CN101533965B

CN101533965B - 车辆中使用的天线设备

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Publication number: CN101533965B
Application number: CN2009101269480A
Authority: CN
Inventors: 小出士朗
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: US7859457B2; JP2009218799A; JP4466750B2; US20090224971A1; CN101533965A

Abstract

本发明提供了一种在车辆中使用的天线设备。通过在放大器(50)的输入侧和输出侧都设计由天线电源的ON/OFF控制的高频开关(SW1、SW2)，GPS天线(10)的GPS信号不仅通过放大器(50)提供给导航装置，还通过TEL天线(12、14)提供给数据通信模块(DCM)，用于建立与基站的通信以便进行数据交换。当放大器(50)运行时，开关(SW1、SW2)中的一个接通，以便将GPS信号分配到TEL天线侧。当放大器(50)不运行时，另一个开关接通，以便将来自GPS天线(10)的GPS信号传输到TEL天线侧(12、14)。通过这种方式，将GPS信号提供给了导航装置和数据通信模块，而不会使来自GPS天线(10)的信号质量下降。

Description

车辆中使用的天线设备

技术领域

概括地说，本发明涉及车辆中使用的GPS天线设备。

背景技术

通常，具有导航装置的汽车装备有天线设备，用于接收GPS无线电波，并将接收的GPS信号通过诸如同轴电缆的线路输入到导航装置(即，导航装置中的GPS接收机)。

除了用于接收GPS无线电波的GPS天线元件以外，天线设备还具有用于将GPS无线电波中的GPS信号放大到特定电平的放大器(例如，参见日本专利文献JP-A-2008-5468，第[0003]段)。

当车辆中使用天线设备时，为了使放大器和导航装置同步运行，使用与控制导航装置的电源的开关相同的开关(例如，车辆中的辅助开关)来控制放大器电源。

另一方面，已知数据通信模块(DCM)作为车辆中使用的通信设备，用于向基站发送各种信息和从基站接收各种信息，以便使基站能够监控车辆，或者向该车辆发送车辆控制所需要的信息(例如，参见日本专利文献JP-A-2006-128807，第[0015]段)。

此外，DCM具有位置检测功能，该功能例如可用于蜂窝电话中，用于向基站发送该车辆的位置信息。即，例如在无法根据通过蜂窝电话的内置GPS天线元件接收的GPS信号检测到该蜂窝电话的当前位置的情况下，通过将数据以GPS信号的形式发送到基站，来在基站一侧确定当前位置的技术(称为gpsOne技术(注册商标))(例如，参见日本专利文献JP-A-2008-22492，第[0030]段)。

通过将上述技术应用到车辆中使用的DCM中，甚至在GPS天线元件无法很好地接收GPS信号的意外或盗窃的情况下，都能够将该车辆的准确位置通知给基站。

从而，当具有位置检测功能的DCM和导航装置都布置在同一车辆中时，导航装置的GPS天线元件和DCM的GPS天线元件也都布置在同一车辆中。

这两个GPS天线元件都具有相同的谐振频率，使用GPS无线电波的相同频带。从而，如果这两个天线元件位于相互靠近的位置，则天线元件会由于谐振频带的重叠而相互影响。

当这两个天线元件必须在同一车辆中使用时，为了避免相互影响，例如可以将通信设备的GPS天线元件布置在车辆的顶部，而将导航装置的GPS天线元件(其中结合有放大器)布置在车辆的车厢内。即，通过将两个天线元件相互分开地布置在同一车辆中，通过避免由于干扰引起的相互影响而能够达到期望水平的接收特性。

近年来，由于天线集成的进展，DCM通信设备的天线和GPS无线电波的天线通常布置为集成在一个封装中的单个天线设备。

此外，目前在天线集成的严重压力下，将通信天线元件和GPS天线元件封装在一个封装中的DCM天线设备需要与导航装置的另一个天线设备相结合。

从而，用于DCM和用于导航装置的两个GPS天线元件布置在一个封装中的临近位置，其代价是性能降低，原因在于，目前，将这些不同类型的天线结合在一个封装里的天线集成方式会由于使用相同频带的两个GPS天线元件的干扰而使天线的性能降低。在这种情况下，将要分别输入到导航装置和通信设备(即DCM)的GPS信号的C/N(载波噪声)比会变差，从而使得DCM和导航装置的测量精确度下降。

作为另一种选择，为了解决上述问题，导航装置和通信设备共用单个GPS天线元件。然而，如果GPS信号简单地分配给这两个设备，则由不同设备共用单个GPS天线元件会导致分配损耗，这也会导致这两个设备的每一个的GPS信号输入电平降低，从而使得这两个设备的每一个的测量精确度的下降和恶化。

