(57)【要約】  自由空間電界を測定するためのシステムが、電界から信号を生成するために電界内に配置された超高インピーダンスのアンテナを備える。入力ポートを有する増幅器が、信号を増幅するために設けられる。増幅器は入力バイアス電流を生成し、その電流は、入力ポートにおいて入力電位を生成するために信号と結合する。電気回路が入力ポートを接地接続に接続し、入力ポートにおいて信号を安定させるように入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を備える。
2007502423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間電界を測定するためのシステムであって、
接地接続と、
前記電界から信号を生成するために前記電界内に配置された超高インピーダンスのアンテナと、
入力ポートを有する増幅器であって、前記増幅器が入力バイアス電流を生じ、前記入力ポートで入力電位を生成するために、前記入力バイアス電流が前記信号と結合される増幅器と、
前記入力ポートおよび前記接地接続に接続された電気回路であって、前記電気回路が、前記入力ポートでの前記信号を安定させるために、前記入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を有する電気回路とを備えるシステム。
【請求項２】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電気回路が前記増幅器に対する帰還経路を確立する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器のための負帰還を生成する手段を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項５】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器に対する高利得の負帰還を生成し、また前記選択されたカットオフ周波数の上で実質的に全く帰還を生成しない手段を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記電気回路が、第１の選択されたカットオフ周波数ν１より下で前記増幅器に対して高利得の負帰還を生成し、第２の選択されたカットオフ周波数ν２より上で前記増幅器に対して高利得の負帰還を生成し、ν１とν２の間の周波数で実質的に全く帰還を生成しない手段を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記増幅器が入力静電容量を有し、前記システムがさらに、前記増幅器の前記入力静電容量の効果を除去する手段をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記除去手段が、コンデンサを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記除去手段がさらに、２の利得を有する増幅器を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記増幅器が、演算増幅器、計測増幅器、またはトランジスタからなる増幅器の群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
自由空間電界を測定するためのシステムであって、
接地接続と、
前記電界から実質的に交流信号を生成するために前記電界内に配置されたアンテナと、
入力ポートを有する増幅器であって、前記増幅器が実質的に直流の入力バイアス電流を生じ、前記入力ポートで入力電位を生成するために前記直流入力バイアス電流が前記交流信号と結合される増幅器と、
前記入力ポートおよび前記接地接続に接続された電気回路であって、前記電気回路が、前記入力ポートでの前記交流信号を安定させるために、前記直流入力電位を前記接地接続に流すための少なくとも１つの回路素子を有する電気回路とを備えるシステム。
【請求項１２】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電気回路が、前記増幅器に対する帰還経路を確立する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器のための負帰還を生成する手段を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記増幅器が入力静電容量を有し、前記システムがさらに、前記増幅器の前記入力静電容量の効果を除去するための手段を備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
自由空間電界を測定するための方法であって、
前記電界から信号を生成するために、超高インピーダンスのアンテナを前記電界内に配置するステップと、
