JP2566295B2 - Ｇｐｓ受信用アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は移動体に搭載して使用するGlobal Postionin
g System（以下GPSと略す）受信用アンテナに関するも
のである。

［従来の技術］ GPS受信用アンテナは他の位置標定用センサを必要と
しない自立型システムであるため、GPS受信用アンテナ
は屋根上部に独立して設けられていた。しかしながら都
市部、山間部など比較的見通しの悪い地域でGPS受信用
アンテナを利用すると、測位に必要とされる３個の衛星
からの信号が受信できない場合がある。このような場合
の補助手段として、車室内に設けた地磁気センサで方位
測定を行ない、さらに車軸の回転数から移動距離を求め
て相対的移動量を知り、前回のGPS衛星を利用した測位
結果を用いて補完的な測位を行なう方法がある。このよ
うな方法を採る際、GPS受信用アンテナにはブースタ或
いはコンバータ等のアンテナ部に付属する回路部が内蔵
されるので供給電源により直流磁界が発生して地磁気セ
ンサの誤差の原因となったり、地磁気センサの存在がア
ンテナ特性に悪影響を及ぼす恐れがある為、前述のよう
に地磁気センサをアンテナ部とは別に配置して使用して
いた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで従来のGPS受信用アンテナはアンテナ部と地
磁気センサしが別個に用いられているため、GPS受信シ
ステム及びその補完システム系の配線が複数本となって
おり、その分システムの信頼性が低いという問題があっ
た。

本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもので、アン
テナ特性に及ぼす影響を少なくして地磁気センサとアン
テナ部とを近接配置することを可能としたGPS受信用ア
ンテナを提供することを目的とし、更にアンテナ部に付
属する回路部から発生する直流磁界が地磁気センサに影
響を与えないようにしたGPS受信用アンテナを提供する
ことを目的とし、またアンテナ部からのGPS受信信号
と、地磁気センサの検出信号処理手段へ出力する検出信
号とを外部へ送出する配線を必要最小限に押えたGPS受
信用アンテナを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明はパッチアンテナからアンテナ部を構成し、そ
の放射体とアース板との間に地磁気センサを配置したも
のである。

更に詳しくはアンテナ部に付属する回路部を収納する
筐体の一部でアース板を構成し、且つ筐体を磁性体板で
構成して、前記回路部の磁気シールドを施して成る。

また地磁気センサの検出信号処理手段の出力信号を高
周波信号に変換してアンテナ部の出力用同軸ケーブルに
重畳する手段を備えるとともに、この重畳する手段をア
ンテナ部に付属する回路部と同一の筐体に収納する。

更にまた放射体を非磁性体導電板で構成する。

［作用］ しかしてパッチ部とアース板との間に地磁気センサを
配置したものであるから、パッチアンテナの周辺開口部
から地磁気センサを遠ざけることができ、アンテナの輻
射効率、輻射指向性への影響を少なくして地磁気センサ
を組込むことができのである。

またアンテナ部に付属する回路部を収納する回路収納
部の筐体の一部でアース板を構成し、且つ筐体を磁性体
板で構成して前記回路部の磁気シールドを施すことによ
り回路部から発生する直流磁界を遮蔽して地磁気センサ
への影響を少なくするのである。

更に地磁気センサの検出信号処理手段の出力信号を高
周波信号に変換してアンテナ部の出力用同軸ケーブルに
重畳かる手段を備えるとともに、この重畳する手段をア
ンテナ部に付属する回路部と同一の筐体に収納するの
で、同軸ケーブルを筐体より一本外部に導出するだけで
アンテナ部に付属する回路部及び地磁気センサの回路へ
の電源供給及びGPS受信信号及び地磁気センサの検出信
号の取り出しが行なえる。

更にアンテナ部を非磁性体導電板で構成することによ
りアンテナ部が地磁気センサに影響を及ぼすのを防げる
のである。

［実施例］ 第１図（ａ），（ｂ）は本発明の実施例を示してお
り、レドーム１内にはブースタ、コンバータなどアンテ
ナ部に付属する回路部などの回路を収納した磁性体製の
筐体２と、この筐体２の天井面をアース板とするアンテ
ナ部と、地磁気センサ３を配設してある。アンテナ部は
アース板上方に配置する矩形パッチを形成した放射体４
の対角線上に給電ピン５を接続して円偏波を受信するよ
うになっているものであり、地磁気センサ３はアース板
である筐体２の天井面と放射体４との間に配設される。
筐体２は先端に同軸コネクタ７を設けたアンテナ部の出
力用同軸ケーブル６を導出している。

