DE112009001584B4

DE112009001584B4 - Antennenvorrichtung

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Publication number: DE112009001584B4
Application number: DE112009001584.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroki Okada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: DE112009001584T5; CN102077417B; US20110134003A1; WO2009156805A1; CN102077417A; JP4730673B2; US9160073B2; JP2010011133A

Abstract

Antennenvorrichtung (1, 10), die zumindest entweder Funkwellen in einem ersten Frequenzband oder Funkwellen in einem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz aufweist als das erste Frequenzband, sendet oder Funkwellen in dem ersten Frequenzband oder Funkwellen in dem zweiten Frequenzband empfängt, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Antenneneinheit (2), die ein Antennenelement (25) und ein variables Kapazitätselement (26) beinhaltet, dessen Kapazität gemäß einer an das variable Kapazitätselement (26) angelegten Spannung variabel ist, wobei die Antenneneinheit (2) derart schwingt, dass das Antennenelement (25) und das variable Kapazitätselement (26) miteinander kooperieren;
einen Leistungszuführanschluss (3), der die an das variable Kapazitätselement (26) angelegte Spannung zuführt; und
eine Schaltung (4, 40) mit einer Zeitkonstante (τ₁, τ₂), wobei die Schaltung (4, 40) die an das variable Kapazitätselement (26) angelegte Spannung allmählich erhöht, wenn eine an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung aus einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand wechselt, wobei die Schaltung (4, 40) einen Widerstand (22) und einen Kondensator (23) beinhaltet, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein Ende von jeweils dem Widerstand (22) und dem Kondensator (23) mit einem Knoten des variablen Kapazitätselements (26) und des Antennenelements (25) verbunden ist, wobei das andere Ende des Kondensators (23) geerdet ist, und das andere Ende des Widerstands (22) mit dem Leistungszuführanschluss (3) verbunden ist,
wobei unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführungsanschluss (3) angelegte Spannung (V_cc) von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand gewechselt ist, für eine erste Zeitspanne, die kleiner ist als die Zeitkonstante τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), Funkwellen in dem zweiten Frequenzband gesendet oder empfangen werden und Funkwellen in dem ersten Frequenzband gesendet oder empfangen werden, wenn eine zweite Zeitspanne verstrichen ist, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40),
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (4, 40) weiterhin eine Entladeeinheit (5) aufweist, die eine in dem Kondensator (23) gespeicherte elektrische Ladung entlädt, wenn die an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung, und insbesondere, eine Antennenvorrichtung mit einer Schaltung, die die Charakteristik einer Antenne schaltet.
Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
Aus dem einschlägigen Stand der Technik ist eine Antennenvorrichtung bekannt, die die Resonanzfrequenz durch Verändern einer Spannung einstellt, die an einer Abstimm- bzw. Kapazitätsdiode anliegt, so dass dadurch die Frequenz von Funkwellen, die gesendet oder empfangen werden, umgeschaltet wird. In einer Antennenvorrichtung, die ein Antennenelement und einen Schwingkreis beinhaltet, der aus einer Abstimmdiode und einer Induktionsspule besteht, wobei die Kapazität der Abstimmdiode mit „C“ bezeichnet wird, und die Induktivität der Induktionsspule mit „L“ bezeichnet wird, wird die Resonanzfrequenz f_RES wie folgt ausgedrückt wird. $f_{RES} = 1 / {2 π {(L \cdot C)}^{1 / 2}}$
Hier ist die Kapazität C der Abstimmdiode von einer an der Abstimmdiode angelegten Spannung abhängig. Nimmt die Spannung zu, nimmt die Kapazität C ab. Somit kann die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung durch Nutzung der Charakteristik derart verändert werden, dass durch Erhöhen der Spannung die Kapazität C abnimmt und daher die Resonanzfrequenz f_RES zunimmt.
