(57)【要約】【課題】良好な感度と小型化を両立させるＧＰＳモジュール及び該ＧＰＳモジュールを用いたモバイル機器を提供する。【解決手段】２つのＬＮＡチップ１２と、出力特性インピーダンスがＬＮＡチップ１２の入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面の外形寸法が決められた２給電のパッチアンテナ１１と、入力特性インピーダンスがＬＮＡチップ１２の出力インピーダンスの大きさと等しい−３ｄＢ方向性結合器１３と、ＬＮＡチップ１２それぞれと−３ｄＢ方向性結合器を結び、それぞれの配線長さＬがＬＮＡチップ１２の出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となっている配線Ｌ１と、−３ｄＢ方向性結合器１３と接続されるＧＰＳ受信回路１４と、を備える。【選択図】図２
2010016501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を選択及び増幅する２つのＬＮＡチップと、
基板の一方の面側に設けられたアンテナ放射面と、アンテナ放射面の中心に対して９０°をなすように配置され前記２つのＬＮＡチップと接続される２つの給電点とからなり、出力特性インピーダンスが前記２つのＬＮＡチップの入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面の外形寸法が決められたパッチアンテナと、
前記２つのＬＮＡチップと接続され、入力特性インピーダンスが該２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの大きさと等しい−３ｄＢ方向性結合器と、
前記２つのＬＮＡチップそれぞれと−３ｄＢ方向性結合器を結び、それぞれの配線長さが前記２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となっている配線と、
前記−３ｄＢ方向性結合器と接続されるＧＰＳ受信回路と、
を備えるＧＰＳモジュール。
【請求項２】
前記基板は複数の基板層が積層されてなり、
前記パッチアンテナのグランド面が前記基板内部の基板層に形成されてなる請求項１に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項３】
前記基板は複数の基板層が積層されてなり、
前記−３ｄＢ方向性結合器は、前記基板内部の基板層に回路パターンとして形成されてなる請求項１に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項４】
前記ＧＰＳ受信回路は、前記基板のパッチアンテナとは反対面側に実装される請求項１に記載のＧＰＳモジュール。
【請求項５】
入力された信号を選択及び増幅する２つのＬＮＡチップと、
基板の一方の面側に設けられたアンテナ放射面と、アンテナ放射面の中心に対して９０°をなすように配置され前記２つのＬＮＡチップと接続される２つの給電点とからなり、出力特性インピーダンスが前記２つのＬＮＡチップの入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面の外形寸法が決められたパッチアンテナと、
前記２つのＬＮＡチップと接続され、入力特性インピーダンスが該２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの大きさと等しい−３ｄＢ方向性結合器と、
前記２つのＬＮＡチップそれぞれと−３ｄＢ方向性結合器を結び、それぞれの配線長さが前記２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となっている配線と、
前記−３ｄＢ方向性結合器と接続されるＧＰＳ受信回路と、
を備えるＧＰＳモジュールを搭載したモバイル機器。
【請求項６】