尚放射体４のパッチとしては円形パッチ或いは他の形
状のパッチを利用しても円偏波受信は可能である。ここ
でパッチアンテナの輻射効率は放射体４及び放射体４と
対向するアース板の導電率及び特に放射体４の周囲の開
口部附近に存在する誘電体或いは磁性体に依る高周波損
失に支配される。またパッチアンテナの輻射指向性もパ
ッチ周囲の開口部附近に存在する磁性体、誘電体、導電
体の影響を受けやすい。

地磁気センサ３は第２図に示すようなフラックスゲー
ト型センサを用いており、パーマロイ等の磁性体による
環状コア８に地磁気センス出力巻線9,10を直交するよう
に巻回し、更に励磁用巻線11を巻回して構成されてい
る。尚端子12,13は出力端子、端子14は励磁入力端子で
ある。

この地磁気センサ３は次のような原理により動作す
る。つまり励磁用巻線11に周波数Ｆの励磁信号を印加
し、環状コア８が励磁信号の尖頭値附近で飽和するよう
に信号レベルを調整すると、環状コア８中に周波数2Fの
成分を含む歪磁束が発生する。この歪成分は磁性体の飽
和特性曲線の飽和部附近での非直線性が大きい程多く発
生し、且つ外部から地磁気などによる直流磁界が印加さ
れた場合の環状コア８中の磁束の微小な変化に対しても
より高感度に変化する。従って直交して巻回した出力巻
線9,10より周波数2F成分の信号のみ取り出せば高感度の
地磁気センサと使用できるのである。即ち出力巻線９を
南北方向センス巻線、出力巻線10を東西方向センス巻線
として用いれば、出力巻線10の巻線方向と角度θで鎖交
する地磁気が存在したとき、東西方向センス巻線である
出力巻線10の出力はsinθに比例し、南北方向センス巻
線である出力巻線９の出力はcosθに比例するので、夫
々の出力巻線9,10から逆演算して地磁気等外部磁界の方
向を知ることができる。この種の地磁気センサは周囲に
直流磁界を発生する電気回路が存在すると誤差が大きく
なる。従って、パッチアンテナ下部に配置したアンテナ
部に付属する回路部の影響を最小にする工夫が必要とな
る。

本発明では上述の様なパッチアンテナの輻射効率、輻
射指向性に地磁気センサ３が悪影響を及ぼさぬよう第１
図に示すように放射体４の中央附近のパッチと回路収納
部２の天井面であるアース板との間に地磁気センサ３を
配設してある。この場合地磁気センサ３の存在はパッチ
アンテナのインピーダンス特性に悪影響を与えるのみで
あり、アンテナの輻射特性への影響は少ない。

一方、地磁気センサ３の特性に対してパッチアンテナ
及び回路部が悪影響を及ぼさないようにする為に回路部
は磁性体板で形成した筐体２内に収納して磁気シールド
を施し、放射体４は非磁性体板で構成している。この場
合筐体２を構成する磁性体板がアース板としての導電率
を良好にする必要もあるので錫鍍金鋼板等の導電鍍金処
理をした磁性体板を使用する。また上記放射体４を形成
する非磁性体板もパッチアンテナ特性を良好にする為に
導電率の良好な銅板、アルミニュウム板等を用いてい
る。

第３図は上記の構成でGPS受信用アンテナに地磁気セ
ンサ３を組込んだ場合の回路を示しており、地磁気セン
サ３の励磁巻線11には励磁信号発振器15から出力され、
励磁信号増幅器16で増幅された40KHzの正弦波が印加さ
れるようになっている。

また環状コア８が励磁信号により飽和レベル迄励磁さ
れた結果生じた２倍の周波数成分（例えば80KHz）信号
が直交した出力巻線9,10によって地磁気の影響を受けな
がら検出されるので帯域通過フイルタ17,18により選択
するようになっている。

帯域通過フイルタ17,18を通過した信号は増幅器19,20
で夫々増幅され、更に振幅検波器21,22で検波され、直
流増幅器23,24で直流増幅される。

この直流増幅された地磁気の影響含む信号成分から地
磁気磁束の出力巻線9,10との鎖交角度が逆演算回路25で
求められる。例えば上記励磁信号のレベルを環状コア８
の飽和レベル直前のレベルに設定し、地磁気の静磁界に
より環状コア８が飽和するようにすれば地磁気と、一方
の出力巻線９又は10との鎖交角をθとしたとき、一方の
出力巻線９又は10からの２倍歪波検出レベルはsinθに
比例し、他方の出力巻線10又は９からの２倍歪検出レベ
ルはCOSθに比例するので各出力巻線9,10からの出力の
比を取り、逆正接を求めれば鎖交角θを検出できること
になる。このような逆演算回路25はダイオードと演算増
幅器を用いて容易に構成できる。

