(57)【要約】【課題】高周波増幅器の利得をＧＰＳ受信機のＳＮＲ値が最大となるよう決定することにより、測定精度のより一層の向上を図った高周波増幅器及びそれを用いたＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。【解決手段】演算増幅器ＩＣ１は集積回路化されたチップ部品であり、抵抗Ｒ１はＲＦ部に設けた低域通過濾波器８を終端すると共に、演算増幅器ＩＣ１の帰還抵抗Ｒ５とにより演算増幅器ＩＣ１の利得を決定し、抵抗Ｒ３及びＲ４は演算増幅器ＩＣ１の＋入力端子のバイアス電圧を設定する。コンデンサＣ１は低域通過濾波器８が出力する受信信号の直流成分をカットするものであり、コンデンサＣ２は高周波インピーダンスを低下させるバイパスコンデンサである。ＳＮＲ値を最大とするには、抵抗Ｒ１＝１．８ｋΩ、抵抗Ｒ３＝８．２ｋΩ、抵抗Ｒ４＝６．８ｋΩ、コンデンサＣ１＝０．１μＦ、コンデンサＣ２＝１０００ｐＦとし、帰還抵抗Ｒ５を２．１ｋΩとする。【選択図】        図１
2005006129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナより受信した受信信号より生成した中間周波信号を所定のレベルに増幅するための高周波増幅器であって、負帰還増幅器を構成する演算増幅器と、該演算増幅器の−入力端子に接続すると共に前段の構成要素を終端する第一の抵抗と、演算増幅器の−入力端子と出力端子と間に接続し帰還抵抗となる第二の抵抗と、演算増幅器の＋入力端子にバイアス電位を印加する第三の抵抗及び第四の抵抗と、前段の構成要素が出力する信号の直流成分を阻止する第一のコンデンサと、演算増幅器に印加する電源に並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させる第二のコンデンサとを備えたものにおいて、
所定のレベルダイアグラムに従って各素子値を決定した後、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）値が最大となるよう前記第二の抵抗の抵抗値を決定したことを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
アンテナより受信した受信信号より生成した中間周波信号を所定のレベルに増幅するための高周波増幅器であって、負帰還増幅器を構成する演算増幅器と、該演算増幅器の−入力端子に接続すると共に前段の構成要素を終端する第一の抵抗と、演算増幅器の−入力端子と出力端子と間に接続し帰還抵抗となる第二の抵抗と、演算増幅器の＋入力端子にバイアス電位を印加する第三の抵抗及び第四の抵抗と、前段の構成要素が出力する信号の直流成分を阻止する第一のコンデンサと、演算増幅器に印加する電源に並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させる第二のコンデンサとを備えたものにおいて、
前記高周波増幅器の周辺回路部品が、第一の抵抗＝１．８ｋΩ、第二の抵抗＝２．１ｋΩ、第三の抵抗＝８．２ｋΩ、第四の抵抗＝６．８ｋΩ、第一のコンデンサ＝０．１μＦ、第二のコンデンサ＝１０００ｐＦであることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の高周波増幅器をＲＦ部の出力段用の高周波増幅器として用いたことを特徴とするＧＰＳ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波増幅器の構成に関し、特にＧＰＳ受信機において、ＲＦ部の性能評価値の一つであるＳＮＲ特性を向上させた回路を構成する高周波増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳ受信機においては、１５７５．４２ＭＨｚで到達する電波をアンテナにて受信した後、ＲＦ部において所定の周波数に変換すると共に所定のレベルに増幅してＡ／Ｄ変換部に出力する。
図４は、ＧＰＳ受信機のＲＦ部の機能を示すブロック図である。ＲＦ部の機能を説明すると、１５７５．４２ＭＨｚの周波数からなる電波をアンテナ１において受信した後、帯域通過濾波器２ａ、２ｂと低雑音増幅器３ａ、３ｂとからなるプリアンプ４に入力し、受信電波から１５７５．４２ＭＨｚの信号成分を抽出して所定のレベルに増幅する。
【０００３】