Die JP 2002-76750 beschreibt z. B. eine Antennenvorrichtung, deren Resonanzfrequenz unter Verwendung der Abstimmdiode variabel ist. Wie in der JP 2002-76750 A in 9 gezeigt ist, beinhaltet die Antennenvorrichtung ein Antennen-Leitelement 35 und einen LC-Parallelschwingkreis 34, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Der LC-Parallelschwingkreis 34 weist eine Induktionsspule 32 und eine Abstimmdiode 31 auf. Wenn an einen Spannungseingangsanschluss 33 eine Spannung angelegt wird, liegt die Spannung zunächst an der Abstimmdiode 31 an, wodurch es zu einem Variieren der Kapazität der Abstimmdiode 31 kommt. Die Resonanzfrequenz ist somit variabel.
Die EP 1 885 022 A1 offenbart ein Mobiltelefon mit einem Broadcasting-Receiver bzw. -Empfänger mit einem hohen Ansprechvermögen für Breitbandanwendungen. Ein mäandrierend ausgebildetes Element ist parallel zu einer sich öffnenden Oberfläche eines Schleifen- bzw. Loop-Elements angeordnet, und das Schleifenelement und das mäandrierend ausgebildete Element sind direkt an einem Zuführpunkt miteinander verbunden, so dass ihnen parallel Leistung zugeführt wird. Somit fungieren die beiden Elemente als Antennen, die jeweils für das obere und das untere Teilband eines Frequenzbands verantwortlich sind.
Die JP 2003-142928 offenbart eine kleine Abstimmantenne, die eine erste Abstimmantenne und eine zweite Abstimmantenne zum Empfangen eines unteren Frequenzbandes von zwei oder mehreren Frequenzbändern mit der ersten Abstimmantenne und eines höheren Frequenzbandes mit einer zweiten Antenne aufweist. Die Durchlässigkeit eines ersten Antennenkerns ist größer ausführt als die des zweiten Antennenkerns. Folglich wird die mit kleinen Abmessungen versehene Abstimmantenne realisiert.
Die US 6,628,931 B1 offenbart einen Kurzwellenempfänger, der ein verbessertes Empfangsansprechvermögen zeigt, und der auf höchst praktische Art und Weise Anwendung finden kann. Der Empfänger ist für das superheterodyne System und das PLL-Synthesizer-System geeignet und beinhaltet eine Frontend- bzw. Vorschalt-Schaltung zum Umwandeln eines empfangenen Kurzwellensignals in ein Zwischenfrequenzsignal. Er beinhaltet zudem eine Informationsschaltung zum Erzeugen einer Abstimmspannung in einem Verbindungsstecker, die an eine variable Kapazitätsdiode des Antennenmoduls angelegt werden soll. Wird das Antennenmodul verwendet, wird die Erzeugungsschaltung in Reaktion auf die Empfangsfrequenz der Frontend-Schaltung so gesteuert, dass die Abstimmspannung modifiziert wird und diese dem Empfangsband der empfangenen Kurzwelle entspricht, die gesendet bzw. verbreitet werden soll.
Die US 6,054,965 offenbart eine externe Antennenvorrichtung zum Empfangen von Kurzwellen-Broadcasts bzw. -Verbreitungen, die einen Antennenschaltungs-Abschnitt bestehend aus einer Abstimmeinrichtung, in der ein Loop- bzw. Rahmenantennenelement und eine variable Kapazitätsdiode in einem Hochfrequenzbereich parallel miteinander verbunden sind, und einen Hochfrequenzverstärker beinhaltet, dem durch die Abstimmeinrichtung ausgewählte Empfangssignale zugeführt werden; ein erstes Kabel zum Verbinden des Antennenschaltungs-Abschnitts mit einer Steuerungseinheit; eine Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Steuerspannung für die variable Kapazitätsdiode in der Steuerungseinheit; und eine Leistungsquelle für den Antennenschaltungs-Abschnitt in der Steuerspannungs-Erzeugungsschaltung; wobei eine Spannung von einer Leistungsquelle und die Steuerspannung dem Antennenschaltungs-Abschnitt über das erste Kabelende zugeführt werden, zur gleichen Zeit ein zweites Kabel zum Zuführen von Signalen, die aus dem Leiten der Ausgangssignale des Hochfrequenzverstärkers an das erste Kabel und die Steuerungseinheit resultieren, zu einem Kurzwellenempfänger zwischen der Steuerungseinheit und dem Kurzwellenempfänger angeordnet ist.