逆演算回路25により検出された地磁気と出力巻線9,10
の鎖交角度信号は、FM変調器26を介して高周波信号（例
えば100KHzのFM信号）に変換され、更にコンデンサ27、
コイル28よりなる直列共振回路（この場合は共振周波数
100KHz）で同軸ケーブル６に供給される。

一方GPS受信用アンテナＡで受信された1.5GHz帯の信
号は帯域通過フイルタ29、高質幅器30、結合コンデンサ
31を介して同軸ケーブル６に供給される。

この同軸ケーブル６の一点鎖線で区分した左側の部分
は移動体内部に搭載された信号処理回路（図示せず）の
一部であり、端子32より高周波チョークコイル33を介し
て直流電源が供給され、同軸ケーブル６のアンテナ部
（図中一点鎖線の右側に部分）側で高周波チョークコイ
ル34により直流成分が分離され、端子35よりアンテナ部
の直流電源を得るよう構成されている。

尚コンデンサ36は結合コンデンサ、端子37はGPS受信
信号取り出し端子、コイル38、コンデンサ39は直列共振
回路（この場合の共振周波数は100KHz）であり、端子40
は地磁気角度信号取り出し端子である。

上記同軸ケーブル６には1.5GHz帯のGPS受信信号の他
に、角度検出信号（本実施例では100KHz）と直流電源が
重畳されるので、コンデンサ31,36のリアクタンスは角
度検出信号周波に対しては充分大きくなるように、また
直列共振回路を構成するコイル28、コンデンサ27及びコ
イル38、コンデンサ39のインピーダンスはGPS受信信号
周波に対して充分大きくなるように選択される。更に高
周波チョークコイル34,33のリアクタンスは角度検出信
号周波、GPS受信信号周波のいずれに対しても充分大き
くなるように選ぶ。

［発明の効果］ 本発明は放射体とアース板との間に地磁気センサを配
置したものであるから、パッチアンテナの開口部から地
磁気センサを遠ざけることができ、その為アンテナの輻
射効率、輻射指向性への影響を少なくして地磁気センサ
を組込むことができるという効果が有る。

またアンテナ部に付属する回路部を収納する筐体の一
部でアース板を構成し、且つ上記筐体を磁性体板で構成
して前記回路部の磁気シールドを施すことにより地磁気
センサに対する上記回路部から発生する直流磁界の影響
を少なくできる。

更に地磁気センサの検出信号処理手段の出力信号を高
周波信号に変換してアンテナ部の出力用同軸ケーブルに
重畳する手段を備えるとともに、この重畳する手段をア
ンテナ部に付属する回路部と同一の筐体に収納するの
で、同軸ケーブルを筐体より一本外部に導出するだけで
回路部の地磁気センサの回路部への電源供給及びGPS受
信信号及び地磁気センサの検出信号の取り出しが行な
え、その結果配線本数が少なく済みシステムの信頼性を
高めることができるという効果が有る。

更にまた放射体を非磁性体導電板で構成することによ
り地磁気センサにアンテナ部の影響を少なくすることが
できるという効果が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例の断面図、第１図（ｂ）
は同上の一部破断せる上面図、第２図は同上の地磁気セ
ンサの拡大斜視図、第３図は同上の回路図である。 ２は筐体、３は地磁気センサ、４は放射体、６は同軸ケ
ーブルである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パッチアンテナを構成するアンテナ部の放
   射体とアース体との間に地磁気センサを配置したことを
   特徴とするGPS受信用アンテナ。
2. 【請求項２】アンテアン部に付属する回路部を収納する
   筐体の一部でアース板を構成し、且つ上記筐体を磁性体
   板で構成して、前記回路部の磁気シールドを施して成る
   ことを特徴とする請求項１記載のGPS受信用アンテナ。
3. 【請求項３】地磁気センサの検出信号処理手段の出力信
   号を高周波信号に変換してアンテナ部の出力用同軸ケー
   ブルに重畳する手段を備えるとともに、この重畳する手
   段をアンテナ部に付属する回路部と同一の筐体に収納し
   て成ることを特徴とする請求項２記載のGPS受信用アン
   テナ。
4. 【請求項４】放射体を非磁性体導電板で構成して成るこ
   とを特徴とする請求項１記載のGPS受信用アンテナ。