前記ＧＰＳ受信回路は、シールドキャップでカバーされている請求項５に記載のモバイル機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波パッチアンテナが一体となったＧＰＳモジュールと、該ＧＰＳモジュールを搭載したモバイル機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、人工衛星から該人工衛星の軌道と時刻のデータ等を含む電波信号を受信して、受信した電波の時間差により受信地点における地球上の位置を特定するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用したＧＰＳ機器が提供されている。このようなＧＰＳ機器は、携帯電話等に代表されるモバイル機器や、自動車等の移動体の測位に用いられている。
【０００３】
またこのようなＧＰＳ機器には、人工衛星からの電波を受信するためのアンテナ装置が用いられていて、該アンテナ装置としては、人工衛星のＧＰＳ用信号を受信するＧＰＳアンテナと、ＧＰＳアンテナで受信したＧＰＳ用信号を増幅して同軸ケーブルに出力する受信回路とが実装される回路基板を、ケース内に収納したものが提供されている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
また最近では、アンテナ、フロントエンド回路、ＧＰＳ受信回路が一体となったＧＰＳモジュールが検討されており、該ＧＰＳモジュールを携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル機器に組込むために、小型化と、高感度の両立が求められるようになっている。しかしながら、小型化のため、アンテナをＧＰＳ受信回路（以下、ＧＰＳ回路ともいう）に近づけると、アンテナがＧＰＳ回路の雑音を受信してしまい、俗に、自己中毒と呼ばれる感度抑圧が発生する。
【０００５】
この対策として、パッチアンテナ等のマイクロストリップアンテナをＧＰＳ基板の片面に形成し、基板内層のグランド面で遮蔽された、基板反対面にＧＰＳ回路を形成するという方法が考えられるが、パッチアンテナは、多層チップアンテナ（逆Ｆアンテナや、ミアンダラインアンテナ等）と比較して、占有面積が大きくなってしまう。パッチアンテナの放射パターンは、約２分の１波長の長手寸法が必要で（正方形パッチアンテナの一辺の長さは、λ/2/（εeff）^1/2）、かつ、パッチアンテナの裏面グランドはそれを超える寸法が必要だからである。逆に、他のタイプのアンテナは、放射パターンの折り曲げ等で小型化できるが、雑音を遮蔽するためのグランド面を近くに配置すると、著しく、ＶＳＷＲ、利得等の特性が劣化する。
【０００６】
また、パッチアンテナの小型化として、アンテナ基板に高誘電率の誘電体を使用して、波長短縮する方法があるが、通常、高誘電率になると、誘電正接も大きくなるため、損失が大きくなり、かつ、放射パターンが小さくなることで放射効率も下がり、結果として、感度劣化する。
【０００７】
また、ＧＰＳ等に用いられる円偏波パッチアンテナの利得向上方法として、２系統の給電にするという方法が知られているが、フロントエンド回路の規模が大きくなり、更に、モジュールの小型化が困難になる。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１０１３３４号公報
【特許文献２】特開２００１−３３２９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、良好な感度と小型化を両立させるＧＰＳモジュール及び該ＧＰＳモジュールを用いたモバイル機器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】
【００１０】