发明内容

考虑到上述和其他问题，本发明提供了一种用于车辆中的天线设备，其具有可以由导航装置和通信设备共用的GPS天线元件，而不会使分配到每个共用设备的GPS信号变差。

在本发明的一方面，所述天线设备与传统设备一样具有：GPS天线元件、用于放大来自GPS天线元件的GPS信号的放大器，以及用于将放大的GPS信号从所述放大器输出的第一端子。

此外，所述天线设备还具有：用于发送和接收通信无线电波的通信天线元件，以及用于将所述通信天线元件连接到所述通信设备的第二端子。

当天线设备中的放大器运行时，信号分离单元在通信天线元件侧将从所述放大器传输到所述第一端子的GPS信号的一部分分离出来，将分离的GPS信号与来自所述通信天线元件的接收信号进行混合，并将混合信号从所述第二端子输出到所述通信设备。

当所述放大器不运行时，路径切换单元将来自所述GPS天线元件的GPS信号输出路径从放大器侧的路径切换到通信天线元件侧的路径上，将所述GPS信号与来自通信天线元件的接收信号进行混合，并将混和信号从所述第二端子输出到所述通信设备。

从而，本发明的天线设备在放大器与导航装置同步运行时，将由放大器放大的GPS信号通过第一和第二端子分配到导航装置和通信设备；并在放大器不运行时，即，在车辆的停车状态等情况下放大器与导航装置都停止运行时，通过第二端子将由GPS天线元件接收的GPS信号输出到通信设备，而不对该信号进行任何修改。

从而，在天线元件接收到GPS信号后，通过第二端子将该信号输出到通信设备，而不会降低信号电平。此外，导航装置也能够使GPS信号从第一端子输出，而不会降低信号电平，因为能够通过控制放大器的增益来调整信号电平。

即，本发明的天线设备不仅使导航装置和通信设备能够共用单个GPS天线元件，而且还能够防止每个连接设备的GPS信号的信号电平下降，从而防止每个连接设备的测量精确度降低。

在上文的描述中，天线设备通常从第二端子向通信设备输出通信天线元件的接收信号和GPS信号的混合信号，而不用考虑放大器(以及导航装置)的运行情况。根据不同的目的以及通信设备和导航装置的运行情况来采用运行方案。即，即使在导航装置不运行时，例如，在停车等情况下，为了建立与基站的通信，也要求通信装置运行。

也就是说，在本发明中，考虑到运行情况的特定差异，通过将来自GPS天线元件的GPS信号的信号传输路径切换到第二端子，避免了导航装置和通信设备的GPS信号的信号质量变差。

附图说明

通过下面结合附图给出的详细描述，本发明的目的、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是在本发明的一个实施例中的、在车辆中使用的天线设备的透视图；

图2是在本发明的实施例中的天线设备的电路结构的方框图；以及

图3A到3C是高频开关在运行结构和电路结构方面的视图和说明。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施例。图1是在本实施例中、在车辆中使用的天线设备2的结构的透视图，图2是天线设备2的电路结构的方框图。

在本实施例中，如图1中所示，车辆的天线设备2是由布置在具有传导性的底板4上的全球定位系统(GPS)天线元件10、TEL天线元件12和14、车辆信息和通信系统(缩写为“VICS”：该系统已在日本实施并应用)天线元件16以及ETC天线元件18的集合所组成的集成天线，并且天线设备2容纳在一个封装中，以便安装在车辆的车厢中的某个位置。

这里，GPS天线元件10用于接收由空间卫星发射的GPS电波，并装配在放大电路板20上，放大电路板20上设置有放大电路50(图2)，用于放大接收信号(GPS信号)。

此外，VICS天线元件16用于从发送交通信息的VICS中心接收发射电波(VICS电波)，VICS天线元件16与GPS天线元件10一起装配在放大电路板20上。

VICS天线元件16的接收信号(VICS信号)与图2中所示的放大电路板20上的放大电路50所放大的GPS信号相混合，混合信号通过端子T1和连接到端子T1的、导航装置的同轴电缆30输出到安装在车辆中的导航装置，其中，端子T1形成为电路板20上的导电图案。

接下来，TEL天线元件12和14用于安装在车辆中的数据通信模块(DCM)，用于通过无线电话通信信道与基站进行预定的无线通信。这些天线元件中的一个，即，TEL天线元件12专用于发射和接收(TRx)，而另一个TEL天线元件14专用于接收(Rx)。这些天线元件12和14分别安装在DCM专用的衬底22和24上(图1)。

