CN102077417B - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种天线装置(1)包括天线单元(2)、电源端子(3)以及时间常数电路(4)。天线单元(2)包括天线器件(25)以及可变电容器件(26)，并以天线器件(25)与可变电容器件(26)彼此协作的方式发生谐振，其中，可变电容器件(26)的电容可根据施加至可变电容器件(26)的电压而发生变化。电源端子(3)供应被施加至可变电容器件(26)的电压。时间常数电路(4)在施加至电源端子(3)的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至可变电容器件(26)的电压逐渐增大。

Description

天线装置
技术领域
本发明涉及天线装置，并具体涉及具有切换天线特性的电路的天线装置。
背景技术
在现有技术中，存在通过改变施加至变容二极管的电压来调整谐振频率、从而对发送或接收的电波频率进行切换的天线装置。在包括天线器件以及由变容二极管和电感器形成的谐振电路的天线装置中，在变容二极管的电容为“C”，并且电感器的电感为“L”的情况下，谐振频率fRES表示如下。
fRES＝1/{2π(L·C)1/2}
这里，变容二极管的电容C随着施加至变容二极管的电压而发生变化。随着电压提高，电容C减小。因此，可利用该特性来改变天线装置的谐振频率，使得通过提高电压减小电容C，由此提高谐振频率fRES。
例如，日本专利申请公开号2002-76750(JP-A-2002-76750)描述了一种天线装置，利用变容二极管使其谐振频率可变。在JP-A-2002-76750中，如图9所示，天线装置包括彼此串联连接的天线电感器35以及LC并联谐振电路34。LC并联谐振电路34包括电感器32及变容二极管31。当电压被施加至电压输入端子33时，电压被施加至变容二极管31，由此变容二极管31的电容发生变化。由此谐振频率可变。
EP 1885022A1揭示了一种移动电话，其具有宽波带高灵敏度的广播接收器。蜿蜒形器件平行于环形器件的开放表面布置，并且环形器件与蜿蜒形器件在馈电点直接连接，由此被并联地供电。因此，这两个器件分别起负责频带的高低划分波带的天线的作用。
JP 2003-142928揭示了一种紧凑调谐天线，其包括第一调谐天线及第二调谐电线，以利用第一调谐天线来接收两个或更多个频带中的低频带，并利用第二天线来接收高频带。第一天线芯的穿透性比第二天线芯的穿透性更高。由此实现了紧凑性调谐天线。
US 6,628,931B1揭示了一种短波无线电接收器，其给出了可方便应用的改进的接收灵敏性。该接收器适用于超外差系统及PLL合成器系统，并包括用于将接收的短波信号转换为中频信号的前端电路。其还包括用于形成调谐电压以向插口中天线模块的可变电容二极管施加的信息电路。当使用该天线模块时，信息电路响应于前端电路的接收频率而受到控制，由此改变调谐电压，并使得后者对应于被接收的短波广播的接收波带。
US 6,054,965揭示了一种用于接收短波播送的外部天线装置，其包括由调谐器(其中环形天线器件与可变电容二极管彼此并联地高频连接)以及供应有由调谐器选择的接收信号的高频放大器构成的天线电路部分；用于将天线电路部分连接至控制单元的第一线缆；用于为设置在控制单元内的可变电容二极管产生控制电压的控制电压形成电路；以及用于在控制电压形成电路中的天线电路部分的电源；其中，来自电源的电压以及控制电压经由第一线缆被供应至天线电路部分，同时在控制单元与短波接收器之间设置第二线缆，用于向短波接收器供应信号，该信号因高频放大器的输出信号被供应至第一线缆及控制单元而产生。
US 2006/0097918A1揭示了一种用于多波段的天线，其采用单一天线器件，能够在多频带下工作，并有利于尺寸减小。天线器件的一端电连接至馈电点及中间点，而其另一端经由开关电连接至接地导体。将天线器件从端子至中间点的电气长度、加从这些点经由开关至接地导体的连接线以及从一端至另一端的电气长度、加从另一端经由开关至接地导体的连接线设定为能够在希望的不同频带中发生谐振。通过关闭开关之一，可以选择一个希望的频率，并且天线可在该频率下发生谐振。
EP 1168495A2揭示了一种扁平天线设置方式，其包括接地板以及大致平行于接地板布置的天线，并且该天线与接地板电导通地连接。开关器件被布置在天线与接地板之间以实现低电阻连接，其中，开关器件的位置被选择为使得利用导通的开关元件，天线可显示出比第一低谐振频率高的谐振频率。
EP 1 387 435A1揭示了一种安装至电子装置的天线设备，其包括具有天线器件的天线部分、及接地点开关，天线器件设置有两个或更多供电点以及两个或更多接地点，接地点开关与各个接地点相对应地设置并将接地点与地线连接或断开。选择性地接通或关断接地点开关可选择接地点，由此调整谐振频率。
但是，根据现有技术，在利用变容二极管来使谐振频率可变的谐振天线中，需要向变容二极管来施加与谐振频率对应的合适电压。换言之，根据希望发送或接收的无线电波的频率，需要将施加至变容二极管的电压控制为合适值。因此，需要用于对施加至变容二极管的电压进行控制的额外装置。这会增大天线装置的尺寸，由此提高制造成本。
发明内容
本发明提供了一种天线装置，其能够利用简单低成本的控制方法，通过使发送频率或接收频率在两个频带之间切换来执行通信。