次に、増幅された受信信号は、ミキサー５と帯域通過濾波器６、及びミキサー７と低域通過濾波器８とからなるダブルダウンコンバータ９に入力し、周波数変換を行って中間周波である２．５５６ＭＨｚの受信信号を得る。一方、ＰＬＬ回路１０は、基準信号発生器１１が出力する所定の周波数信号を入力し、ＰＬＬ回路１０の分周出力と前記周波数信号とを位相比較器ＰＤ１２により位相比較を行い、この位相差に対応した直流電圧をループフィルタ１３により抽出して、抽出した直流電圧により電圧制御発振器１４の周波数を制御する。このようにして得られた電圧制御発振器１４の出力信号と、該出力信号を分周して得られた出力信号とを、二つの局部発振周波数信号として、前記ミキサー５及び７に入力することにより周波数変換を行う。
【０００４】
次に、ダブルダウンコンバータ９が出力する中間周波信号は、バッファ回路の機能を有する増幅器１５に入力して、所定のレベルに増幅し、ＲＦ部の出力信号としてディジタル演算部に出力する。又、ＲＦ部に備えた増幅器３ａ、３ｂ及び１５は、夫々１５７５．４２ＭＨｚ及び２．５５６ＭＨｚに対応した高周波増幅器が用いられている。
【０００５】
図５は、従来の高周波増幅器の構成を示す一例である。本構成例は、前述したバッファ機能を有する増幅器１５を示し、演算増幅器ＩＣ１は集積回路化されたチップ部品であり、抵抗Ｒ１は低域通過濾波器８を終端すると共に、演算増幅器ＩＣ１の帰還抵抗Ｒ２とにより演算増幅器ＩＣ１の利得を決定し、抵抗Ｒ３及びＲ４は演算増幅器ＩＣ１の＋入力端子のバイアス電圧を設定する。コンデンサＣ１は低域通過濾波器８が出力する受信信号の直流成分をカットするものであり、コンデンサＣ２は電源Ｖｃｃに並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させるバイパスコンデンサである。
従来、上述した増幅器１５の構成は、入力を所定のインピーダンスで終端すると共に、ＲＦ部全体のレベルダイアに従って所定の利得を有するよう決定されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバッファ機能を有する高周波増幅器の構成は、ＧＰＳ受信機のＲＦ部全体のレベルダイアに従って所定の利得を有するよう決定されており、ＲＦ部におけるＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）値を向上させるような設計を施していない。
【０００７】
図６は、従来のＧＰＳ受信機において、入力レベル−ＳＮＲ特性の一例を示すグラフである。図６は、従来のＧＰＳ受信機に備えたＲＦ部に使用されているバッファ機能を有する高周波増幅器の利得を所定のレベルダイアに従って決定した際のＳＮＲ特性を示し、高周波増幅器の構成要素は、抵抗Ｒ１＝１．８ｋΩ、抵抗Ｒ２＝４．７ｋΩ、抵抗Ｒ３＝８．２ｋΩ、抵抗Ｒ４＝６．８ｋΩ、コンデンサＣ１＝０．１μＦ、コンデンサＣ２＝１０００ｐＦとした場合についてのものである。
【０００８】
しかしながら、ＧＰＳ受信機の測定精度を向上させるためにはより一層のＳＮＲ値の向上が必要である。
そこで、本発明は上述したような問題を解決するためになされたものであって、高周波増幅器の利得をＧＰＳ受信機のＳＮＲ値が最大となるよう決定することにより、測定精度のより一層の向上を図った高周波増幅器及びそれを用いたＧＰＳ受信機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる高周波増幅器及びそれを用いたＧＰＳ受信機は、以下の構成をとる。
請求項１記載の高周波増幅器は、アンテナより受信した受信信号より生成した中間周波信号を所定のレベルに増幅するための高周波増幅器であって、負帰還増幅器を構成する演算増幅器と、該演算増幅器の−入力端子に接続すると共に前段の構成要素を終端する第一の抵抗と、演算増幅器の−入力端子と出力端子と間に接続し帰還抵抗となる第二の抵抗と、演算増幅器の＋入力端子にバイアス電位を印加する第三の抵抗及び第四の抵抗と、前段の構成要素が出力する信号の直流成分を阻止する第一のコンデンサと、演算増幅器に印加する電源に並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させる第二のコンデンサとを備えたものにおいて、所定のレベルダイアグラムに従って各素子値を決定した後、ＳＮＲ値が最大となるよう前記第二の抵抗の抵抗値を決定するよう構成する。
【００１０】