此外，连接用于DCM的同轴电缆32和34的端子T2和T3(图2)分别形成为DCM衬底22和24上的导电图案，并且每个TEL天线元件12和14都通过连接到端子T2和T3的DCM同轴电缆32和34连接到车辆中的DCM。

DCM具有上文中背景技术中所描述的位置检测功能，并且GPS天线元件10接收的GPS信号通过以下组件输出到DCM，即，高频开关SW1、SW2(图2)、分配同轴电缆40、DCM衬底22、端子T2以及DCM同轴电缆32。

此外，ETC天线元件18用于进行例如高速公路的收费站中的路侧单元与ETC(电子收费系统)的车载设备之间的通信，即，支付过路费。ETC天线装配在ETC专用的ETC衬底28上(图1)。

ETC衬底28具有端子T4(图2)，其用于与ETC同轴电缆38相连接，其中该端子T4形成为导电图案等。ETC天线元件18通过与端子T4连接的同轴电缆38连接到车辆中的ETC车载设备。

上面提到的天线元件10到18中的每一个都通过将分别装配有天线元件10至18的衬底20到28固定到底板4上来集成地装配到底板4上。

形成在放大电路板20上的放大电路50，即，所谓的低噪声放大器(LNA)，如图2中所示包括：耦合电容51、前级放大器电路52、用于对GPS信号进行选择性滤波的带通滤波器53、后级放大器电路54以及耦合电容55、56，这些组件将GPS信号从GPS天线元件10按所描述的传输路径上的顺序传送到端子T1。

VICS天线元件16通过供电线路连接到端子T1之间的传输路径。GPS信号和VICS信号在连接点处混合，以从端子T1输出到导航装置。

此外，能够对GPS信号的通过/截断进行切换的两个高频开关SW1和SW2安装在放大电路板20上。高频开关SW1的一端连接到从GPS天线元件到放大电路50(即，耦合电容51)的GPS信号输入路径上，而高频开关SW2的一端连接到从放大电路50到GPS信号和VICS信号之间的连接点(即，耦合电容55和56之间的点)的GPS信号输出路径上。

此外，高频开关SW1和SW2的每一个的另一端分别通过每个开关共用的用于信号分配的同轴电缆40连接到DCM衬底22上形成的用于传输通信信号(TRx)的传输路径上。该传输路径用于在TEL天线元件12和端子T2之间传输通信信号(TRx)。在该传输路径上，带除滤波器58(band eliminator，BEF)安装在分配同轴电缆40的连接点的TEL天线元件12一侧，以阻止GPS信号通过。

接下来，放大电路50(即，前级放大电路52和后级放大电路54)配置为如图2中的虚线所示，当导航装置运行时使得天线电源(电源电压)通过同轴电缆30为端子T1供电。上述的高频开关SW1和SW2中的每一个由该天线电源接通和断开。

即，如图3A所示，安装在放大电路50的GPS信号输入侧的高频开关SW1被配置为：(a)当天线电源接通(ON)时(即，当导航装置和放大电路50运行时)高频开关SW1断开(OFF)，以及(b)当天线电源断开(OFF)时(即，当导航装置和放大电路50不运行时，即，这两个设备的运行都停止时)高频开关SW1接通(ON)。此外，安装在放大电路50的GPS信号输出侧的高频开关SW2被配置为：(a)当天线电源接通(ON)时高频开关SW2接通(ON)，以及(b)当天线电源断开(OFF)时高频开关SW2断开(OFF)。

从而，当导航装置和放大电路50运行时，高频开关SW1断开，并且高频开关SW2接通，从而，使得由放大电路50放大的GPS信号能够分配到端子T1侧和DCM衬底22侧。

从而，作为所分配的信号中的一个，GPS信号和VICS信号的混合信号从端子T1输出到导航装置，作为从所分配的信号中的另一个导出的信号，GPS信号和TEL天线元件12的接收信号的混合信号从端子T2输出到DCM。

另一方面，当导航装置和放大电路50的运行停止时，高频开关SW1接通而高频开关SW2断开，从而，将GPS天线元件10接收的GPS信号通过用于分配的同轴电缆40输入到DCM衬底22。

随后，输入到DCM衬底22的GPS信号与由TEL天线元件12接收的接收信号进行混合，并且从端子T2输出到DCM。此外，在这种情况下，由于放大电路50停止运行，所以GPS信号只传输到DCM衬底22侧而没有分配到放大电路50侧。