Die US 2006/0097918 A1 offenbart eine Antenne für mehrere Bänder, die ein einzelnes Antennenelement verwenden, die in der Lage ist, mehrere Frequenzbänder zu betreiben und sich als ideal erweist, wenn es darum geht, Abmessungen reduzieren zu müssen. Ein Ende eines Antennenelements ist mit dem Zuführpunkt und Zwischenpunkten elektrisch verbunden, und das andere Ende desselben ist über Schalter mit einem Erdleiter elektrisch verbunden. Die elektrische Länge des Antennenelements von dem Anschluss zu den Zwischenpunkten plus Verbindungsleitungen von diesen Punkten über die Schalter zu dem Erdleiter und die elektrische Länge von dem einen Ende zu dem anderen Ende plus eine Verbindungsleitung von dem anderen Ende über den Schalter zu dem Erdleiter sind so angesetzt, dass sie in der Lage sind, mit unterschiedlichen gewünschten Frequenzbändern zu schwingen. Indem einer der Schalter geschlossen wird, kann eine der gewünschten Frequenzen ausgewählt bzw. aktiviert werden, und die Antenne kann mit der Frequenz schwingen.
Die EP 1 168 495 A2 offenbart eine Flachantennenanordnung, die eine Grundplatte und eine Antenne aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der Grundplatte angeordnet ist und die mit dieser Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist. Ein Schaltelement ist zwischen der Antenne und der Grundplatte angeordnet, so dass eine Verbindung mit niedrigen Widerstand ermöglicht wird, wobei die Position des Schaltelements derart ausgewählt ist, dass bei einem leitfähigen Schaltelement die Antenne im Vergleich zu einer ersten niedrigeren Resonanzfrequenz eine höhere Resonanzfrequenz aufweist.
Die EP 1 387 435 A1 offenbart eine Antennenvorrichtung, die an einem elektronischen Bauteil angebracht ist, die einen Antennenabschnitt mit einem Antennenelement, das mit zwei oder mehr Leistungszuführpunkten und zwei oder mehr Erdungspunkten versehen ist, und einem Erdungspunktschalter beinhaltet, der entsprechend mit einem jeweiligen Erdungspunkt versehen ist und den Erdungspunkt mit Masse verbindet oder trennt. Durch selektives Ein- oder Ausschalten des Erdungspunktschalters wird der Erdungspunkt ausgewählt, um die Resonanzfrequenz anzupassen bzw. einzustellen.
Bei der Resonanzantenne, deren Resonanzfrequenz unter Verwendung der aus dem einschlägigen Stand der Technik bekannten Abstimmdiode variabel ist, muss an die Abstimmdiode eine einer Resonanzfrequenz entsprechende passende Spannung angelegt werden. Das heißt, dass eine an die Abstimmdiode angelegte Spannung in Abhängigkeit der Frequenz der Funkwellen, die gesendet oder empfangen werden sollen, auf einen passenden Wert gesteuert werden muss. Dementsprechend ist ein zusätzliches Bauelement zum Steuern einer an die Abstimmdiode angelegten Spannung notwendig. Folglich kommt es zu einer Vergrößerung der Abmessungen der Antennenvorrichtung und dadurch zu einem Anstieg der Fertigungskosten.
Kurzfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik eine Antennenvorrichtung zu schaffen, die eine Datenübertragung durch Schalten einer Sendefrequenz oder einer Empfangsfrequenz zwischen zwei Frequenzbändern mit Hilfe eines einfachen kostengünstigen Steuerungsverfahrens ausführen kann. Ferner soll ein Verfahren zum Betätigen einer derartigen Antennenvorrichtung angegeben werden. Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Antennenvorrichtung geschaffen. Die Antennenvorrichtung führt zumindest eine Übertragung von Funkwellen in einem ersten Frequenzband und von Funkwellen in einem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz als das erste Frequenzband aufweist, oder einen Empfang von Funkwellen in dem ersten Frequenzband und von Funkwellen in dem zweiten Frequenzband aus. Das heißt, dass die Antennenvorrichtung Funkwellen in einem ersten Frequenzband und Funkwellen in einem zweiten Frequenzband, dessen Frequenz niedriger ist als die des ersten Frequenzbandes, (also in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern) sendet und/oder empfängt. Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt beinhaltet eine Antenneneinheit, einen Leistungszuführanschluss und eine zeitkonstante bzw. zeitinvariante Schaltung. Die Antenneneinheit beinhaltet ein Antennenelement und ein variables Kapazitätselement, dessen Kapazität gemäß einer an das variable Kapazitätselement angelegten Spannung variabel ist. Die Antenneneinheit schwingt derart, dass das Antennenelement und das variable Kapazitätselement miteinander kooperieren. Die Zuführung der an das variable Kapazitätselement angelegten Spannung erfolgt durch den Leistungszuführanschluss. Die zeitkonstante bzw. zeitinvariante Schaltung bewirkt eine allmähliche Erhöhung der an das variable Kapazitätselement angelegten Spannung, wenn eine an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung von einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand bzw. von einem deaktivierten in einen aktivierten Zustand wechselt.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die Antennenvorrichtung Funkwellen in einem ersten Frequenzband und Funkwellen in einem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz aufweist als das erste Frequenzband, (in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern) senden oder empfangen, indem der Ein-Zustand und Aus-Zustand bzw. der aktivierte und der deaktivierte Zustand einer an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung gesteuert wird. Das heißt, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung von einem AUS-Zustand in einen EIN-Zustand von einem deaktivierten in einen aktivierten Zustand wechselt, wird die an das variable Kapazitätselement angelegte Spannung durch die zeitkonstante bzw. zeitinvariante Schaltung allmählich erhöht. Dementsprechend ist unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet wird bzw. aktiviert wird, die an das variable Kapazitätselement angelegte Spannung niedrig, und daher schwingt die Antenne mit einer dieser Spannung entsprechenden Resonanzfrequenz. Ist eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen, seitdem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet bzw. aktiviert worden ist, steigt die an das variable Kapazitätselement angelegte Spannung an, und somit schwingt die Antenneneinheit mit einer dieser Spannung entsprechenden Resonanzfrequenz. Dementsprechend wird zum Umschalten zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand bzw. dem deaktivierten und dem aktivierten Zustand der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung lediglich eine einfache Steuerung benötigt. Somit ist eine vereinfachte Ausführung der Antennenvorrichtung möglich, und es kann eine kostengünstige Antennenvorrichtung geschaffen werden, die eine Sendefrequenz oder eine Empfangsfrequenz zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzbändern schalten kann.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die zeitkonstante bzw. zeitinvariante Schaltung einen Widerstand und einen Kondensator beinhalten, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jeweils dem Widerstand und dem Kondensator kann mit einem Knoten des variablen Kapazitätselements und des Antennenelements verbunden sein, wobei das andere Ende des Kondensators geerdet sein kann und das andere Ende des Widerstands mit dem Leistungszuführkanal verbunden sein kann.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann bei Einschalten des Leistungszuführanschlusses die an das variable Kapazitätselement angelegte Spannung allmählich erhöht werden. Somit kann die Antennenvorrichtung Niederfrequenz-Funkwellen senden oder empfangen.