前記課題を解決するために提供する本発明は、入力された信号を選択及び増幅する２つのＬＮＡチップ（ＬＮＡチップ１２）と、基板（基板Ｓ）の一方の面側に設けられたアンテナ放射面（パッチ１１ａ）と、アンテナ放射面の中心に対して９０°をなすように配置され前記２つのＬＮＡチップと接続される２つの給電点（給電点１１ｂ）とからなり、出力特性インピーダンスが前記２つのＬＮＡチップの入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面の外形寸法が決められたパッチアンテナ（パッチアンテナ１１）と、前記２つのＬＮＡチップと接続され、入力特性インピーダンスが該２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの大きさと等しい−３ｄＢ方向性結合器（−３ｄＢ方向性結合器１３）と、前記２つのＬＮＡチップそれぞれと−３ｄＢ方向性結合器を結び、それぞれの配線長さが前記２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となっている配線（配線Ｌ１）と、前記−３ｄＢ方向性結合器と接続されるＧＰＳ受信回路（ＧＰＳ受信回路１４）と、を備えるＧＰＳモジュール（ＧＰＳモジュール１０）である（図２，図３，図７〜図９）。
【００１１】
ここで、前記基板は複数の基板層が積層されてなり、前記パッチアンテナのグランド面が前記基板内部の基板層に形成されてなることが好ましく、さらに前記−３ｄＢ方向性結合器は、前記基板内部の基板層に回路パターンとして形成されてなることが好適である。
また前記ＧＰＳ受信回路は、前記基板のパッチアンテナとは反対面側に実装されることが好ましい。
【００１２】
また前記課題を解決するために提供する本発明は、入力された信号を選択及び増幅する２つのＬＮＡチップと、基板の一方の面側に設けられたアンテナ放射面と、アンテナ放射面の中心に対して９０°をなすように配置され前記２つのＬＮＡチップと接続される２つの給電点とからなり、出力特性インピーダンスが前記２つのＬＮＡチップの入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面の外形寸法が決められたパッチアンテナと、前記２つのＬＮＡチップと接続され、入力特性インピーダンスが該２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの大きさと等しい−３ｄＢ方向性結合器と、前記２つのＬＮＡチップそれぞれと−３ｄＢ方向性結合器を結び、それぞれの配線長さが前記２つのＬＮＡチップの出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となっている配線と、前記−３ｄＢ方向性結合器と接続されるＧＰＳ受信回路と、を備えるＧＰＳモジュール（ＧＰＳモジュール１０）を搭載したモバイル機器（モバイル機器１００）である（図１０）。
【００１３】
ここで、前記ＧＰＳ受信回路は、シールドキャップ（シールドキャップ１５）でカバーされていることが好ましい（図１０）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＧＰＳモジュールによれば、９０°の位相差をもつ２点給電のパッチアンテナを用いるので、給電点１つの縮退分離法によるパッチアンテナ搭載のＧＰＳモジュールよりも高感度を実現することができる。また、２つのアンテナ給電線にそれぞれＬＮＡ入力側整合回路なしでＬＮＡチップに直接接続するとともに、ＬＮＡチップをＬＮＡ出力側整合回路なしで−３ｄＢ方向性結合器に直接接続するので、省スペース化を図ることができる。
また、本発明のモバイル機器によれば、小型で高感度のＧＰＳモジュールを用いるので、より小型化及び高性能化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、従来のＧＰＳモジュールにおけるフロントエンド回路の構成を示すブロック図である。図１（ａ）におけるアンテナとフロントエンド回路は、パッチアンテナ（１点給電タイプ）のサイズも大きいが、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ；帯域通過濾波器）、ＬＮＡ（Ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）チップ前後に配置される整合回路等により、フロントエンド回路の規模が大きいことでも、小型化が困難である。また、図１(ｂ)のようにパッチアンテナを２系統の給電にするとアンテナ利得を向上できることが知られているが、ＢＰＦ−入力側整合回路−ＬＮＡチップ−出力側整合回路が２系統分設けられ、さらに−３ｄＢ方向性結合器が付加されて回路規模が更に大きくなってしまうため、モバイル機器搭載のＧＰＳモジュールとしては、ほとんど使われていないのが現状であった。
