３ＦＥＴ５２に接続されて内部巻線３０を調整
し、７ また第２制御ライン５６はＭＯ３ＦＥＴ５２’　に接続
されて外部巻線３２を制御する。この構成ては、マイク
ロプロセッサ４６から出ている制御信号は相補関係にあ
るとみなされ、たとえば、もしライン５４がゼロＶであ
れば、そのときライン５６は正の基準電圧を受ける。当
業者は、ＭＯＳＦＥＴを使用する信号制御ラインのセッ
トアツプ（たとえば第３図に示される）がｐ形ＭＯ８Ｆ
ＥＴ５２′すなわちｐ形ＭＯ３ＦＥＴを作ることによっ
て供給されることを認識するであろう。別法として、２
つの制御ラインのセラＩ・アップ（相補制御信号を件う
）はバイポーラ・Ｉ・ランジスタと共に使用され、この
場合は第３図のトランジスタ４２および４８はともにＮ
ＰＮ）ランジスタであろう。

いま第５図から、平衡アンテナ装置６０が示されている
。平衡アンテナ装置６０は依然としてトランジスタ４２
および４８を利用しているが、さらに対称の形をしたト
ランジスタ４２′および４８′を含む。外部巻線３２の
端子３８および４０８ はＰＮＰ　）ランジスタ４８′および４８のコレクタに
それぞれ接続される。内部巻線３０の端子３４および３
６は同様にＮＰＮトランジスタ４２′および４２にそれ
ぞれ接続される。しかし、いま、内部巻線３０は分割さ
れて、共通信号バス２４ａおよび２４ｂにそれぞれ接続
されている２個の中間出力ライン６２および６４を作る
。信号バス２４ａおよび２４ｂは、その出力が前置増幅
器１４に直接向けられる平衡変成器６６に接続されてい
る。全てのトランジスタのエミッタは接地され、かつ全
てのトランジスタのベースは抵抗器４４を通ってマイク
ロプロセッサ４６に接続される。平衡アンテナ装置６０
はスイッチング・トランジェントからの雑音の減少に役
立つ；共通モード人力として変成器６６への平衡人力が
起こると雑音は減衰される。しかし、第５図に示される
設計は第３図の好適な実施例よりはコスト高になる。

もう１つの別な実施例は第６図に示され、いま注目が引
かれている。第６図は、２個の同じ巻線７２および７４
をもつブリッジ・アンテナ装置１つ ７０の使用を表わす。巻線７２の端子の１つはＮＰＮト
ランジスタ４２のコレクタに結合され、また巻線７４の
端子の１個は可変コンデンサ７６の端子に接続される。

巻線７２および７４の他の端子は信号バス２４に共通出
力を供給する。可変コンデンサ７６が正しく調節される
（トランジスタ４２のコレクタ・ベース・キャパシタン
スに対して）とき、アンテナ装置７０はオフの状態でブ
リッジ回路を形成する。この状態では、巻線７２および
７４からの信号を互に打ち消し合い、結果として共通信
号バス２４への出力はごくわずかになる。この構造の一
番不利な点は、平衡回路に達するために多大な注意をは
らって可変コンデンサ７６に適合させねばならないこと
である。

本発明は特定な実施例によって説明されたが、それに限
られるものではない。開示された実施例の多様な変更は
、本発明の別法の実施例も同様に、説明を参照すること
により当業者にとって明白になると思う。たとえば、も
し選択が頻繁に要求されるとき（選択されないアンテナ
信号の減衰作用０ ４゜ が起こると望ましくないと思われるカリアンテナ装置を
同調させるには共通信号バスを横切るコンデンサを付加
する。したがって、添付された特許請求の範囲は本発明
の正しい範囲内に入るような変更をカバーすると思われ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数個の前置増幅器を使用する典型的な先行技
術のアンテナ・アレイの電気ブロック図、第２図は共通
信号バスに接続されるスイッチ式アンテナ装置を示す本
発明の電子ブロック図、第３図は本発明の好適な実施例
のスイッチ式アンテナ装置の詳細な電気接続図、第４図
はＭＯＳＦＥＴ　’　Ｓを利用したもう１つの実施例の
詳細な電気接続図、第５図は一対の信号バスに異なった
入力を供給するもう１つの実施例の詳細な電気接続図、
第６図はアンテナおよびコンデンサがブリッジ回路を形
成しているもう１つの実施例の詳細な電気接続図である
。 符号の説明： ３・・・マルチプレクサ；　４・・・コントローラ；１ ５．１８・・・信号プロセッサ；４．１６・・・コント
ローラ；　２０・・・人力装置（オーパッド）；２２・
・・出力装置：　４６・・・マイクロプロセッサ；１０
・・・ネットワーク；　１２・・・スイッチ式アンテナ
装置。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）信号バスに対する電磁信号を受信しかつ伝送する
   スイッチ式アンテナ電子装置であって、信号バスに接続
   する第１端子を有するとともに、第２端子を備えている
   アンテナ装置と、 前記アンテナ装置の前記第２端子に接続されて前記アン
   テナ装置により受信した信号を選択減衰させるスイッチ
   ング装置であり、「オン」状態と「オフ」状態を持ちそ
   れによって、前記スイッチング装置が前記「オン」状態
   にあるときに前記アンテナ装置は前記受信した信号を前
   記第１端子に伝送し、かつ前記スイッチング装置が前記
   「オフ」状態にあるときに前記受信した信号は前記スイ
   ッチング装置により減衰される前記スイッチング装置と
   、 を含むことを特徴とするスイッチ式アンテナ電子装置。
2. （２）前記アンテナ装置が第１巻線を含み、かつ前記ス
   イッチング装置が前記第１巻線に誘導結合される第２巻
   線を含む、ことを特徴とする請求項１記載によるスイッ
   チ式アンテナ電子装置。
3. （３）前記スイッチング装置はそれが前記「オン」状態
   にあるとき前記アンテナ装置の前記第２端子を接地させ
   、かつ前記スイッチ装置はそれが前記「オフ」状態にあ
   るとき前記アンテナ装置の前記第２端子を有効に開かせ
   る、ことを特徴とする請求項１記載によるスイッチ式ア
   ンテナ電子装置。
4. （４）アンテナ・アレイにより受信された信号を選択出
   力する装置であって、 共通信号バスと、 複数個のスイッチ式アンテナ電子装置であり、おのおの
   は 前記共通信号バスに接続される第１端子を有するととも
   に、第２端子を備えているアンテナ装置と、 前記アンテナ装置の前記第２端子に接続されて前記アン
   テナ装置により受信された信号を減衰するスイッチング
   装置であり、それが「オン」状態と「オフ」状態とを有
   しそれによって、前記スイッチング装置が前記「オン」
   状態にあるとき前記アンテナ装置は前記受信した信号を
   前記共通信号バスに出し、かつ前記スイッチング装置が
   前記「オフ」状態にあるとき前記受信した信号は前記ス
   イッチング装置により減衰され、前記スイッチ装置はさ
   らに制御ラインを有する、前記スイッチング装置とを含
   む前記複数個のスイッチ式アンテナ電子装置と、 前記各制御ラインに接続されて、前記スイッチング装置
   を「オン」と「オフ」の状態間で選択スイッチする制御
   装置と、 を含むことを特徴とする選択出力装置。