Die Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann ferner eine Entladeeinheit beinhalten, die eine in dem Kondensator gespeicherte elektrische Ladung entlädt, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des ersten Aspekts ist ein rasches Entladen der in dem Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung möglich. Somit kann ein Schalten der Resonanzfrequenz von einer hohen Frequenz auf eine niedrige Frequenz ohne Weiteres erfolgen.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die Entladeeinheit einen pnp-Transistor beinhalten. Ein Basisanschluss des pnp-Transistors kann mit dem Leistungszuführanschluss verbunden sein. Ein Emitter-Anschluss des pnp-Transistors kann mit einem Knoten des Kondensators und des Widerstands verbunden sein. Ein Kollektor-Anschluss des pnp-Transistors kann geerdet sein.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die in dem Kondensator gespeicherte Ladung rasch entladen werden, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung aus einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand wechselt.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die zeitkonstante Schaltung ferner zumindest einen Widerstand beinhalten, der mit dem Kondensator parallel geschaltet bzw. verbunden ist.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung mit dem Widerstand geteilt werden. Somit können die Resonanzfrequenz in dem ersten Frequenzband und die Resonanzfrequenz in dem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz aufweist als das erste Frequenzband, ohne Weiteres auf jeweils ausgewählte Werte eingestellt werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die zeitkonstante Schaltung eine Zeitkonstante aufweisen, die länger ist als eine Zeitspanne, während der die Funkwellen in dem zweiten Frequenzband gesendet oder empfangen werden.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts können Funkwellen in dem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz aufweist als das erste Frequenzband, ohne Unterbrechung der Datenübertragung bzw. Funkverbindung gesendet oder empfangen werden.
In der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung gleich einer Spannung sein, die an eine mit der Antennenvorrichtung verbundene Sendeschaltung oder Empfangsschaltung angelegt ist.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts ist es nicht notwendig, zusätzlich eine Vorrichtung bzw. ein Bauelement vorzusehen, die bzw. das die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung steuert. Auf diese Weise kann eine einfache und kostengünstige Antennenvorrichtung erreicht werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann es sich bei dem variablen Kapazitätselement um eine Abstimmelektrode handeln.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die elektrostatische Kapazität ohne Weiteres dadurch variiert werden, dass die Spannung verändert wird, so dass die Antennenvorrichtung vereinfacht ausgeführt werden kann.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die Antennenvorrichtung die Funkwellen in dem zweiten Frequenzband durch wiederholtes Umschalten zwischen den Ein- und Aus-Zuständen der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung kontinuierlich senden.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die Resonanzfrequenz auf eine niedrige Frequenz festgelegt bzw. eingerichtet werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die Antennenvorrichtung die Funkwellen in dem ersten Frequenzband derart kontinuierlich senden oder empfangen, dass der Ein-Zustand der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung für eine Zeitspanne andauert, die länger als eine Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung ist.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekt kann die Resonanzfrequenz auch auf eine hohe Frequenz festgelegt werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt kann die Antennenvorrichtung die Funkwellen in dem ersten Frequenzband derart senden oder empfangen, dass der Ein-Zustand der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung für eine Zeitspanne andauert, die länger als eine Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung ist, und kann die Funkwellen in dem zweiten Frequenzband derart senden oder empfangen, dass die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand abgeschaltet und dann wieder eingeschaltet wird.
Gemäß der Antennenvorrichtung des ersten Aspekts kann die Resonanzfrequenz ohne Weiters von einer hohen Frequenz auf eine niedrige Frequenz geschaltet werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Antennenvorrichtung geschaffen. Die Antennenvorrichtung beinhaltet ein Antennenelement, ein Schaltelement, einen Leistungszuführanschluss und eine zeitkonstante Schaltung. Das Schaltelement ist zwischen einem Ende des Antennenelements und Masse verbunden. Der Leistungszuführanschluss führt eine an das Schaltelement angelegte Spannung zu. Die zeitkonstante Schaltung erhöht allmählich die an das Schaltelement angelegte Spannung, wenn eine an den Leistungszufiihranschluss angelegte Spannung von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand wechselt. Das Schaltelement blockiert eine hohe Frequenz, unmittelbar nachdem die an den Leistungszufiihranschluss angelegte Spannung von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand gewechselt ist, und gibt die hohe Frequenz frei, wenn eine Zeitspanne verstrichen ist, die länger als eine Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung ist.