請求項２記載の高周波増幅器は、アンテナより受信した受信信号より生成した中間周波信号を所定のレベルに増幅するための高周波増幅器であって、負帰還増幅器を構成する演算増幅器と、該演算増幅器の−入力端子に接続すると共に前段の構成要素を終端する第一の抵抗と、演算増幅器の−入力端子と出力端子と間に接続し帰還抵抗となる第二の抵抗と、演算増幅器の＋入力端子にバイアス電位を印加する第三の抵抗及び第四の抵抗と、前段の構成要素が出力する信号の直流成分を阻止する第一のコンデンサと、演算増幅器に印加する電源に並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させる第二のコンデンサとを備えたものにおいて、前記高周波増幅器の周辺回路部品が、第一の抵抗＝１．８ｋΩ、第二の抵抗＝２．１ｋΩ、第三の抵抗＝８．２ｋΩ、第四の抵抗＝６．８ｋΩ、第一のコンデンサ＝０．１μＦ、第二のコンデンサ＝１０００ｐＦであるよう構成する。
【００１１】
請求項３記載のＧＰＳ受信機は、請求項１又は請求項２に記載の高周波増幅器をＲＦ部の出力段用の高周波増幅器として用いるよう構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
本実施例は、本発明に係わるＧＰＳ受信機に使用されるバッファ機能を有する高周波増幅器の実施形態であり、高周波増幅器の利得をＧＰＳ受信機に設けたＲＦ部の所定のレベルダイアを満足するよう決定した後、ＧＰＳ受信機のＳＮＲ値をより向上させるため、所定の受信入力レベルにおいて高周波増幅器の利得を可変してＳＮＲ値を測定し、ＳＮＲ値が最大となる利得を求めた。
【００１３】
図１は、本発明に係る高周波増幅器の構成を示す実施例である。本実施例は、ＧＰＳ受信機に設けたＲＦ部において使用されるバッファ機能を有する増幅器の構成を示し、演算増幅器ＩＣ１は集積回路化されたチップ部品であり、抵抗Ｒ１はＲＦ部に設けた低域通過濾波器８を終端すると共に、演算増幅器ＩＣ１の帰還抵抗Ｒ５とにより演算増幅器ＩＣ１の利得を決定し、抵抗Ｒ３及びＲ４は演算増幅器ＩＣ１の＋入力端子のバイアス電圧を設定する。コンデンサＣ１は低域通過濾波器８が出力する受信信号の直流成分をカットするものであり、コンデンサＣ２は電源Ｖｃｃに並列に挿入して高周波インピーダンスを低下させるバイパスコンデンサである。
【００１４】
そこで、本実施例においては、高周波増幅器を構成する各要素として、抵抗Ｒ１は低域通過濾波器の終端インピーダンスである１．８ｋΩに、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４は演算増幅器ＩＣ１の＋入力端子を所定の直流電圧電位とするために夫々を８．２ｋΩ及び抵抗６．８ｋΩに、コンデンサＣ１は低域通過濾波器８が出力する受信信号の直流成分をカットすると共に信号周波数成分である２．５５６ＭＨｚに対して十分低インピーダンスとなる０．１μＦに、コンデンサＣ２は電源Ｖｃｃに重畳する高周波雑音を吸収するために１０００ｐＦとし、演算増幅器ＩＣ１の帰還抵抗Ｒ５を変化させた際にＧＰＳ受信器を構成するＲＦ部のＳＮＲ値が最大となるＲ５の抵抗値を求めた。
【００１５】
図２は、ＧＰＳ受信機におけるＳＮＲ値の測定方法を示す構成図である。図２に示すように測定回路は、衛星１個あたりの所定のデータパターン信号を出力する擬似衛星ＳＧ１６と、高周波受信を行うＲＦ部１７と擬似距離計算やマルチパス検出を行い測位に必要なデータを計算するディジタル演算部１８とを備えた被測定物であるＧＰＳ受信機１９と、所定のフォーマットの演算結果を出力することによりＧＰＳ受信機１９を評価する機能を備えた治具２０と、前記演算結果を表示するＰＣ２１とにより構成する。そこで、ＰＣ２１において、ＧＰＳ信号を解読して得られる測位に必要なデータを求めることによりＳＮＲ値を知ることが出来る。
【００１６】
本実施例においては、上述したＳＮＲ値の測定方法を用い、高周波増幅器の帰還抵抗Ｒ５を可変し、その時のＧＰＳ受信機のＳＮＲ値を求めた。
その結果を、図３に示す。
図３は、本発明に係わるＧＰＳ受信機において、入力レベル−ＳＮＲ特性の一例を示すグラフである。図３は、本発明に係わるＧＰＳ受信機に備えたＲＦ部に使用されているバッファ機能を有する高周波増幅器の利得を可変させた際のＧＰＳ受信機のＳＮＲ特性の変化を示し、高周波増幅器の構成要素は、抵抗Ｒ１＝１．８ｋΩ、抵抗Ｒ３＝８．２ｋΩ、抵抗Ｒ４＝６．８ｋΩ、コンデンサＣ１＝０．１μＦ、コンデンサＣ２＝１０００ｐＦとし、帰還抵抗Ｒ５を、ＲＦ部のレベルダイアに従って決定した初期値４．７ｋΩに対して、１．８ｋΩ、２．１ｋΩ、１０ｋΩと変化させた。又、入力レベル−ＳＮＲ特性の入力レベルとは、ＲＦ部の初段の入力レベルを示す。
【００１７】