【００１６】
発明者は、アンテナ利得を向上できるとともに基板内層のグランド面で雑音遮蔽ができるパッチアンテナに着目し、ＬＮＡチップの整合回路等を取り除いてフロントエンド回路を小型化することで、パッチアンテナによってサイズが大きくなる分を相殺し、雑音の感度抑圧と小型化を両立する着想を得て、鋭意検討を行い本発明を成すに至った。
【００１７】
以下に、本発明に係るＧＰＳモジュール及びモバイル機器について説明する。なお、本発明を図面に示した実施形態をもって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の態様に応じて適宜変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１８】
図２は、本発明に係るＧＰＳモジュールの構成を示すブロック図である。
本発明に係るＧＰＳモジュール１０は、２点給電タイプのパッチアンテナ１１と、入力された信号を選択及び増幅する２つのＬＮＡチップ１２と、−３ｄＢ方向性結合器１３と、ＧＰＳ受信回路１４と、を備える。なお、パッチアンテナ１１，ＬＮＡチップ１２，−３ｄＢ方向性結合器１３，ＧＰＳ受信回路１４は複数の基板層が積層されてなる１つの基板（ＧＰＳ基板，詳細は後述）の上または内部に設けられる構成とする。
【００１９】
ここで、パッチアンテナ１１は、円偏波を励振するために、９０°の位相差を持つ２点給電のパッチアンテナ（マイクロストリップ・パッチアンテナ）をＧＰＳ基板の片面に形成したものである。
【００２０】
図３に、パッチアンテナ１１の構成例を示す。
アンテナ放射面（導体）であるパッチ１１ａが誘電体であって基板の最外層である基板層Ｓ１上に設けられており、パッチ１２ａの中心Ｏに対して９０°をなすように配置された２つの給電点１１ｂを設けて、円偏波アンテナとして機能させている。なお、パッチ１１ａの形状は、円形（図３（ａ））でも正方形（方形）（図３（ｂ））でも良い。
【００２１】
従来、携帯電話、ＰＤＡ、ハンディーゲーム機のようなモバイル機器に搭載されるＧＰＳ用のパッチアンテナでは、給電点１つ（１給電）で円偏波を励振するのに縮退分離法を用いるが、２つの共振周波数が生じるため、２給電の方がエネルギー損失が少ないことが知られている。そのため、本発明では、２給電タイプのパッチアンテナとしている。
【００２２】
また、給電点１１ｂにつながる給電線１１ｄは、基板貫通ＶＩＡとして基板の反対面に引き出しても良いし（図３（ａ））、基板層Ｓ１上のパッチパターンと同じ面にマイクロストリップラインとして引き出しても良い（図３（ｂ））。この２本の給電線１１ｄはさらに２つのＬＮＡチップ１２それぞれの入力側に接続される。
【００２３】
また、パッチアンテナ１１のグランド面１１ｃを、基板層Ｓ１のパッチ１１ａとは反対面側に設けている。グランド面１１ｃは、グランド（ＧＮＤ）電位となるように設けられた導電層である。このとき、グランド面１１ｃを基板層Ｓ１の全面に設けられた基板内層のベタグランドにすることで、基板のパッチアンテナ１１とは反対面に設けられるＧＰＳ回路、およびＧＰＳモジュール１０の近傍の回路基板の放射雑音を遮蔽して、パッチ１１ａを保護することができる。パッチアンテナ、マイクロストリップアンテナ以外のタイプのアンテナでは、アンテナと対峙してグランド面を配置すると、Ｑ値を著しく劣化させ、感度が悪くなってしまう。パッチアンテナ１０において、グランド面１１ｃを用いて、パッチ１１ａと、雑音源である回路ブロックを隔てるという構造は、回路の放射雑音による感度抑圧対策として、非常に有効である。