前記アンテナを増幅器の入力ポートに接続するステップであって、前記増幅器が入力バイアス電流を生成し、前記入力ポートにおいて入力電位を生成するために、前記入力バイアス電流が前記信号と結合されるステップと、
電気回路を前記入力ポートおよび接地接続に接続するステップであって、前記電気回路が、前記入力ポートにおいて前記信号を安定させるために、前記入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を有するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気回路が、前記増幅器の対して帰還経路を確立する、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に電子回路に関する。より詳細には、本発明は増幅器の動作を安定させるために有用な電子回路に関する。本発明は、排他的ではないが特に、増幅器の動作を安定させるために入力電位から超高入力インピーダンス増幅器への入力バイアス電流を除去する回路として有用である。
【背景技術】
【０００２】
自由空間電界（ｆｒｅｅ  ｓｐａｃｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ）は、多くの異なるタイプの発生源から放出されることが公知である。たとえば、心臓や脳などの人体の器官が電界を発生することが知られている。また、電界は自動車や機械が操作される度に生じる。さらに、電界は活性的な腐食部位など多くのその他の異なるタイプの発生源から放出される。それぞれの場合に、様々な異なる理由により、こうした電界を検出し、測定することが望ましいことがある。
【０００３】
低い周波数では、自由空間電界から信号を受けるために効果的なアンテナは、一般に非常に小さい静電容量を有して直列になった純粋な電圧原の特性を有する。その結果、電界アンテナは一般に、しばしば１０ギガオームと１００ギガオーム（１０〜１００ＧΩ）の間の範囲にある超高インピーダンスを有する。この超高インピーダンスのため、電界の信号を増幅するのに使用されることが可能な増幅器は、超高入力インピーダンスを有する必要がある。
【０００４】
定義上は、「整合」とは、最大の電力が受け取られるように、負荷インピーダンス（たとえば増幅器）を発生源インピーダンスに（たとえばアンテナ）対して調整するものである。異なった述べ方をすれば、発生源と負荷の間の不整合による反射損が最小になるように整合することが必要である。したがって、増幅器（負荷）が高い結合効率を達成し、それによって電界（発生源）の信号を効果的に増幅するために、しばしば増幅器が超高入力インピーダンスを有することが必要である。さらに、この入力インピーダンスは、純粋に容量性のものである必要がある。しかし、ここでの問題は、増幅器の入力において抵抗値が非常に高い抵抗路であっても、同様に接地への短絡として働くことである。このことは、ＲＣフィルタを増幅器の入力回路に効果的に挿入し、アンテナと増幅器の間の結合を反対に作用させる。たとえば、１００ＧΩの入力インピーダンスを有する増幅器、および増幅器の入力において１ＧΩの接地への抵抗路に関しては、信号の１％のみが増幅器に結合される。したがって一般に、増幅器の入力において接地への抵抗路を除去することが望ましい。
【０００５】
増幅器の入力から抵抗路を除去することは、結合効率を向上させる可能性があるが、それは必ずしも超高入力インピーダンス増幅器によって示される全ての問題を解決しない。具体的には、増幅器の入力から抵抗経路を除去しても、増幅器の不可避の入力バイアス電流に対処することにはならない。一般には、入力バイアス電流は、直流的な性質、または非常に低い周波数の非信号電流である。いずれにせよ、入力バイアス電流が何らかの形で対処されないと、それは増幅器の入力静電容量に流れ、発生源の静電容量に流れ、それによって入力信号レベルの連続的な変動をもたらす。これは、増幅器の飽和を招く恐れがある。たとえば、５０ｆＡの入力バイアス電流および１０ｐＦの入力静電容量に対して、１０００の利得を有する増幅器は約２秒で飽和することが示され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に照らせば、本発明の１つの目的は、超高入力インピーダンス増幅器が入力バイアス電流を増幅器入力から分流させるための接地への電流経路を設けずに自由空間電界アンテナに直接連結されることを可能にする、増幅器を安定させるためのシステムおよび方法を提供することである。本発明の別の目的は、高い結合効率を伴って超高インピーダンスの発生源に接続されるのを可能にする増幅器を安定させるためのシステムおよび方法を提供することである。本発明のさらに別の目的は、使用が実際に容易であり、製造が比較的簡単であり、コスト効果が比較的高い、増幅器を安定させるためのシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