本发明的第一方面提供了一种天线装置。该天线装置执行对第一频带中的无线电波以及频率比所述第一频带低的第二频带中的无线电波的发送或对所述第一频带中的无线电波以及所述第二频带中的无线电波的接收这两种操作中的至少一种操作。换言之，天线装置发送并/或接收第一频带中的无线电波及频率比第一频带低的第二频带中的无线电波(两个不同频带)。根据第一方面的天线装置包括天线单元、电源端子及时间常数电路。天线单元包括天线器件以及可变电容器件，其中，所述可变电容器件的电容可根据施加至所述可变电容器件的电压而发生变化。天线单元以所述天线器件与所述可变电容器件彼此协作的方式发生谐振。电源端子供应被施加至所述可变电容器件的电压。时间常数电路在施加至所述电源端子的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至所述可变电容器件的所述电压逐渐增大。
根据第一方面的天线装置，天线装置能够通过控制施加至电源端子的电压的接通及关断状态来发送或接收第一频带中的无线电波及频率比第一频带低的第二频带中的无线电波(两个不同频带)。换言之，当施加至电源端子的电压从关断状态变化为接通状态时，施加至可变电容器件的电压通过时间常数电路逐渐增大。因此，紧接着在施加至电源端子的电压被接通之后，施加至可变电容器件的电压较低，因此天线单元以与该电压对应的谐振频率发生谐振。另一方面，随着从施加至电源端子的电压被接通起已经经过了足够的时间，施加至可变电容器件的电压升高，因此天线单元以与该电压对应的谐振频率发生谐振。因此，仅需要简单的控制以在施加至电源端子的电压的接通状态与关断状态之间进行切换。因此，可以使天线装置简化，并能够提供一种能够以低成本在两个不同频带之间切换发送频率或接收频率的天线装置。
在根据第一方面的天线装置中，所述时间常数电路可包括串联连接的电阻器及电容器。所述电阻器及所述电容器中每一者的一端可连接至所述可变电容器件与所述天线器件的节点，所述电容器的另一端可接地，并且所述电阻器的另一端可连接至所述电源端子。
根据上述第一方面的天线装置，当电源端子被接通时，可以使施加至可变电容器件的电压逐渐增大。因此，天线装置能够发送或接收低频无线电波。
根据第一方面的天线装置还可包括放电单元，所述放电单元在施加至所述电源端子的电压从所述接通状态改变至所述关断状态时使存储在所述电容器中的电荷进行放电。
根据上述第一方面的天线装置，能够对存储在电容器中的电荷进行迅速地放电。因此，能够方便地将谐振频率从高频切换至低频。
在根据第一方面的天线装置中，所述放电单元可包括PNP晶体管。所述PNP晶体管的基极端子可连接至所述电源端子。所述PNP晶体管的发射极端子可连接至所述电容器与所述电阻器的节点。所述PNP晶体管的集电极端子可接地。
根据第一方面的天线装置，当施加至电源端子的电压从接通状态变化至关断状态时，能够对存储在电容器中的电荷进行迅速地放电。
在根据第一方面的天线装置中，所述时间常数电路还可包括与所述电容器并联连接的至少一个电阻器。
根据第一方面的天线装置，能够利用电阻器来分走施加至电源端子的电压。因此，能够方便地将第一频带中的谐振频率以及频率比第一频带低的第二频带中的谐振频率分别设定至选择的值。
在根据第一方面的天线装置中，所述时间常数电路可具有比对所述第二频带中的所述无线电波进行发送或接收的时长更长的时间常数。
根据第一方面的天线装置，能够发送或接收频率比第一频带低的第二频带中的无线电波而不会干扰通信。
在根据第一方面的天线装置中，施加至所述电源端子的电压可等于施加至与所述天线装置连接的发送电路或接收电路的电压。
根据第一方面的天线装置，无需额外地提供对施加至电源端子的电压进行控制的装置。因此，能够实现简单低成本的天线装置。
在根据第一方面的天线装置中，所述可变电容器件可以是变容二极管。
根据第一方面的天线装置，可通过改变电压来方便地改变静电电容，由此能够简化天线装置。
在根据第一方面的天线装置中，所述天线装置可通过在施加至所述电源端子的电压的所述接通状态与所述关断状态之间进行反复切换而连续地发送或接收所述第二频带中的所述无线电波。
根据第一方面的天线装置，能够将谐振频率固定为低频。
在根据第一方面的天线装置中，所述天线装置能够通过以使施加至所述电源端子的电压的所述接通状态持续的时长比所述时间常数电路的时间常数更长的方式，来连续地发送或接收所述第一频带中的所述无线电波。
根据第一方面的天线装置，能够将谐振频率固定为高频。
在根据第一方面的天线装置中，所述天线装置能够以使得施加至所述电源端子的电压的所述接通状态持续的时长比所述时间常数电路的时间常数更长的方式，来发送或接收所述第一频带中的无线电波，并且，所述天线装置能够以使得施加至所述电源端子的电压从所述接通状态关断、然后再次接通的方式，来发送或接收所述第二频带中的无线电波。
根据第一方面的天线装置，能够方便地将谐振频率从高频切换至低频。
本发明的第二方面提供了一种天线装置。该天线装置包括天线器件、开关器件、电源端子以及时间常数电路。开关器件连接在所述天线器件的一端与地之间。电源端子供应被施加至所述开关器件的电压。时间常数电路在施加至所述电源端子的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至所述开关器件的电压逐渐增大。所述开关器件在紧接着施加至所述电源端子的电压从所述关断状态改变至所述接通状态之后将高频阻断，并在已经经过了比所述时间常数电路的时间常数更长的时长时使高频通过。