【００２４】
ところで、２給電のパッチアンテナ１１では、パッチ１１ａの外形寸法を変化させても、２つの給電点１１ｂの位置関係がアンテナ放射面１１の中心Ｏを基準として９０°回転の関係にあれば円偏波を確保できるため、パッチ１１ａの外形寸法（円形パッチアンテナ（図３（ａ））では半径Ｒ、方形パッチアンテナ（図３（ｂ））では一辺の長さａ）を変化させて、出力特性インピーダンスをチューニングすることが容易にできる。一方、１給電のパッチアンテナでは、アンテナ放射面の外形寸法の縦横比、外形切り欠きの面積、給電点位置等から２つの共振周波数をつくることで円偏波を得ているため、アンテナ放射面の外形寸法を変化させてインピーダンスをチューニングすることは簡単でなく、煩雑な検討を要する。
【００２５】
したがって、通常のアンテナのインピーダンスは５０Ωだが、本発明では２給電のパッチアンテナ１１の外形寸法を調整することにより出力特性インピーダンスを所定の周波数でＬＮＡチップ１２の入力インピーダンスと整合させることが可能である。詳しくは、パッチアンテナ１１の出力特性インピーダンスが２つのＬＮＡチップ１２の入力インピーダンスの共役複素数になるように、アンテナ放射面１１の外形寸法を決めることを行う。例えば、図３（ａ）のパッチアンテナ１１の場合には、アンテナ放射面の半径Ｒ及び２つの給電点１１ｂそれぞれの中心Ｏからの距離ｒを決めればよい。また、図３（ｂ）のパッチアンテナ１１の場合には、パッチ１１ａの一辺の長さａを決めればよい。あるいは方形のパッチ１１ａ内に２つの給電点１１ｂを設けた場合には、パッチ１１ａの一辺の長さａ及び２つの給電点１１ｂそれぞれのアンテナ放射面中心からの距離ｂを決めればよい。
【００２６】
以上の構成とすることにより、パッチアンテナ１１がＬＮＡチップ１２とのインピーダンス整合機能を有することになり、図１（ｂ）のトップ段のＢＰＦとＬＮＡ入力側整合回路を取り除いても、ＬＮＡチップ１２のインピーダンス整合が可能で、ＧＰＳモジュールとして高感度を実現することができる。また、図１（ｂ）のトップ段のＢＰＦとＬＮＡ入力側整合回路の省略により、面積比として少なくとも１０％の省スペース化を図ることができる。
【００２７】
また、ＬＮＡチップは、いわゆる低雑音増幅器の集積回路からなり整合回路をつけていない半導体チップ単体のものであり、入力された信号を選択して増幅した後に出力するものである。すなわち、インピーダンス５０Ωを示すものではない。また、パッケージングはしてあってもよい。
【００２８】
つぎに、−３ｄＢ方向性結合器（−３ｄＢカプラ）１３は、２つのＬＮＡチップ１２それぞれの出力側と接続され、２系統のＬＮＡ出力信号を結合するものである。また、−３ｄＢ方向性結合器１３は、小型化のため、基板内部の基板層Ｓｎに回路パターンとして形成されてなるものである。回路パターンとしては、図４に示すように、（ａ）ブランチライン形、（ｂ）１／４波長分布結合形（λ/４分布結合平行線）、（ｃ）ラットレース形、（ｄ）位相反転形ハイブリッドリング等がある。このうち、図５に示すように、平行な２つの基板層それぞれに上層パターン、下層パターンを形成した、（ａ）ミアンダラインや（ｂ）スパイラルの多層パターンで平行線を形成できる“λ/4分布結合平行線”が基板の小型化には適している。
【００２９】
これらの−３ｄＢ方向性結合器１３では、結合線間のギャップを結合度−３ｄＢとなるように調整している。また、結合線の線幅，結合線と基準グランドとの距離を調整することにより所望のインピーダンスＺ０を得ることができる。
【００３０】
本発明では、２給電のパッチアンテナ１１とし、−３ｄＢ方向性結合器１３の入力特性インピーダンスをチューニングすることによって、図１（ｂ）におけるＬＮＡチップの出力整合回路を取り除くことが可能である。
【００３１】
図６を参照しながら、本発明におけるＬＮＡチップ１２と−３ｄＢ方向性結合器１３とのインピーダンス整合を図る上での考え方を説明する。