超高入力インピーダンスの増幅器を安定させるためのシステムが、自由空間電界からの交流入力信号を受けるためのアンテナを備える。システムは、アンテナから増幅器の入力ポートに入力信号を供給するために使用される入力ラインも備える。本発明によって想定されるように、増幅器は、増幅器の入力ポートにおいて入力電位を生成するために、入力信号と結合する、実質的に直流の入力バイアス電流を内部で生成する。さらに本発明によってさらに想定されるように、増幅器はガード（ｇｕａｒｄ）も有し、同じ入力電位が入力ポートにおいてと同様に、ガード上で確立される。この入力電位は、入力信号および入力バイアス電流の両方を含むことを想起されたい。
【０００８】
全般的に、システムの動作に関しては、入力電位はガードから取られる。次いで、この入力電位での入力バイアス電流は、補正信号を確立するために入力信号から分離される。次いで、補正信号は、増幅器の入力ポートで入力電位を変更するために使用される。この結果、入力バイアス電流は、増幅器の入力から効果的に除去される。したがって、アンテナの超高インピーダンスは増幅器の超高インピーダンスと整合が可能になり、増幅器の動作が安定することが可能になる。
【０００９】
詳細には、本発明の１つの実施形態に関しては、コンデンサが増幅器のガードに接続される。具体的には、この実施形態において、コンデンサは、入力電位から入力バイアス電流（本質的には直流信号）を除去するために使用される。したがって、入力信号それ自体（交流信号）は、補正信号として確立される。したがって、高インピーダンスの経路は、コンデンサと増幅器の入力ポートとの間に接続されて、入力ポートで補正信号と共に入力電位に影響を与える。より具体的には、入力電位から入力バイアス電流を除去するために、コンデンサからの補正信号（すなわち入力信号）がダイオードで入力電位の入力信号部分を遮断する。次いで、入力バイアス電流は、単独で接地への経路を設けられる。
【００１０】
本発明の別の実施形態に関しては、差動増幅器が企図される。この場合、システムは、ガードと差動増幅器の別の入力ポートとの間に接続された低域フィルタを備える。次いで低域フィルタは、ガードからの入力電位内の入力信号（本質的に高い周波数の交流信号）の伝達を阻止する。したがって、入力バイアス電流（低い周波数の直流信号）は、補正信号として使用される。次いで、この補正信号は、増幅器の別の入力ポート内に供給され、入力ポートにおいて入力電位から入力バイアス電流を打ち消すために増幅器内で使用される。
【００１１】
差動増幅器が使用される特定の場合には、上記に示される実施形態の組合せを採用することができる。具体的には、ガードにおいての入力電位は、低域フィルタを通って増幅器の別の入力ポートに供給できる。上述したように、これは、入力バイアス電流がそれ自体を増幅器内で打ち消すために使用されることを可能にする。同時に、ガードにおいての入力電位は、コンデンサを通過して、コンデンサと増幅器の入力ポートとの間に接続される高インピーダンスの経路に到達できる。上述したように、この回路は、入力電位内の入力バイアス電流が接地に分流され、それによって入力電位から入力バイアス電流を除去することを可能にする。
【００１２】
本発明の別の態様では、自由空間電界を測定するためのシステムが、電界から信号を生成するために電界内に配置される超高インピーダンスのアンテナを備える。入力ポートを有する増幅器が、信号を増幅するために設けられる。増幅器は、信号と結合して入力ポートで入力電位を生成する、入力バイアス電流を生成する。電気回路は、入力ポートを接地接続に接続し、入力ポートで信号を安定させるために、入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を備える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の新規の特徴、ならびに発明それ自体は、その構造およびその動作の両方について、同様の参照符号が同様の部分を示す添付の説明と共に読めば、添付の図面から最も良く理解されるであろう。
【００１４】
図１を最初に参照すると、本発明による回路が示され、全体的に１０で示されている。図示のように、回路１０は、入力ポート１４およびガード１６を有する増幅器１２を備える。本発明に企図されるように、ガード１６は、当分野の技術者に公知のタイプのものである。本質的に、ガード１６は、増幅器１２の入力ポート１４への通路の間で周囲の環境へ信号が漏れるのを最小限に抑えるために使用できる電圧を供給する。重要なことには、入力ポート１４およびガード１６は、同じ入力電位を有する。
【００１５】
増幅器の通常動作にしたがって、増幅器１２は、入力信号１８を受け取り、入力信号１８を利得Ｇだけ増幅し、次いで、増幅された入力信号１８を出力２０として提供する。しかし、本発明は、入力信号１８が増幅器の通常動作を損なう可能性のある超高インピーダンスを有する発生源から受け取られること企図する。
【００１６】