根据第二方面的天线装置，通过使施加至电源端子的电压在接通状态和关断状态之间进行切换，能够改变天线特性(天线的方向性)。换言之，当施加至电源端子的电压被接通时，施加至开关器件的电压通过时间常数电路逐渐增大。紧接着在施加至电源端子的电压接通之后，施加至开关器件的电压较低，由此天线器件的一端处于电气开路状态。另一方面，随着从施加至电源端子的电压接通起已经经过足够的时间，施加至开关器件的电压增大，并且天线器件的一端处于接地状态。因此，天线特性发生改变。由此，通过使施加至电源端子的电压在接通状态与关断状态之间切换，能够改变天线装置的天线特性。
在根据第二方面的天线装置中，所述天线器件可以是半环形天线器件。
根据第二方面的天线装置，通过接通/关断施加至电源端子的电压，天线装置具有两种天线特性。换言之，紧接着在施加至电源端子的电压接通之后，天线装置具有倒F形天线或倒L形天线的天线特性。此外，在已经经过了足够时间之后，天线装置具有环形天线的天线特性。
在根据第二方面的天线装置中，所述时间常数电路可包括串联连接的电阻器及电容器。所述电阻器及所述电容器中每一者的一端可连接至所述开关器件与所述天线器件的节点。所述电容器的另一端可接地，并且所述电阻器的另一端连接至所述电源端子。
根据第二方面的天线装置，当施加至电源端子的电压被接通时，施加至开关器件的电压可被逐渐增大。
第二方面的天线装置还可包括放电单元，所述放电单元在施加至所述电源端子的电压从所述接通状态改变至所述关断状态时使存储在所述电容器中的电荷放电。
根据第二方面的天线装置，能够使存储在电容器中的电荷迅速地放电。因此，能够方便地将天线特性从环形天线切换至倒L形天线或倒F形天线。
在根据第二方面的天线装置中，所述放电单元可包括PNP晶体管。此时，所述PNP晶体管的基极端子可连接至所述电源端子。所述PNP晶体管的发射极端子可连接至所述电容器与所述电阻器的节点。所述PNP晶体管的集电极端子可接地。
根据第二方面的天线装置，当施加至电源端子的电压从接通状态变化至关断状态时，能够使存储在电容器中的电荷迅速地放电。
在根据第二方面的天线装置中，所述开关器件可以是pin二极管。
根据第二方面的天线装置，通过控制施加至电源端子的电压的接通及关断状态，能够在天线器件的一端的短路与开路状态之间进行切换。
在根据第二方面的天线装置中，所述开关器件可以是开关二极管。
根据第二方面的天线装置，能够通过使用诸如开关器件的廉价器件来降低成本。
在根据第二方面的天线装置中，在需要倒L形天线或倒F形天线的天线特性时，可使施加至所述电源端子的电压在所述接通状态与所述关断状态之间反复切换。
根据第二方面的天线装置，可将天线装置的天线特性固定为倒L形天线或倒F形天线的天线特性。
在根据第二方面的天线装置中，在需要环形天线的天线特性时，可使施加至所述电源端子的电压连续接通达比所述时间常数电路的时间常数更长的时长。
根据第二方面的天线装置，可将天线装置的天线特性固定为环形天线的天线特性。
根据本发明的上述方面，能够提供一种天线装置，其通过控制施加至电源端子的电压的接通及关断状态来对谐振频率或天线特性进行切换。无需提供对施加至电源端子的电压水平进行精密控制的控制装置，仅需要用于在施加至电源端子的电压的接通及关断状态之间进行切换的简单控制。因此，能够实现简单低成本的天线装置。
附图说明
参考附图，将在以下对本发明的示例性实施例的详细描述中说明本发明的特征、优点及技术产业意义，图中类似的标号表示类似的元件，其中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的天线装置的构造的视图；
图2是示意性示出根据第一实施例施加至电容器的电压随时间的变化的视图；
图3是示意性示出根据第一实施例施加至可变电容器件的电压与可变电容器件的静电电容之间的关系的视图；
图4是示出根据第一实施例在紧接着施加至电源端子的电压被接通之后直至经过了足够长的时间的谐振频率变化情况的视图；
图5是示出根据第一实施例取决于施加至电源端子的电压的接通及关断状态的切换方式的差异而发生的谐振频率的差异的视图；
图6是示出当天线装置被用于智能门禁系统以及胎压监控系统(TPMS)时施加至电源端子的电压的视图；
图7是示出根据本发明的第二实施例的天线装置的构造的视图；
图8是示出根据本发明的第三实施例的天线装置的构造的视图；而
图9是示出根据现有技术的天线装置的构造的视图。
具体实施方式
以下，将参考图1至图6来描述本发明的第一实施例。图1是示出根据第一实施例的天线装置1的构造的视图。根据本实施例的天线装置1例如可用于车用天线装置。
图1所示的根据第一实施例的天线装置1接收相对较高频带中的无线电波以及相对较低频带中的无线电波(两个不同频带)。天线装置1包括天线单元2、电源端子3、时间常数电路4以及放电单元5。天线单元2包括天线器件25及可变电容器件26。以下，将描述天线装置1的部件，并将描述天线装置1的工作状况。
天线单元2具有天线器件25以及根据施加的电压而电容可变的可变电容器件26。天线单元2以使得这些天线器件25与可变电容器件26彼此协作的方式产生谐振。在本实施例中，变容二极管被用作可变电容器件26。天线器件25的一端连接至可变电容器件26的一端。可变电容器件26的另一端接地。天线器件25和可变电容器件26的节点通过电感器24连接至电阻器22与电容器23的节点。接收电路6连接至天线单元2，并通过天线单元2接收从外部发送的无线电波。注意，天线器件25的电感由LA(H)表示，而可变电容器件26的静电电容由C0(F)表示。