Gemäß der Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann die Antennencharakteristik (die Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik der Antenne) verändert werden, indem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand umgeschaltet wird. Das heißt, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet bzw. aktiviert ist, dass die an das Schaltelement angelegte Spannung durch die zeitkonstante Schaltung allmählich erhöht wird. Unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet wird, ist die an das Schaltelement angelegte Spannung niedrig, so dass sich ein Ende des Antennenelements in einem elektrisch offenen Zustand befindet. Wenn hingegen eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen ist, seitdem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet ist, wird die an das Schaltelement angelegte Spannung erhöht, und ein Ende des Antennenelements befindet sich in einem geerdeten Zustand. Dementsprechend wird eine Veränderung der Antennencharakteristik bzw. des Richtvermögens der Antenne bewirkt. Auf diese Weise kann die Antennencharakteristik der Antennenvorrichtung durch Umschalten der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand verändert werden.
Bei der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann es sich bei dem Antennenelement um ein Halfloop- bzw. Halbkreis-Antennenelement handeln.
Gemäß der Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts weist die Antennenvorrichtung dadurch, dass die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung ein-/ausgeschaltet wird, zwei unterschiedliche Antennencharakteristika auf. Das heißt, dass unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet ist, die Antennenvorrichtung die Antennencharakteristik einer inverse F Antenna bzw. invertierten F-Antenne oder einer inverse L Antenna bzw. invertierten L-Antenne aufweist. Darüber hinaus weist die Antennenvorrichtung nach Verstreichen einer genügend langen Zeitspanne die Antennencharakteristik einer Loop-Antenna bzw. Rahmenantenne auf.
Bei der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die zeitkonstante Schaltung einen Widerstand und einen Kondensator beinhalten, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jeweils dem Widerstand und dem Kondensator kann mit einem Knoten des Schaltelements und des Antennenelements verbunden sein. Das andere Ende des Kondensators kann geerdet sein, und das andere Ende des Widerstands ist mit dem Leistungszuführanschluss verbunden.
Gemäß der Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann die an das Schaltelement angelegte Spannung allmählich ansteigen, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet ist.
Die Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann ferner eine Entladeeinheit beinhalten, die eine in dem Kondensator gespeicherte elektrische Ladung entlädt, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung von dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts ist ein rasches Entladen der in dem Kondensator gespeicherten elektrischen Ladung möglich. Somit kann die Antennencharakteristik ohne Weiteres von der Rahmenantenne auf die invertierte L-Antenne oder invertierte F-Antenne geschaltet werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die Entladeeinheit einen pnp-Transistor beinhalten. Dabei kann ein Basis-Anschluss des pnp-Transistors mit dem Leistungszuführanschluss verbunden sein. Ein Emitter-Anschluss des pnp-Transistors kann mit einem Knoten des Kondensators und des Widerstands verbunden sein. Ein Kollektor-Anschluss des pnp-Transistors kann geerdet sein.
Gemäß der Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann eine in dem Kondensator gespeicherte elektrische Ladung rasch entladen werden, wenn die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung aus dem Ein- in den Aus-Zustand wechselt.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann es sich bei dem Schaltelement um eine PIN-Diode handeln.
Gemäß der Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann durch Steuern der Ein- und Aus-Zustände der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung zwischen einem Kurzschluss und einem Öffnen eines Endes des Antennenelements gewechselt bzw. umgeschaltet werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann es sich bei dem Schaltelement um eine Schaltdiode handeln.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts können durch Verwendung eines kostengünstigen Elements für das Schaltelement Kosten reduziert werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand immer wieder umgeschaltet werden, wenn die Antennencharakteristik von entweder einer invertierten L-Antenne oder einer invertierten F-Antenne benötigt wird.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann die Antennencharakteristik der Antennenvorrichtung auf die Antennencharakteristik einer invertierten L-Antenne oder einer invertieren F-Antenne festgelegt bzw. eingerichtet werden.
In der Antennenvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann, wenn die Antennencharakteristik einer Rahmenantenne benötigt wird, die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung für eine Zeitspanne kontinuierlich eingeschaltet bleiben, die länger als eine Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung ist,.