まず、ＬＮＡチップ１２の出力インピーダンスはつぎの式で表される。なお、実数部Ｒ１は抵抗値、虚数部Ｘ１はリアクタンスで容量成分かインダクタンス成分のどちらかである（以下、インピーダンスの式はこの形式に準ずる）。
Ｚ１＝Ｒ１＋ｊＸ１  ・・・（１）
【００３２】
いま、Ｚ１をフェザー表示で表すと、大きさ｜Ｚ１｜と、位相θに分けられ、次式のようになる。
Ｒ１＝｜Ｚ１｜ｃｏｓθ  ・・・（２）
Ｘ１＝｜Ｚ１｜ｓｉｎθ  ・・・（３）
【００３３】
ここで、配線Ｌ１によってインピーダンス整合が取れるということは、ＬＮＡ出力端から配線Ｌ１を見たときのインピーダンスＺ１＊がＺ１（式（１））と共役複素数の関係にあることに等しいということであり、次式のようになる。
Ｚ１＊＝Ｒ１−ｊＸ１  ・・・（４）
【００３４】
これをフェザー表示で表すと、次式のようになる。
Ｒ１＝｜Ｚ１｜ｃｏｓ（−θ）＝｜Ｚ１｜ｃｏｓ（３６０deg.−θ）  ・・・（５）
−Ｘ１＝｜Ｚ１｜ｓｉｎ（−θ）＝｜Ｚ１｜ｓｉｎ（３６０deg.−θ）  ・・・（６）
【００３５】
つぎに、−３ｄＢ方向性結合器１３は、結合線のライン幅等で入力インピーダンスＺ２を任意に設定できる。また、比抵抗の高い配線導体の使用を避ける等して配線抵抗にさえ注意すれば、近似的にＺ２のリアクタンス成分は０とみなせる。
Ｚ２＝Ｒ２＋ｊＸ２  （Ｘ２＝０）  ・・・（７）
【００３６】
これをフェザー表示で表すと、次式のようになる。
Ｒ２＝｜Ｚ２｜ｃｏｓ（０ｄｅｇ．）  ・・・（８）
Ｘ２＝｜Ｚ２｜ｓｉｎ（０ｄｅｇ．）  ・・・（９）
【００３７】
ここで、出力インピーダンスＺ１（式（２）、（３））と、インピーダンスＺ１＊（式（５）、（６））及び入力インピーダンスＺ２（式（８）、（９））とを、整合させようとすると、つぎの条件を満足する必要がある。
（１）  −３ｄＢ方向性結合器１３の入力インピーダンスの大きさ｜Ｚ２｜を、ＬＮＡチップ１２の出力インピーダンス｜Ｚ１｜に合わせる。
（２）  配線（伝送線路）Ｌ１の長さＬを、位相として３６０deg.−θだけ回す長さにする（伝送線路も配線抵抗に注意すれば、近似的にインピーダンスの大きさへの影響は無視でき、位相を回すだけとなる。）。
【００３８】
したがって、本発明におけるＬＮＡチップ１２と−３ｄＢ方向性結合器１３とのインピーダンス整合のための限定条件は次のようになる。
（ａ）  ｜Ｚ２｜＝｜Ｚ１｜
（ｂ）  Ｌ＝（３６０deg.−θ）／１８０deg.×λ／４
【００３９】
ここで、−３ｄＢ方向性結合器１３が図５のようなλ/4分布結合平行線の構成である場合、平行線の線幅と長さ、およびＬＮＡチップ１２からの配線長（図２の配線Ｌ１の長さＬ）によって、インピーダンス整合をとること（−３ｄＢ方向性結合器１３の入力特性インピーダンスとＬＮＡチップ１２の出力インピーダンスの大きさとを等しくすること）が可能である。また、ＬＮＡチップ１２のインピーダンスは複素数なので、ＬＮＡチップ１２と−３ｄＢ方向性結合器１３間の線路長を調節することで、インピーダンスの位相も共役複素数の関係になるように合わせる。すなわち、２つのＬＮＡチップ１２それぞれの出力側と−３ｄＢ方向性結合器１３を結ぶ配線Ｌ１の配線長さが２つのＬＮＡチップ１２の出力インピーダンスの位相成分を相殺する電気長となるようにするものである。但し、パッチアンテナ給電点１１ｂ〜ＬＮＡチップ１２〜−３ｄＢ方向性結合器１３入力端の２信号の経路は、９０度の位相差が狂わないように等長配線でなくてはならない。
【００４０】
以上のように、ＬＮＡチップ１２についてのインピーダンス整合手法として、パッチアンテナ１１の最適設計で図１（ｂ）におけるトップ段のＢＰＦとＬＮＡ入力側整合回路を取り除くことができ、−３ｄＢ方向性結合器１３の最適設計でＬＮＡ出力側整合回路を取り除くことができる。
【００４１】