如上所述，通过天线器件25及可变电容器件26，天线单元2发生谐振。替代地，可进一步将另一电感器(未示出)与可变电容器件26并联连接以使天线单元2发生谐振。天线器件25可采用各种不同的天线，例如偶极天线、环形天线或微带天线。此外，可变电容器件26可采用任何器件，只要该器件的电容根据电压可变即可。
这里，将参考图3来描述施加至可变电容器件26的电压与天线装置1的谐振频率之间的关系。图3是示意性示出施加至可变电容器件26的电压V与可变电容器件26的静电电容C之间的关系的视图。
如图3所示，可变电容器件26的静电电容C随着施加电压V的提高而减小。在V0(V)的电压被施加至可变电容器件26时、可变电容器件26的静电电容是C0(F)的情况下，由以下表达式计算出天线装置1的谐振频率fRES。
fRES＝1/{2π(LA·C0)1/2}
这里，当可变电容器件26的电压增大至V0′(V)时，可变电容器件26的静电电容降低至C0′(F)。然后由以下表达式来计算天线装置1的谐振频率fRES′。
fRES′＝1/{2π(LA·C0′)1/2}
因此，谐振频率fRES′高于当施加至可变电容器件26的电压是V0(V)时的情况。换言之，通过增大施加至可变电容器件26的电压V，可以提高天线装置1的谐振频率。
电源端子3供应被施加至可变电容器件26的电压。电源端子3从电压供应源(例如，车载电池)(未示出)受到电压供应，并能够在电压的接通与关断状态之间进行切换。当电压被接通时，从电压供应源供应电压Vcc(V)，而当电压被关断时，电源端子3被设定为0(V)。在本实施例中，电压Vcc(V)等于供应至接收电路6的电压。换言之，接收电路6及电源端子3被供应相同的电源电压。因此，当需要接收无线电波时，接收电路6被接通，而同时施加至电源端子3的电压也被接通。当无需接收无线电波时，接收电路6被关断，而施加至电源端子3的电压也被关断。
时间常数电路4在施加至电源端子3的电压从关断状态变化为接通状态时使施加至可变电容器件26的电压逐渐增大。时间常数电路4具有串联连接的电阻器22及电容器23。电阻器22及电容器23各自的一端通过电感器24连接至可变电容器件26与天线器件25的节点。电容器23的另一端接地。电阻器22的另一端连接至电源端子3。注意，电阻器22的电阻是R1(Ω)，而电容器23的静电电容是C1(F)。可如下计算由此构成的RC电路的时间常数τ1(sec)。
τ1＝R1·C1
这里，时间常数τ1表示电路的响应速度，并表示从施加电压的时刻起直至电压达到稳态值的约63.2％时的时长。
图2是示意性示出从施加至电源端子3的电压接通的时刻起直至电压达到稳态值的时段过程中施加至电容器23的电压的变化的视图。横坐标轴表示时间t，而纵坐标轴表示施加至电容器23的电压V。如图2所示，施加至电容器23的电压从施加至电源端子3的电压被接通的时刻起逐渐增大，并最终达到稳态值。时间常数τ1表示直至电压达到稳态值的约63.2％时的时长。因此，利用时间常数电路4，施加至电容器23的电压被和缓地增大，由此使直至电压达到稳态值所需的时长延长。换言之，利用时间常数电路4，施加至可变电容器件26的电压被和缓地增大，因此可使直至电压达到稳态值所需的时长延长。
在本实施例中，时间常数电路4由使用电阻器22及电容器23的RC电路形成。可替代地，时间常数电路4可由使用电阻器及电感器的RL电路(未示出)形成。
当施加至电源端子3的电压从接通状态改变至关断状态时，放电单元5使存储在电容器23中的电荷放电。放电单元5由PNP晶体管27形成。如图1所示，PNP晶体管27的发射极端子连接至电阻器22与电容器23的节点，PNP晶体管27的集电极端子被接地。此外，PNP晶体管27的基极端子连接至电源端子3。从电源端子3的电压被接通的时刻开始，电荷被逐渐存储在电容器23中。随着经过足够长的时间，电荷在电容器23中充满。随后，当施加至电源端子3的电压从接通状态改变至关断状态时，施加至PNP晶体管27的基极端子的电压降低，由此PNP晶体管27被接通。然后，存储在电容器23中的电荷通过PNP晶体管27被放电至地。以此方式，当施加至电源端子3的电压被关断时，可以使存储在电容器23中的电荷迅速地放电。
以上对天线装置1的部件进行了描述。注意，如图1所示，在根据第一实施例的天线装置1中，电容器21连接在电源端子3与地之间，用于使电源端子3解耦。此外，在天线单元2的谐振频率下保持高阻抗的电感器24被连接在时间常数电路4与天线单元2之间，由此在天线单元2处接收到的无线电波被有效地引至接收电路6。
下面，将参考图4至图6来描述对天线装置1的谐振频率的切换操作。
图4是示出从紧接着在施加至电源端子3的电压被接通之后的时刻起直至经过充分长的时间的谐振频率变化的视图。如上所述，当施加至电源端子3的电压从关断状态改变至接通状态时，施加至可变电容器件26的电压通过时间常数电路4而逐渐增大，最终达到约Vcc(V)。紧接着在施加至电源端子3的电压被接通之后(参见图4中左侧视图)，如上所述，施加至可变电容器件26的电压较低，由此天线装置1的谐振频率较低。紧接着在施加至电源端子3的电压被接通之后，该较低的谐振频率是fL。随着从施加至电源端子3的电压被接通之后相对于时间常数τ1已经经过充分长的时间(参见图4中右侧的视图)，施加至可变电容器件26的电压增大至约Vcc(V)，由此天线装置1的谐振频率较高。当施加至电源端子3的电压被接通、经过充分的时段、然后施加至可变电容器件26的电压达到约Vcc(V)时，该较高的谐振频率是fH。如图4所示，紧接着在施加至电源端子3的电压被接通之后，谐振频率是较低的频率fL。从施加至电源端子3的电压被接通开始已经经过充分的时间，则谐振频率是较高的频率fH。在紧接着施加至电源端子3的电压被接通之后的时间开始直至经过充分时间的这一时段中，谐振频率从fL连续变化至fH。