関連分野において公知であるように、増幅器１２が動作的に効果があるためには、増幅器１２の入力インピーダンスは、発生源の入力インピーダンスに整合される必要がある。しかし、超高インピーダンスを伴う場合、本質的に増幅器１２によって生成される入力バイアス電流は、増幅器１２の急速な飽和を生じる可能性がある。さらに、通常は、増幅器１２の入力ポート１４からの入力バイアス電流を流すのに使用できる接地への入力ポート１４からの抵抗路は、超高インピーダンスを伴う場合に使用できない。そのようになるのは、それがあると信号が接地に効果的に流され、それによって増幅器の入力からそれを逸らすからである。しかし、本発明によって理解されるように、入力ポート１４およびガード１６においての入力電位は、同じになり、それは入力信号１８（交流信号）および増幅器１２の入力バイアス電流（本質的に直流信号）の両方を含む。したがって、この解決策は、入力ポート１４において何らかの方式で入力電位から入力バイアス電流を除去することである。
【００１７】
図１をこれまでどおり参照すると、本発明の１つの実施形態に対して、回路１０が、ガード１６を電子デバイス２４と相互接続する、ガードライン２２を備える。本発明の目的に関しては、デバイス２４は、好ましくは静電容量を有するコンデンサである。しかし、デバイス２４はフィルタであってもよい。いずれの場合にも、デバイス２４の目的は、入力バイアス電流（すなわち直流信号、または非常に低い周波数の信号）を分離し、ガード１６から取られた入力信号１８から別にすることである。ガード１６および入力１４においての入力電位は、入力信号１８および増幅器１２からの入力バイアス電流の両方を含むことを想起されたい。図１の示される回路１０に対する結果として、デバイス２４が本質的に交流入力信号１８である補正信号を生成する。さらに、本発明のこの実施形態に関しては、別の電子デバイス２６がデバイス２４と、入力信号１８を入力ポート１４に供給するのに使用される入力ライン２８との間に相互接続される。本発明に関しては、デバイス２６は好ましくは、関連分野において公知のタイプのダイオードである。具体的には、デバイス２６（ダイオード）は、入力ポート１４においての入力電位がデバイス２４からの補正信号（すなわち入力信号１８）と相互作用するように回路１０内に接続されている。本発明に関しては、デバイス２６のダイオードは回路１０内に逆方向に接続されている。これは、入力ポート１４において接地への非常に高いインピーダンスを与えるために行われる。このように、デバイス２６（ダイオード）による伝導がデバイス２６の漏洩電流を介して生じる。この漏洩電流は、非常に小さい（たとえば数ｐＡ）ものであってもよい。あるいは、デバイス２６は、ガードライン２２および入力ライン２８の電位の不均衡により増幅器の入力から離れて信号が伝導するのを最小限に抑えるための、十分に高い値の抵抗器である。ここでの目的は、この相互作用に関して、入力信号１８がデバイス２６を通過しないように阻止することである。一方、デバイス２４および２６の調和された動作は、入力電位の入力バイアス電流がデバイス２６と抵抗器３０を通過して接地に至ることを可能にする。その結果、入力バイアス電流は、入力ポート１４で入力電位から除去される。
【００１８】
次に図２を参照すると、本発明の別の実施形態が、入力ポート１４と共に別の入力ポート３４も有する差動増幅器３２の使用を企図する。また、図２は、アンテナ３８によって受け取られている例示の自由空間電界３６を示す。より具体的には、自由空間電界３６は、入力信号１８を含み、アンテナ３８は、実際にアンテナ３８の一部分であるコンデンサ４０を備える。事実上、こうした構成素子（電界３６、アンテナ３８、およびアンテナ３８に備えられるコンデンサ４０）は、入力信号１８を生じる発生源に相当し、増幅器３２に対して超高インピーダンス入力を有する。この点において、入力信号１８に対する同じタイプの発生源（すなわち電界３６、アンテナ３８、およびコンデンサ４０）も同様に、図１を参照して上述した増幅器１２への入力を表示するものであることを理解されたい。
【００１９】
図２において、電気デバイス４２は、ガード１６と差動増幅器３２の別の入力ポート３４との間に相互接続されているのが分かる。好ましくは、デバイス４２は、１ヘルツの約１０分の１より低い（＜０．１Ｈｚ）周波数を有する信号を通過させる低域フィルタである。この低域フィルタ（デバイス４２）の目的は、入力バイアス電流（直流信号）のみを効果的に含む補正信号を生成するために、入力電位から入力信号１８を除去することである。この補正信号は、（すなわち、入力バイアス電流）は、増幅器３２の別の入力ポート３４に供給され、次いで、増幅器３２内で入力電位から入力バイアス電流を打ち消すために使用される。
【００２０】
本発明のさらに別の実施形態では、図１に示される回路は図２に示される回路と組み合わされる。図３に示されるように、本発明のこの実施形態に関して、コンデンサ（デバイス２４）およびダイオード（デバイス２６）が組み合わされて、入力電位から入力バイアス電流を除去する。同時に、低域フィルタ（デバイス４２）も同様に、同じ目的を効果的に達成するために使用される。
【００２１】