なお、ＬＮＡ出力側整合は利得整合を取れば良く、前述のカットアンドトライで実現できるが、ＬＮＡ入力整合は、雑音整合と利得整合のトレードオフで最適点を探す必要があり、単純ではない。パッチアンテナ１１はパッチ１１ａの形状が単純なため、方形パッチアンテナは伝送線路の等価回路として、また円形パッチアンテナは空洞共振器モデルで、インピーダンス計算できることが知られているが、実際にはパッチ１１ａの外形寸法（円形パッチアンテナでは半径Ｒ、方形パッチアンテナでは辺の長さａ）を変化させて、有限要素法、モーメント法、ＦＤＴＤ等の電磁界シミュレーションを用いて、インピーダンス整合が取れるように、放射パターンの外形を最適化することを行う必要がある。本発明では、ＢＰＦ、ＬＮＡチップ１２の入出力整合回路のような複雑なパターン形状の回路素子が無くなったため、パッチアンテナ１１〜ＬＮＡチップ１２〜−３ｄＢ方向性結合器１３のフロントエンド回路パターン全てを、モデル化してシミュレーションをすることが可能となった。
【００４２】
本発明のＧＰＳモジュール１０は、上述したフロントエンド回路にＧＰＳ受信回路１４が接続される。図７に本発明に係るＧＰＳモジュールの断面構成例（１）を示す。ここでは、図３（ａ）の構成のパッチアンテナ１１を用いる場合の構成を示しており、図７（ａ）が概略図、図７（ｂ）が詳細図である。
【００４３】
図７（ｂ）に示すように、基板Ｓは複数の基板層Ｓ１，Ｓ２，・・・Ｓ７が積層されてなる積層基板であり、パッチアンテナ１１のグランド面１１ｃが基板Ｓ内部の基板層（図７（ｂ）では基板層Ｓ３）に形成され、−３ｄＢ方向性結合器１３が基板Ｓ内部の基板層（図７（ｂ）では基板層Ｓ４，Ｓ６）に回路パターンとして形成されている。
【００４４】
ここで、基板Ｓを構成する基板層の材質として、低誘電正接（低tanδ）の誘電体（セラミックス，低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ），テフロン（登録商標）等）を使用することが好ましい。これにより、パッチアンテナ１１のゲインを上げると共に、整合回路を高Ｑ値にして、より高感度のＧＰＳモジュール１０を実現することができる。
【００４５】
また、基板Ｓの一方の面側にパッチアンテナ１１のパッチ１１ａが設けられており、ＶＩＡホールを通って基板Ｓを貫通する給電線１１ｄ及びＬＮＡ入力側結合コンデンサ１２ａを介して、パッチ１１ａの給電点１１ｂと、基板Ｓの他方の面側に実装されたＬＮＡチップ１２とが接続されている。なお図では、給電線１１ｄ−ＬＮＡ入力側結合コンデンサ１２ａ−ＬＮＡチップ１２−ＬＮＡ出力側結合コンデンサ１２ｂの系統が１セットのみ示されているが、実際には、この系統のものがもう１セット設けられる。
【００４６】
またさらに、ＬＮＡ出力側結合コンデンサ１２ｂ及び−３ｄＢ方向性結合器１３を介して、ＬＮＡチップ１２と、基板Ｓのパッチアンテナ１１（パッチ１１ａ）とは反対面側に実装されたＧＰＳ回路１４とが接続されている。
【００４７】
ＧＰＳ回路１４は、パッチアンテナ１１とは基板Ｓの内部に設けられたグランド面１１ｃで隔てられた、基板Ｓの裏面に実装することで、パッチアンテナ１１へのＧＰＳ回路１４からの雑音の飛込みを防止することができる。また、ＬＮＡチップ１２もできれば基板Ｓの裏面に構成することが望ましい。また、ＧＰＳ回路１４が実装された基板Ｓの面全体がグランド面１１ｃに接地したシールドキャップ１５で覆われており、周囲からの雑音を遮蔽している。
【００４８】
図８に本発明に係るＧＰＳモジュールの構成例（２）を示す。ここでは、図３（ｂ）の構成のパッチアンテナ１１を用いる場合の構成を示しており、図８（ａ）がパッチアンテナ外観概略図、図８（ｂ）がＧＰＳモジュール１０の断面概略図である。
【００４９】
図８（ａ）に示すように、２つのＬＮＡチップ１２，ＬＮＡ入力側結合コンデンサ１２ａ及びＬＮＡ出力側結合コンデンサ１２ｂをパッチアンテナ１１のパッチ１１ａと同じ基板面（基板層Ｓ１の表面）に構成している。フロントエンド回路におけるインピーダンス整合がとれていれば、ＬＮＡチップ１２からの放射雑音は微弱でパッチアンテナ１１への影響が少ないからである。