下面，将描述将天线装置1的谐振频率保持在低频fL的方法。当施加至电源端子3的电压处于关断状态时，并且当没有电荷存储在时间常数电路4的电容器23中时，该状态被称为初始状态。紧接着在电源端子3的电压从初始状态被接通之后，天线装置1的谐振频率处于低频fL。当施加至电源端子3的电压持续被接通时，如上所述电荷逐渐存储在电容器23中。然后，施加至可变电容器件26的电压增大，因此，谐振频率升高。这里，当施加至电源端子3的电压从接通状态变化为关断状态时，如上所述，存储在电容器23中的电荷通过放电单元5被迅速释放，然后天线装置1返回至初始状态。当施加至电源端子3的电压被再次接通时，谐振频率处于低频fL。因此，以使得电源端子3的电压接通的时长较短的方式，使施加至电源端子3的电压在接通状态与关断状态之间反复切换，由此保持低频fL。由此，天线装置1的谐振频率在低频fL附近反复增大及减小。换言之，为了将谐振频率保持在低频fL，可使施加至电源端子3的电压在接通状态与关断状态之间反复切换，使得电源端子的电压接通时长短于预定第一时长。这里，预定第一时长是可变电容器件26的静电电容C实质上并未从紧接着在电源端子3的电压被接通之后的电容发生改变的时长。预定第一时长例如短于或等于约τ1/10。
下面，将描述将天线装置1的谐振频率保持在高频fH的方法。如上所述，随着从施加至电源端子3的电压被接通开始已经经过足够的时间，约Vcc(V)的电压被施加至可变电容器件26，由此谐振频率为fH。为了将谐振频率保持在高频fH，仅需保持其中电源端子3的电压被接通达比时间常数τ1充分长的时段的状态。
此外，为了将天线装置1的谐振频率从高频fH切换至低频fL，仅需使施加至电源端子3的电压从接通状态改变为关断状态，由此通过放电单元5迅速地释放存储在时间常数电路4的电容器23中的电荷，然后再次接通施加至电源端子3的电压。
将参考图5来描述切换天线装置1的谐振频率的方式。图5是示出取决于在施加至电源端子3的电压的接通状态与关断状态之间进行切换的方式的差异得到的谐振频率的差异的视图。横坐标轴表示时间，而纵坐标轴表示施加至电源端子3的电压。注意，施加至电源端子3的电压处于接通状态的时长为td。如图5所示，当td比时间常数电路4的时间常数τ1充分小时，并且当施加至电源端子3的电压的接通状态与切短状态被反复切换时，天线装置1能够持续地接收低频fL无线电波。
此外，如图5所示，当电源端子3的电压处于接通状态的时长持续达足够的时长时，换言之，当td比时间常数τ1充分大时，天线装置1的谐振频率从低频fL改变为高频fH，随后，天线装置1能够持续地接收高频fH无线电波。
此外，当施加至电源端子3的电压从谐振频率为高频fH的状态被关断时，如上所述，存储在时间常数电路4的电容器23中的电荷通过放电单元5放电。如图5所示，当施加至电源端子3的电压被再次接通时，谐振频率为低频fL。
下面，将描述根据第一实施例的天线装置1的应用示例。根据第一实施例的天线装置1例如被用于在车载的智能门禁系统及胎压监控系统(TPMS)中接收无线电波。图6是示出当天线装置1被用于智能门禁系统及TPMS中时施加至电源端子3的电压的视图。
智能门禁系统从能够发送并接收无线电波的钥匙向车载天线装置1发送无线电波以锁闭或解锁车门。另一方面，TPMS从安装至轮胎的传感器向安装在车辆上的天线装置1发送无线电波，由此在车辆行驶时向车辆发送轮胎压力信息。
在本实施例中，用于智能门禁系统的无线电波的频带在频率方面低于用于TPMS的无线电波的频带。换言之，天线装置1中天线器件25的电感LA(H)以及可变电容器件26的C0(F)被设定为使得用于智能门禁系统的频率是天线装置1的低频fL，而用于TPMS的频率是天线装置1的高频fH。
智能门禁系统的接收电路6需要能够在车辆的发动机停机时从钥匙接收无线电波。但是，当施加至接收电路6的电压在发动机停机的过程中持续处于接通状态时，电池的功率消耗会增大。因而，在本实施例中，在车辆的发动机停机时，接收电路6以预定的时间间隔反复接通/关断。通过以此方式控制施加至接收电路6的电压，能够在发动机停机过程中降低电池的功耗。
如上所述，在根据本实施例的天线装置1中，施加至接收电路6的电压等于施加至电源端子3的电压，并且施加至电源端子3的电压通过时间常数电路4被供应至天线单元2。因此，无需任何额外的用于控制施加至电源端子3的电压的接通及关断状态的电路，就能够保持其中天线装置1能够持续地从钥匙接收无线电波的状态。
例如，如图6所示，施加至电源端子3的电压以200ms的时间间隔被接通以允许天线装置1接收来自钥匙的无线电波。当没有从钥匙发送无线电波时，施加至电源端子3的电压例如被接通达15ms，然后关断。由此，通过以预定的时间间隔对施加至电源端子3的电压的接通及关断状态进行反复切换，能够接收到用于智能门禁系统的频率的无线电波。当从钥匙发送无线电波时，施加至电源端子3的电压例如被接通达500ms。这里，时间常数电路4的时间常数τ1被设定为比从智能门禁系统中的通信开始起直至通信完成的最大时长充分大。换言之，时间常数电路4中电阻器22的电阻以及电容器23的静电电容被设定使得时间常数τ1比在智能门禁系统中发生的通信的最大时长充分大。例如，τ1可被设定为10(sec)。