図１、２、および３に本発明に関連してそれぞれ示される回路の重要な特徴は、それらが全て、低い周波数で使用される小さなアンテナ３８によって示されるような、超高インピーダンス入力（たとえば１０〜１００ＧΩ）がある度に使用するために意図されることである。動作の際、それらは全ての入力電位から増幅器１２、３２の入力バイアス電流を効果的に除去することによって増幅器１２、３２を安定させるために組み込まれる。具体的には本発明に関連して、これは、ガード１６から入力電位を取り、次いで補正信号を生成するために、入力電位の入力信号１８から入力バイアス電流を分離することによってなされる。次いでこの補正信号は、入力電位を変更するための帰還として使用される。その結果、入力バイアス電流が入力電位から効果的に除去される。したがって、増幅器１２、３２は、それに続いて入力信号１８の検出および測定を行うために、それらのそれぞれの利得Ｇを使用できる。
【００２２】
次いで図４を参照すると、自由空間電界を測定するための別のシステムが示され、全体的に１００で示される。図示のように、システム１００は、一般には高入力インピーダンスの単一利得増幅器（ｕｎｉｔｙ  ｇａｉｎ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）であり、また、たとえば演算増幅器、計測増幅器の入力部、またはトランジスタであることができる増幅器１０２備える。システム１００はさらに、電界内に配置できる高インピーダンスのアンテナ１０４を備える。図示のように、アンテナ１０４は、電界から信号を生成する電極１０６を有する。さらに、電極１０６は増幅器１０２の入力ポート１０８に接続されることが理解できる。示される実施形態に関して、アンテナ１０４は、増幅器１０２のガードライン１１２に接続された電極ガード１１０を備える。システム１００に関して、増幅器１０２は、入力ポート１０８で入力電位を確立するためにアンテナ１０４からの信号と結合する入力バイアス電流を生成する。
【００２３】
引き続き図４を参照すると、システム１００が電極１０６での接地接続１１４に対する電位を測定し、出力信号１１６を生成することが理解できる。システム１００は、抵抗器１２０を有する回路１１８も備え、その抵抗器は、入力ポート１０８においての信号を安定させ、増幅器１０２の飽和を防止するために、一般に１０ＧΩと１０，０００ＧΩの間の値を有する。
【００２４】
次に図５を参照すると、自由空間電界を測定するためのシステムの別の実施形態が示され、全体的に２００で示されている。図示のように、システム２００は、一般に高入力インピーダンスの単一利得増幅器であり、たとえば演算増幅器、計測増幅器の入力部、またはトランジスタであることができる増幅器２０２を備える。システム２００はさらに、電界内に配置できる高インピーダンスのアンテナ２０４を備える。図示のように、アンテナ２０４は、電界から信号を生成する電極２０６を有する。さらに、電極２０６は、増幅器２０２の入力ポート２０８に接続されていることが理解できる。システム２００に関して、増幅器２０２は入力バイアス電流を生成し、その電流は、アンテナ２０４からの信号と結合して、入力ポート２０８で入力電位を確立する。
【００２５】
続けて図５を参照すると、システム２００が電極２０６での接地接続２１４に対する電位を測定し、出力信号２１６を生成することが理解できる。システム２００は、抵抗器２２０を有する電気回路２１８も備え、その抵抗器は、入力ポート２０８においての信号を安定させ、増幅器２０２の飽和を防止するために、一般に１０ＧΩと１０，０００ＧΩの間の値を有する。図５は、電気回路２１８が、増幅器２０２への帰還経路を実装する増幅器２２２を備えることも示す。システム２００の第１の実施形態では、電気回路２１８の素子２２４、２２６が、選択されたカットオフ周波数より低い周波数で高い利得を有し、選択されたカットオフ周波数より高い周波数でごく僅かな利得を有する帰還経路を確立するために構成される。関連分野の技術者は、この周波数依存性（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ）は、素子２２４内での抵抗器とコンデンサの並列の結合、ならびに素子２２６内での抵抗器の並列結合を使用することによって実装できることを理解するであろう。高い利得とカットオフ周波数より下で増幅器が反転する性質を組み合わせると、増幅器の利得によって抵抗２２０の値が除算されて現れ、カットオフ値よりも上では、抵抗器２２０の値は帰還経路によって影響されない。このように構造が協働することによって、低周波数信号のピックアップ（ｐｉｃｋｕｐ）が低減され、信号増幅器２０２の入力バイアス電流用の直流経路がもたらされる。
【００２６】