从而，当GPS信号的放大电路50运行时，由放大电路50放大的GPS信号被分配到端子T1侧和DCM衬底22侧，以便分别输出到导航装置和DCM。当放大电路50不运行时，用于对来自GPS天线元件10的GPS信号进行传输的GPS信号传输路径被切换到DCM衬底22侧，从而防止输出到DCM的GPS信号的衰减。

从而，在本实施例中的用于车辆中的天线设备2中，通过使导航装置和DCM共用GPS天线元件10，防止了提供给导航装置和DCM的GPS信号的信号质量降低，并且保持了导航装置和DCM的测量精确度。

也就是说，因为当放大电路50运行时，能够将具有由放大电路50所放大的高电平信号的GPS信号提供到导航装置和DCM，所以防止了通过同轴电缆30和32输入到导航装置和DCM的GPS信号的C/N比降低。

此外，当放大电路50停止运行时，能够将GPS信号连续地提供到DCM。即，尽管GPS信号没有放大，但是由高频开关SW1切换的传输路径仍然使GPS信号能够连续地输出到DCM。

此外，在本实施例的天线设备2中，连接TEL天线元件12和端子T2的通信信号(TRx)的传输路径上具有带除滤波器(BEF)，该带除滤波器在分配同轴电缆40连接点的TEL天线元件12一侧阻止GPS信号通过。从而，由于防止了从分配同轴电缆40输入到传输路径中的GPS信号从TEL天线元件12向外辐射，并防止了其被放大电路50捕获，所以防止了放大电路50的振荡。

在本实施例中，安装在放大电路板20中的端子T1相当于本发明的第一端子，TEL天线元件12相当于通信天线元件，安装在DCM衬底22中的端子T2相当于第二端子，安装在放大电路50的输出侧上的高频开关SW2相当于信号分离单元，安装在放大电路50的输入侧上的高频开关SW1相当于路径切换单元，带除滤波器(BEF)58相当于信号处理单元。

高频开关SW1和SW2可以是如图3B中所示的具有触点的机械开关(即，如图中SW1侧和SW2侧)，或者可以是使用诸如图3C中所示的PIN二极管D的半导体元件的电子开关(即，如图中SW1侧和SW2侧)。

当高频开关SW1是机械开关时，将按照以下方式进行传输路径的切换。即，如图3B(SW1侧)所示，当没有提供天线电源时，如所示的那样开关SW1接通，从而，将GPS信号的传输路径连接到通信信号(TRx)的传输路径。当提供天线电源时，则开关SW1断开，因此，通过将GPS信号传输路径连接到微带线或1/4波长短截线而使得高频开关SW1侧在高频时具有高阻抗，从而防止GPS信号流入高频开关SW1侧。

此外，当高频开关SW2是机械开关时，将按照以下方式进行传输路径的切换。即，如图3B(SW2侧)所示，当提供天线电源时，如所示的那样开关SW2接通，从而，将GPS信号的传输路径连接到通信信号(TRx)的传输路径。当不提供天线电源时，GPS信号的传输路径连接到微带线或1/4波长短截线。

另一方面，当SW1是电开关时，SW1将按照以下方式配置。即，如图3C(SW1侧)所示，PIN二极管D安装在一对电容器C、C’之间，并且将PIN二极管D的阳极侧通过用于阻断高频信号的线圈L与电源线(即，天线电源)相连接，并将PIN二极管D的阴极侧通过用于限制电流的电阻R与地连接。

然后，电容C(其一端连接到PIN二极管D一侧(即，图3C中的阴极侧))的另一端连接到GPS信号的传输路径上，高频时具有高阻抗的电容C’(其一端连接到PIN二极管D的另一侧(即，图3C中的阳极侧))的另一端连接到地，从而，通过电容C将GPS信号的传输路径与通信信号(TRx)的传输路径相连接。

在上述方式中，当天线电源接通以向PIN二极管D供电时，高频时具有高阻抗的GPS信号的传输路径连接到电容C’，从而使得高频开关SW1侧在高频时具有高阻抗，以将由GPS天线元件10接收的GPS信号传输到放大电路50侧。

此外，当天线电源断开并且停止向PIN二极管D供电时，高频开关SW1侧设置为高频时的开状态。从而，由于放大电路50的运行停止，所以放大电路50侧也进入开状态。从而，由GPS天线元件10接收的GPS信号通过电容C传输到通信信号(TRx)的传输路径。