随后，当车辆的发动机起动时(当点火开关被接通时)，施加至电源端子3的电压被接通，然后保持电压接通状态。当从施加至电源端子3的电压被接通开始已经经过了足够的时间时(例如，当已经经过了一分钟时)，天线装置1以高频fH发生谐振，并能够接收用于TPMS的无线电波。因为TPMS需要在车辆行驶过程中定期监控轮胎的压力信息，故施加至电源端子3的电压被保持为接通状态。注意，因为车辆正在行驶，故无需考虑电池的功耗。随后，当车辆的发动机停机时(当点火开关被关断时)，施加至电源端子3的电压被关断，然后施加至电源端子3的电压的接通及关断状态被再次反复切换。因此，天线装置1能够接收低频fL。注意，天线装置1不能够同时接收高频无线电波与低频无线电波两者，但是，这对本申请的示例而言并不会成为问题。这是因为智能门禁系统在发动机停机时需要接收无线电波，而TPMS在车辆行驶时需要接收无线电波。
如上所述，根据第一实施例的天线装置1可用作车载天线装置。注意，根据第一实施例的天线装置1能够接收到的两种类型的无线电波并不限于用于智能门禁系统及TPMS的无线电波。此外，天线装置1不仅可用于车载天线装置，当然还可用于其他应用领域。
注意，根据第一实施例的天线装置1不包括放电单元5也是可行的。但是，在此情况下，因为不能够迅速地释放存储在时间常数电路4的电容器23中的电荷，故当施加至电源端子3的电压以较短的时间间隔被反复接通/关断时，电荷会持续地存储在电容器23中。为此，为了将谐振频率设定为fL，需要等待直至随着时间经过存储在电容器23中的电荷被释放。类似的，为了将谐振频率从高频fH切换至低频fL，需要在施加至电源端子3的电压被关断之后使存储在电容器23中的电荷随时间经过而被释放，然后再次将施加至电源端子3的电压接通。
此外，向电源端子3供应电压的电压供应源可以是车载电池之外的其他电源。例如，第一实施例中施加至电源端子3的电压等于施加至接收电路6的电压。替代地，这些电压可以彼此不同。当施加至电源端子3的电压与施加至接收电路6的电压不同时，分别对施加至接收电路6的电压及施加至电源端子3的电压的接通及关断状态进行控制。即使在施加至电源端子3的电压被关断的情况下，当施加至接收电路6的电压被接通时，也能够接收低频fL的无线电波。
下面将描述本发明的第二实施例。图7是示出根据第二实施例的天线装置10的构造的视图。根据第二实施例的天线装置10与根据第一实施例的天线装置1的不同之处在于：用图7所示的时间常数电路40替换了时间常数电路4，而其他部件具有与第一实施例相同的构造。因此，使用类似的标号来表示与根据第一实施例的天线装置1类似的部件，并将省略对其的描述。
如图7所示，在根据第二实施例的天线装置10中，时间常数电路40还包括与电容器23并联连接的至少一个电阻器28。如图7所示，电阻器28的一端连接至电容器23与电阻器22的节点。电阻器28的另一端接地。根据第二实施例的天线装置10包括电阻器28以分走施加至电源端子3的电压Vcc(V)。因此，可将施加至可变电容器件26的电压设定为选择值，由此能够选择性地设定谐振频率。
注意，由R2(Ω)来表示电阻器28的电阻，由R1(Ω)来表示电阻器22的电阻，并且由C1(F)来表示电容器23的静电电容。由此构成的时间常数电路4的时间常数τ2(sec)由以下表达式来计算。
τ2＝R1·R2·C1/(R1+R2)
电压Vcc(V)被施加至电源端子3，在经过比时间常数τ2充分大的时段之后，施加至可变电容器件26的电压Vn(V)如下。
Vn＝R2·Vcc/(R1+R2)
在此情况下，可变电容器件26的静电电容是对应于电压Vn的值Cn(F)。在此情况下，天线装置10的谐振频率fn如下。
fn＝1/{2π(LA·Cn)1/2}
因此，天线装置10的谐振频率根据电阻器28的电阻R2而变化。
如上所述，利用电阻器28，可以选择性地设定谐振频率fn。在根据图1所示的第一实施例的天线装置1的情况下，通过选择天线器件25及可变电容器件26来确定高谐振频率及低谐振频率。另一方面，在根据第二实施例的天线装置10中，利用电阻器28，可以获得希望的谐振频率fn。换言之，即使在未调整天线器件25及可变电容器件26的特性时，通过调整电阻器28的电阻，也能够方便地设定谐振频率。
此外，通过使用可变电阻器作为电阻器28，两个谐振频率可以发生变化。可变电阻器可以手动地改变，或可以在预定值之间自动地切换。
注意，在本实施例中，一个电阻器28与电容器23并联连接，替代地，多个电阻器可与电容器23并联连接。
下面将描述第三实施例。图8是示出根据第三实施例的天线装置11的构造的视图。
如图8所示，根据第三实施例的天线装置11包括天线器件30、开关器件29、电源端子3、时间常数电路4以及放电单元5。根据第三实施例的天线装置11与根据图1所示的第一实施例的天线装置1的不同之处在于天线器件25及可变电容器件26被分别替换。换言之，用天线器件30替换了天线器件25，并利用开关器件29替换了可变电容器件26。其他部件具有与第一实施例类似的构造，因此，使用类似的标号来表示与根据第一实施例的天线装置1类似的部件，并将简化对其的描述。
如图8所示，在根据第三实施例的天线装置11中，天线器件30是半环形天线器件。开关器件29连接至天线器件30的一端。
注意，电容器件(未示出)还可与开关器件29并联连接以与天线器件30发生谐振。此外，电感器(未示出)也可与开关器件29并联连接以与天线器件30发生谐振。
开关器件29在紧接着施加至电源端子3的电压从关断状态改变至接通状态之后不允许高频通过，并在已经经过了比时间常数电路4的时间常数长的时长时允许高频通过。在本实施例中，开关器件29由pin二极管或开关二极管形成。开关器件29的阳极连接至天线器件30的一端，而开关器件29的阴极接地。