あるいは、図５に示される電気回路２１８の素子２２４、２２６は、低域フィルタ、帯域フィルタ、高域フィルタ、または帯域消去フィルタを確立するように構成できる。関連分野の技術者は、こうしたフィルタは、素子２２４においての抵抗とコンデンサの並列結合、および素子２２６内での抵抗器とコンデンサの並列結合を用いることによって実装できることを理解するであろう。このように構造が協働することによって、選択された周波数を有する信号のピックアップが低減でき、信号増幅器２０２の入力バイアス用の直流経路がもたらされる。たとえば、電気回路２１８が帯域フィルタとして構成される場合、回路は通過帯域（ｂａｎｄｐａｓｓ）内の周波数範囲の間で無感応である。
【００２７】
次に図６を参照すると、信号増幅器１０２、２０２の入力静電容量の効果を除去するように働く、負の静電容量（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）の機能を実装するための回路３００が示される。回路３００は、信号増幅器を安定させる上述のどの回路と組み合わせても使用できる。具体的には、図６に示すように、回路３００は、システム１００において信号増幅器１０２の入力静電容量の効果を除去し、またはシステム２００において信号増幅器の入力静電容量の効果を除去するために使用できる。図示のように、回路３００は、コンデンサ３２８、回路素子３３０、３３２、および増幅器３３４を備える。さらに、回路３００は、入力静電容量Ｃａｍｐを有する増幅器１０２、２０２の入力ポート１０８、２０８に接続され、回路３００は、接地接続３１４に接続されることが理解できる。
【００２８】
回路３００のいくつかの実施形態に関して、コンデンサ３２８は、増幅器１０２、２０２の入力静電容量（すなわちＣ＝Ｃａｍｐ）と実質的に等しい静電容量Ｃを有する。図６は、電気回路３００が増幅器１０２、２０２用の帰還経路を実装する増幅器３３４を備えることも示す。電気回路３００の素子３３０、３３２は、一般に、増幅器３３４を含む帰還経路に２の利得を与えるように構成されている。このように構造が協働することによって、電気回路３００は、信号増幅回路１０２、２０２の入力静電容量の効果を除去する働きをする負の静電容量の機能を実装する。
【００２９】
上述のように、各システム１００、２００は、接地に対する電位を測定することによって、電界を測定する。あるいは、２つのシステム（すなわち、２つのシステム１００、２つのシステム２００、または１つのシステム１００と１つのシステム２００）は共に、一方のシステム１００、２００が第１の点で電位を測定し、他方のシステム１００、２００が第２の点で電位を測定することで、自由空間での２つの離れた点の電位を測定するのに使用できる。次いで、電界はこの２つの測定値の差を取ることによって決定される。この差は、アナログまたはデジタルの手段によって決定できる。好ましくは、各センサの回路の接地は、たとえば各回路の接地接続を共に接続することによって、共通の電位に維持される。各システム１００、２００の応答は、個別に較正され、測定の忠実度を向上させるために、減算がなされる前に補正係数が適用されることが可能である。
【００３０】
本明細書に詳細に示され、開示されるような特定の低ノイズの電界センサは、本明細書で上記に述べた目的を達成し、利点をもたらす十分な能力を有するが、それは本発明の現時点で好ましい実施形態を単に例示するに過ぎず、添付の特許請求の範囲に記載された以外に本明細書に示された構造または設計の詳細に対して全く限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】超高入力インピーダンス増幅器を安定させる際に使用するための本発明の好ましい実施形態の概略の回路図である。
【図２】超高入力インピーダンス差動増幅器を安定させる際に使用するための本発明の別の好ましい実施形態の概略の回路図である。
【図３】図２に示される回路の別の実施形態の図である。
【図４】増幅器の入力ポートと接地の間に接続された抵抗器を有する自由空間電界を測定する回路の実施形態の図である。
【図５】増幅器の入力ポートと接地と増幅器に対して負帰還を生成する回路素子との間に接続された抵抗器を有する自由空間電界を測定する回路の実施形態の図である。
【図６】信号増幅器の入力静電容量の効果を除去するように働く、負の静電容量機能を実装するための回路の実施形態である。
【図１】
2007502423.tif 000003
【図２】
2007502423.tif 000004
【図３】
2007502423.tif 000005
【図４】
2007502423.tif 000006
【図５】
2007502423.tif 000007
【図６】
2007502423.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月18日(2006.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由空間電界を測定するためのシステムであって、
接地接続と、
前記電界から信号を生成するために前記電界内に配置された超高インピーダンスのアンテナと、
入力ポートを有する増幅器であって、前記増幅器が入力バイアス電流を生じ、前記入力ポートで入力電位を生成するために、前記入力バイアス電流が前記信号と結合される増幅器と、