【００５０】
また、ＶＩＡホールを通って基板Ｓを貫通するラインを経由して、ＬＮＡ出力側結合コンデンサ１２ｂと、基板Ｓ内部の基板層に回路パターンとして形成された−３ｄＢ方向性結合器１３とが接続されている。ついで、−３ｄＢ方向性結合器１３と、基板Ｓのパッチアンテナ１１（パッチ１１ａ）とは反対面側に実装されたＧＰＳ回路１４とが接続されている。
【００５１】
図９に本発明に係るＧＰＳモジュールの構成例（３）を示す。これは、図７に示す構成の変形例であり、２つのＬＮＡチップ１２，ＬＮＡ入力側結合コンデンサ１２ａ及びＬＮＡ出力側結合コンデンサ１２ｂを基板Ｓの内部に埋め込んでいる。これにより、さらに基板実装面積を小さくし、ＧＰＳモジュール１０のさらなる小型化を実現することができる。
【００５２】
つぎに、本発明に係るモバイル機器について説明する。
図１０は、本発明に係るモバイル機器の構成を示す断面図である。
本発明に係るモバイル機器１００は、筐体１０２の内部に、本発明のＧＰＳモジュール１０と、モバイル機器としての機能を発揮するための回路基板１０１と、を備えている。
【００５３】
ここで、筐体１０２内部では、ＧＰＳモジュール１０のパッチ１１ａがモバイル危機１００の外部に向くように配置されているとともに、パッチ１１ａ、グランド面１１ｃ、ＧＰＳ回路１４、シールドキャップ１５、回路基板１０１の順番で配置されている。
【００５４】
この構成により、雑音の遮蔽に関してつぎのような効果が得られる。
（Ａ）  基板Ｓの内部に設けたグランド面１１ｃが、パッチアンテナ１１へのＧＰＳ回路１４の放射雑音を遮蔽する。
（Ｂ）  基板Ｓの内部に設けたグランド面１１ｃが、パッチアンテナ１１への回路基板１０１からの放射雑音を遮蔽する。
（Ｃ）  シールドキャップ１５が、ＧＰＳ回路１４への回路基板１０１からの放射雑音を遮蔽する。
【００５５】
以上の構成により、小型で高感度のＧＰＳモジュール１０を用い、ＧＰＳモジュール１０を含めた部品を内部に適切に配置しているので、モバイル機器１００としてより小型化及び高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来のＧＰＳモジュールにおけるフロントエンド回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るＧＰＳモジュールの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明で用いるパッチアンテナの構成例を示す外観概略図である。
【図４】−３ｄＢ方向性結合器の回路パターン例を示す図である。
【図５】λ/４分布結合平行線形の−３ｄＢ方向性結合器の具体例を示す図である。
【図６】本発明におけるＬＮＡチップと−３ｄＢ方向性結合器とのインピーダンス整合を図るための概念説明図である。
【図７】本発明に係るＧＰＳモジュールの構成例（１）を示す断面図である。
【図８】本発明に係るＧＰＳモジュールの構成例（２）を示す概略図である。
【図９】本発明に係るＧＰＳモジュールの構成例（３）を示す断面図である。
【図１０】本発明に係るモバイル機器の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０・・・ＧＰＳモジュール、１１・・・パッチアンテナ、１１ａ・・・パッチ（アンテナ放射面）、１１ｂ・・・給電点、１１ｃ・・・グランド面、１１ｄ・・・給電線、１２・・・ＬＮＡチップ、１２ａ，１２ｂ・・・結合コンデンサ、１３・・・−３ｄＢ方向性結合器、１４・・・ＧＰＳ回路（ＧＰＳ受信回路）、１５・・・シールドキャップ、１００・・・モバイル機器、１０１・・・回路基板、１０２・・・筐体、Ｌ１・・・配線、Ｓ・・・基板、Ｓ１〜Ｓ７・・・基板層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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