如此连接的开关器件29具有较高的阻抗，并在未施加电压时关断，并且天线器件30的一端实质上处于开路状态。在此情况下，天线器件30起到具有与倒F形天线(其一端开放)类似的方向性的天线的作用。注意，如图8所示，在本实施例中，天线器件30的另一端接地，替代地，天线器件30的另一端无需接地。当天线器件30的另一端未接地并且天线器件30的一端实际上处于开路状态时，天线器件30变为倒L形天线。
另一方面，当电压施加至开关器件29时，开关器件29具有较低阻抗并处于接通状态，由此天线器件30的一端实际上处于接地状态。在此情况下，天线器件30相对于地平面形成镜向天线，并起到具有类似于环形天线的方向性的天线的作用。
电源端子3供应被施加至开关器件29的电压。与第一实施例类似，施加至电源端子3的电压等于施加至接收电路6的电压，并且电压的接通及关断状态被切换。
时间常数电路4在施加至电源端子3的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至开关器件29的电压逐渐增大。在第三实施例中，根据第一实施例的可变电容器件26被开关器件29替换。时间常数电路4的构造及工作状况与根据第一实施例的天线装置1的时间常数电路4的情况类似，由此将省略对其的描述。注意，由τ3来表示时间常数电路4的时间常数。
下面将描述通过在施加至电源端子3的电压的接通与关断状态之间进行切换来进行天线特性(天线的方向性)的切换。
当施加至电源端子3的电压被接通时，施加至开关器件29的电压通过时间常数电路4被逐渐增大。紧接着在施加至电源端子3的电压被接通之后，施加至开关器件29的电压较低，由此开关器件29处于关断状态。因此，天线器件30的一端实际上处于开路状态，并且天线装置11具有倒F形天线的天线特性。为了将天线装置11的天线特性保持为倒F形天线的天线特性，仅需在施加至电源端子3的电压的接通与关断状态之间进行反复切换，使得施加至电源端子3的电压处于接通状态的时长短于预定第二时长。这里，预定第二时长是并未使开关器件29的高阻抗实质上改变的时长。预定第二时长例如短于或等于τ3/10。
另一方面，随着从施加至电源端子3的电压被接通开始已经经过了足够的时间，施加至开关器件29的电压约为Vcc，由此开关器件29接通。因此，天线器件30的一端实际上接地，并且天线装置11具有环形天线的天线特性。为了将天线装置11的天线特性保持为环形天线的天线特性，仅需以比时间常数τ3充分长的时段期间使施加至电源端子3的电压保持在接通状态即可。
此外，为了从环形天线的天线特性切换至倒F形天线的天线特性，仅需将施加至电源端子3的电压关断，由此通过放电单元5迅速释放存储在时间常数电路4的电容器23中的电荷，然后再次接通施加至电源端子3的电压。
下面将描述根据第三实施例的天线装置11的应用示例。根据第三实施例的天线装置11例如可用于车载的智能门禁系统及TPMS。
在智能门禁系统中，希望能够从远离车辆的选择位置处的钥匙接收到无线电波。为此，希望用于智能门禁系统的天线是无指向性天线。因此，如上所述，当天线装置11被用于智能门禁系统时，以较短的时间间隔反复切换施加至电源端子3的电压的接通及关断状态，由此具有倒F形天线的天线特性。
另一方面，在TPMS中，需要从安装至处于固定位置处的轮胎的传感器接收无线电波。为此，希望用于TPMS的天线能够从特定方向接收无线电波。因此，如上所述，当天线装置11被用于TPMS时，施加至电源端子3的电压被保持为接通状态，以具有环形天线的天线特性。
如上所述，根据第三实施例的天线装置11被用于车载智能门禁系统及TPMS。注意，根据本实施例的天线装置11的应用并不限于上述智能门禁系统及TPMS，替代地，其可被用于各种需要两种不同天线特性的系统。此外，天线装置11的应用并不限于车载天线装置，替代地，其当然可以被用于其他应用领域。
注意，与第一实施例类似，根据第三实施例的天线装置11不包括放电单元5也是可行的。
此外，与第一实施例类似，向电源端子3供应电压的电压供应源可以是车载电池之外的其他电源。此外，在第三实施例中施加至电源端子3的电压等于施加至接收电路6的电压。替代地，这些电压可以彼此不同。
注意，根据上述实施例的天线装置涉及接收天线装置，替代地，各种天线装置也可改变为发送天线装置。例如，通过将接收电路6改变为发送电路(未示出)，能够将接收天线装置改变为发送天线装置。
如上所述，在本发明的实施例中，能够提供一种通过简单的电压控制来改变天线的谐振频率或天线特性的天线装置。例如，该天线装置可用作安装在车辆上的天线装置。
虽然已经参考了本发明的示例性实施例描述了本发明，但应当理解的是，本发明并不限于上述示例性实施例或其结构。相反，本发明意在涵盖各种不同的改变方案及等同设置方式。此外，虽然以各种不同的组合及构造示出了示例性实施例的各种不同元件，但这仅是示例性质，包括更多、更少或仅单一元件的其他组合及构造方式也落入本发明的实旨及范围内。

Claims (16)

1.一种天线装置(1，10)，其执行对第一频带中的无线电波以及频率比所述第一频带低的第二频带中的无线电波的发送或对所述第一频带中的无线电波以及所述第二频带中的无线电波的接收这两种操作中的至少一种操作，所述天线装置的特征在于包括：
天线单元(2)，其包括天线器件(25)以及可变电容器件(26)，并以所述天线器件(25)与所述可变电容器件(26)彼此协作的方式发生谐振，其中，所述可变电容器件(26)的电容可根据施加至所述可变电容器件(26)的电压而发生变化；