前記入力ポートおよび前記接地接続に接続された電気回路であって、前記電気回路が、前記入力ポートでの前記信号を安定させるために、前記入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を有する電気回路とを備えるシステム。
【請求項２】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電気回路が前記増幅器に対する帰還経路を確立する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器のための負帰還を生成する手段を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器に対する高利得の負帰還を生成し、また前記選択されたカットオフ周波数の上で実質的に全く帰還を生成しない手段を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記電気回路が、第１の選択されたカットオフ周波数ν１より下で前記増幅器に対して高利得の負帰還を生成し、第２の選択されたカットオフ周波数ν２より上で前記増幅器に対して高利得の負帰還を生成し、ν１とν２の間の周波数で実質的に全く帰還を生成しない手段を備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記増幅器が入力静電容量を有し、前記システムがさらに、前記増幅器の前記入力静電容量の効果を除去する手段をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記除去手段が、コンデンサを備える、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記除去手段がさらに、２の利得を有する増幅器を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記増幅器が、演算増幅器、計測増幅器、またはトランジスタからなる増幅器の群から選択される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
自由空間電界を測定するためのシステムであって、
接地接続と、
前記電界から実質的に交流信号を生成するために前記電界内に配置されたアンテナと、
入力ポートを有する増幅器であって、前記増幅器が実質的に直流の入力バイアス電流を生じ、前記入力ポートで入力電位を生成するために前記直流入力バイアス電流が前記交流信号と結合される増幅器と、
前記入力ポートおよび前記接地接続に接続された電気回路であって、前記電気回路が、前記入力ポートでの前記交流信号を安定させるために、前記直流入力電位を前記接地接続に流すための少なくとも１つの回路素子を有する電気回路とを備えるシステム。
【請求項１２】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電気回路が、前記増幅器に対する帰還経路を確立する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記電気回路が、選択されたカットオフ周波数より下で前記増幅器のための負帰還を生成する手段を備える、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記増幅器が入力静電容量を有し、前記システムがさらに、前記増幅器の前記入力静電容量の効果を除去するための手段を備える、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
自由空間電界を測定するための方法であって、
前記電界から信号を生成するために、入力静電容量を有する超高インピーダンスのアンテナを前記電界内に配置するステップと、
前記アンテナを増幅器の入力ポートに接続するステップであって、前記増幅器が入力バイアス電流を生成し、前記入力ポートにおいて入力電位を生成するために、前記入力バイアス電流が前記信号と結合されるステップと、
電気回路を前記入力ポートおよび接地接続に接続するステップであって、前記電気回路が、前記入力ポートでの前記信号を安定させるために、前記入力電位を制御するための少なくとも１つの回路素子を有するステップと、
選択されたカットオフ周波数より下で、前記増幅器のための負帰還を生成するステップと、
前記増幅器の前記入力静電容量の効果を除去するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記回路素子が、１０から１０，０００ＧΩの範囲の抵抗を有する抵抗器である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電気回路が、前記増幅器の対して帰還経路を確立する、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2007502423.tif 000009