図３のグラフに注目すると、従来の高周波増幅器の帰還抵抗Ｒ５の値である４．７ｋΩに対して、帰還抵抗値を減少させ高周波増幅器の利得を低下させるとＳＮＲ値は増加し、逆に帰還抵抗値を増加させ高周波増幅器の利得を増加させるとＳＮＲ値は減少することが認められ、帰還抵抗Ｒ５の値を２．１ｋΩとした際が最もＳＮＲ値が増加している。又、帰還抵抗値を可変した際の夫々のＳＮＲ値は、入力レベルが低下するに従ってＳＮＲ値は減少している。これらのことより、高周波増幅器の利得を低下させると、ＲＦ部に固有の雑音の影響が低下しＲＦ部におけるＳＮＲ値の劣化が防止できると共に、高周波増幅器の利得を向上させると、ＲＦ部に固有の雑音が増幅されＲＦ部におけるＳＮＲ値が劣化することが推測される。
【００１８】
そこで、本実施例において採用したＳＮＲ値の測定方法により、高周波増幅器の帰還抵抗Ｒ５を可変し、その時のＧＰＳ受信機のＳＮＲ値を求めることにより、高周波増幅器の帰還抵抗を減少させた際に、ＳＮＲ値が最大となる帰還抵抗の値が存在し、その値が２．１ｋΩであることを確認した。
【００１９】
通常、運用時に求められているＳＮＲ値の最小値は、１５ｄＢ程度であるが、図３に示したグラフにおける入力レベル−ＳＮＲ特性によれば、高周波増幅器の帰還抵抗Ｒ５を２．１ｋΩとした際に、入力レベルが−１４５ｄＢｍでＳＮＲ値は約１５ｄＢとなり、ＧＰＳ受信機を運用する場合に必要な入力レベル範囲（周囲に建物や車等による信号反射の無い状態において）とされている−８５ｄＢｍ〜−１４５ｄＢｍを満足することが可能となる。
【００２０】
又、本実施例のように高周波増幅器の帰還抵抗Ｒ５を２．１ｋΩとすると、従来の高周波増幅器のように帰還抵抗Ｒ５を４．７ｋΩとした場合に対してＳＮＲ値が５ｄＢ程度改善されているが、これは、ＧＰＳ受信機の測定精度としては５〜６ｍ以上の精度向上に相当し、入力レベルが微小であるため測位感度に与える影響は大きいことが解る。
【００２１】
以上説明したように、ＧＰＳ受信機を構成するＲＦ部に設けたバッファ機能を有する高周波増幅器において、高周波増幅器を構成する要素部品の定数を、抵抗Ｒ１＝１．８ｋΩ、抵抗Ｒ５＝２．１ｋΩ、抵抗Ｒ３＝８．２ｋΩ、抵抗Ｒ４＝６．８ｋΩ、コンデンサＣ１＝０．１μＦ、コンデンサＣ２＝１０００ｐＦと設定すると、所定の入力レベルに対するＳＮＲ値が最も向上する。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように請求項１乃至３記載の発明は、バッファ機能を有する高周波増幅器の利得を、ＲＦ部のレベルダイアに従った利得となるよう決定せずに、ＧＰＳ受信機のＳＮＲ値が最も大きくなるように再決定したため、ＧＰＳ受信機の測定精度を向上させ、ＧＰＳ受信機を運用する上で著しい効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高周波増幅器の構成を示す実施例である。
【図２】ＧＰＳ受信機におけるＳＮＲ値の測定方法を示す構成図である。
【図３】本発明に係わるＧＰＳ受信機において、入力レベル−ＳＮＲ特性の一例を示すグラフである。
【図４】ＧＰＳ受信機のＲＦ部の機能を示すブロック図である。
【図５】従来の高周波増幅器の構成を示す一例である。
【図６】従来のＧＰＳ受信機において、入力レベル−ＳＮＲ特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・アンテナ、                  ２ａ、２ｂ・・帯域通過濾波器、
３ａ、３ｂ・・低雑音増幅器、      ４・・プリアンプ、
５・・ミキサー、                  ６・・帯域通過濾波器、
７・・ミキサー、                  ８・・低域通過濾波器、
９・・ダウンコンバータ、        １０・・ＰＬＬ回路、
１１・・基準信号発生器、          １２・・位相比較器、
１３・・ループフィルタ、          １４・・電圧制御発振器、
１５・・高周波増幅器、            １６・・擬似衛星ＳＧ、
１７・・ＲＦ部、                  １８・・ディジタル演算部、
１９・・ＧＰＳ受信機、            ２０・・治具、
２１・・ＰＣ、                    ＩＣ１・・演算増幅器、
Ｒ１・・抵抗、                    Ｒ２・・抵抗、
Ｒ３・・抵抗、                    Ｒ４・・抵抗、
Ｒ５・・抵抗、                    Ｃ１・・コンデンサ、
Ｃ２・・コンデンサ
【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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