电源端子(3)，其供应被施加至所述可变电容器件(26)的电压；以及
时间常数电路(4，40)，其在施加至所述电源端子(3)的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至所述可变电容器件(26)的电压逐渐增大，其中，所述时间常数电路(4，40)包括串联连接的电阻器(22)及电容器(23)，所述电阻器(22)及所述电容器(23)中每一者的一端连接至所述可变电容器件(26)与所述天线器件(25)的节点，所述电容器(23)的另一端接地，并且所述电阻器(22)的另一端连接至所述电源端子(3)，
所述天线装置的特征在于还包括放电单元(5)，所述放电单元(5)在施加至所述电源端子(3)的电压从所述接通状态改变至所述关断状态时使存储在所述电容器(23)中的电荷放电。
2.根据权利要求1所述的天线装置(1，10)，其中，所述放电单元(5)包括PNP晶体管(27)，所述PNP晶体管(27)的基极端子连接至所述电源端子(3)，所述PNP晶体管(27)的发射极端子连接至所述电容器(23)与所述电阻器(22)的节点，并且所述PNP晶体管(27)的集电极端子接地。
3.根据权利要求1所述的天线装置(10)，其中，所述时间常数电路(40)还包括与所述电容器(23)并联连接的至少一个额外的电阻器(28)。
4.根据权利要求1所述的天线装置(1，10)，其中，所述时间常数电路(4，40)具有比施加至所述电源端子(3)的电压(VCC)处于接通状态期间的时长更长的时间常数(τ1、τ2)。
5.根据权利要求1所述的天线装置(1，10)，还包括连接至所述天线单元(2)的发送电路或接收电路(6)，其中，施加至所述电源端子(3)的电压等于施加至所述发送电路或接收电路(6)的电压。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线装置(1，10)，其中，所述可变电容器件(26)是变容二极管。
7.一种用于使根据权利要求1所述的天线装置(1，10)工作的方法，包括以下步骤：使施加至所述电源端子(3)的电压在所述接通状态与所述关断状态之间进行反复切换以连续地发送或接收所述第二频带中的无线电波。
8.一种用于使根据权利要求1所述的天线装置(1，10)工作的方法，包括以下步骤：向所述电源端子(3)施加电压的所述接通状态持续比所述时间常数电路(4，40)的时间常数更长的时长，以连续地发送或接收所述第一频带中的无线电波。
9.一种用于使根据权利要求1所述的天线装置(1，10)工作的方法，包括以下步骤：向所述电源端子(3)施加电压的所述接通状态持续比所述时间常数电路(4，40)的时间常数更长的时长，以发送或接收所述第一频带中的无线电波，并且，使施加至所述电源端子(3)的电压从所述接通状态关断、然后使其再次接通，以发送或接收所述第二频带中的无线电波。
10.一种天线装置(11)，其特征在于包括：
天线器件(30)；
开关器件(29)，其连接在所述天线器件(30)的一端与地线之间；
电源端子(3)，其供应被施加至所述开关器件(29)的电压；以及
时间常数电路(4)，其在施加至所述电源端子(3)的电压从关断状态改变至接通状态时使施加至所述开关器件(29)的电压逐渐增大，其中，所述时间常数电路(4)包括串联连接的电阻器(22)及电容器(23)，所述电阻器(22)及所述电容器(23)中每一者的一端连接至所述开关器件(29)与所述天线器件(30)的节点，所述电容器(23)的另一端接地，并且所述电阻器(22)的另一端连接至所述电源端子(3)，并且其中，所述开关器件(29)在紧接着施加至所述电源端子(3)的电压从所述关断状态改变至所述接通状态之后将高频阻断，并在已经经过了比所述时间常数电路(4)的时间常数更长的时长时使高频通过，
所述天线装置的特征在于还包括放电单元(5)，所述放电单元(5)在施加至所述电源端子(3)的电压从所述接通状态改变至所述关断状态时使存储在所述电容器(23)中的电荷放电。
11.根据权利要求10所述的天线装置(11)，其中，所述天线器件(30)是半环形天线器件。
12.根据权利要求10所述的天线装置(11)，其中，所述放电单元(5)包括PNP晶体管(27)，所述PNP晶体管(27)的基极端子连接至所述电源端子(3)，所述PNP晶体管(27)的发射极端子连接至所述电容器(23)与所述电阻器(22)的节点，并且所述PNP晶体管(27)的集电极端子接地。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的天线装置(11)，其中，所述开关器件(29)是pin二极管。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的天线装置(11)，其中，所述开关器件(29)是开关二极管。
15.一种用于使根据权利要求11所述的天线装置(11)工作的方法，包括以下步骤：在需要倒L形天线或倒F形天线的天线特性时，使施加至所述电源端子(3)的电压在所述接通状态与所述关断状态之间反复切换。
16.一种用于使根据权利要求11所述的天线装置(11)工作的方法，包括以下步骤：在需要环形天线的天线特性时，使施加至所述电源端子(3)的电压连续接通的时长比所述时间常数电路(4)的时间常数更长。
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