接下来，当高频开关SW2是电子开关时，开关SW2将按照以下方式配置。即，类似于SW1的情况，如图3C(SW2侧)中所示，PIN二极管D安装在一对电容C之间，PIN二极管D的阳极侧通过用于阻断高频信号的线圈L连接到电源线(即，天线电源)，PIN二极管D的阴极侧通过用于限制电流的电阻R连接到地。

此外，有一端连接到PIN二极管D的一侧(即，图3C中的阴极侧)的电容C的另一端连接到GPS信号的传输路径，有一端连接到PIN二极管D的另一侧(即，图3C中的阳极侧)的电容C的另一端连接到通信信号(TRx)的传输路径。

在上述的方式中，当天线电源接通并且PIN二极管D处于导通状态时，GPS信号的传输路径和通信信号(TRx)的传输路径相连接，以便传输高频信号。此外，当天线电源断开并且停止向PIN二极管D供电时，GPS信号的传输路径和通信信号(TRx)的传输路径之间的连接被阻断，从而使得高频信号无法传输。

尽管参照附图结合优选实施例描述了本发明，但是应该注意，对于本领域的技术人员来说，各种改变和变形都是显而易见的。

例如，尽管在上述实施例中，分配同轴电缆40被描述为用于将GPS信号从放大电路板20上形成的GPS信号传输路径传输到DCM衬底22上形成的通信信号传输路径，其中，DCM衬底22与放大电路板20相分离，但是，可以将放大电路板20和DCM衬底22形成为单个衬底，在该衬底上的电路图案上提供分配同轴电缆40的功能。

此外，尽管在上述实施例中，TEL天线元件12(14)被描述为连接到车辆中的DCM，但是在上述实施例中TEL天线元件12(14)也可以用做蜂窝电话中的天线。在上述方式中，GPS信号从车载使用的具有更高性能的GPS天线元件提供给蜂窝电话，而不是从布置在蜂窝电话中的内部GPS天线元件提供给蜂窝电话，从而，使得能够通过在GPS设备中使用gpsOne(注册商标)技术来提高测量精确度。

此外，在上述实施例中，通过在通信信号(TRx)的传输路径中安装带除滤波器(BEF)58，防止了通过分配同轴电缆40输入的GPS信号从TEL天线元件12辐射并防止其被放大电路50捕获。振荡防止方案可以具有不同的实施方式，只要能够防止GPS信号到放大电路50的正反馈。即，通信信号(TRx)的传输路径可具有移相器来代替带除滤波器(BEF)，并通过使用该移相器来调整输出到TEL天线元件12侧的GPS信号的相位。通过这种方式，能够防止放大电路的振荡。

这些变化、修改和简化方案应该理解为在所附权利要求所定义的本发明的范围内。

Claims

1.一种在车辆中使用的天线设备(2)，该天线设备(2)具有用于接收GPS信号的GPS天线元件(10)、用于放大由所述GPS天线元件(10)接收的所述GPS信号的放大器(50)以及用于将由所述放大器(50)放大的放大GPS信号输出到导航装置的第一端子(T1)，所述设备(2)包括：

通信天线元件(12)，用于发送和接收通信无线电波；

第二端子(T2)，用于将通信设备连接到所述通信天线元件(12)；

信号分离单元(SW2)，用于在所述放大器(50)运行时，在通信天线元件(12)侧将从所述放大器(50)传输到所述第一端子(T1)的GPS信号的一部分分离出来，将分离出的GPS信号与来自所述通信天线元件(12)的接收信号相混合，并将混合信号从所述第二端子(T2)输出到所述通信设备；以及

路径切换单元(SW1)，用于在所述放大器(50)不运行时，将来自所述GPS天线元件(10)的GPS信号的输出路径从放大器(50)侧的路径切换到所述通信天线元件(12)侧的路径，将所述GPS信号与来自所述通信天线元件(12)的所述接收信号相混合，并将混合信号从所述第二端子(T2)输出到所述通信设备；其中，

所述放大器(50)被配置为与所述导航装置同步运行。

2.根据权利要求1所述的天线设备(2)，还包括：

信号处理单元，用于调整所述GPS信号的相位，从而防止(a)所述GPS信号通过，或者(b)所述GPS信号从所述通信天线元件到所述放大器的正反馈，其中，

相对于所述接收信号从所述通信天线元件到所述第二端子的传输路径中的混合位置，所述信号处理单元布置在通信天线元件侧，所述混合位置利用所述信号分离单元和所述路径切换单元中的一个将所述接收信号与所述GPS信号进行混合。