Gemäß der vorstehenden Antennenvorrichtung des zweiten Aspekts kann die Antennencharakteristik der Antennenvorrichtung auf die Antennencharakteristik einer Rahmenantenne festgelegt bzw. eingerichtet werden.
Gemäß den Aspekten der Erfindung kann eine Antennenvorrichtung geschaffen werden, die die Resonanzfrequenz oder die Antennencharakteristik durch Steuern der Ein- und Aus-Zustände der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung umschaltet. Es besteht somit keine Notwendigkeit, eine Steuereinrichtung bereitzustellen, die den an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannungspegel bzw. -wert minutiös steuert, sondern es wird lediglich eine einfache Steuerung zum Umschalten zwischen den Ein- und Aus-Zuständen der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung benötigt. Dementsprechend kann eine einfache und kostengünstige Antennenvorrichtung geschaffen werden.
Figurenliste
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden in der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der identische Bezugszeichen identische Bauelemente verwenden. Es zeigen:

1 eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 einen Graphen, der eine Veränderung der an einen Kondensator angelegten Spannung gemäß der ersten Ausführungsform im Zeitverlauf schematisch darstellt;
3 einen Graphen, der die Beziehung zwischen einer an ein variables Kapazitätselement angelegten Spannung und einer elektrostatischen Kapazität des variablen Kapazitätselements gemäß der ersten Ausführungsform schematisch zeigt;
4 einen Graphen, der gemäß der ersten Ausführungsform eine Veränderung der Resonanzfrequenz ab dem Zeitpunkt, unmittelbar nachdem die an einen Leistungszuführanschluss angelegte Spannung eingeschaltet worden, bis zu dem Zeitpunkt darstellt, wenn eine genügend lange Zeitspanne verstrichen ist;
5 eine Ansicht, die einen Unterschied der Resonanzfrequenz in Abhängigkeit von einer unterschiedlichen Art und Weise des Schaltens zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss angelegten Spannung gemäß der ersten Ausführungsform darstellt;
6 eine Ansicht, die die an den Leistungszuführanschluss angelegte Spannung darstellt, wenn die Antennenvorrichtung in einem intelligenten Zugangssystem und einem Reifendruckkontrollsystem (RDKS) verwendet wird;
7 eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
9 eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung gemäß dem einschlägigen Stand der Technik darstellt.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. 1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann beispielsweise in einer Antennenvorrichtung für ein Fahrzeug verwendet werden.
Die Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, empfängt Funkwellen in einem relative hohen Frequenzband und Funkwellen in einem relative niedrigen Frequenzband (in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern). Die Antennenvorrichtung 1 beinhaltet eine Antenneneinheit 2, einen Leistungszuführanschluss 3, eine zeitkonstante Schaltung 4 und eine Entladeeinheit 5. Die Antenneneinheit 2 weist eine Antennenelement 25 und ein variables Kapazitätselement 26 auf. Nachstehend befasst sich die Beschreibung mit den Komponenten bzw. Bauteilen der Antennenvorrichtung 1 sowie dem Betrieb der Antennenvorrichtung 1.
Die Antenneneinheit 2 weist das Antennenelement 25 und das variable Kapazitätselement 26 auf, das eine entsprechend einer angelegten Spannung variable Kapazität aufweist. Die Antenneneinheit 2 schwingt derart, dass dieses Antennenelement 25 und das variable Kapazitätselement 26 miteinander kooperieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird als das variable Kapazitätselement 26 eine Abstimmdiode verwendet. Ein Ende des Antennenelements 25 ist mit einem Ende des variablen Kapazitätselements 26 verbunden. Das andere Ende des variablen Kapazitätselements 26 ist geerdet. Ein Knoten des Antennenelements 25 und des variablen Kapazitätselements 26 ist durch eine Induktionsspule 24 mit einem Knoten eines Widerstands 22 und eines Kondensators 23 verbunden. Eine Empfangsschaltung 6 ist mit der Antenneneinheit 2 verbunden und empfängt die von außerhalb durch die Antenneneinheit 2 gesendeten Funkwellen. Zudem ist zu beachten, dass die Induktivität des Antennenelements 25 mit L_A (H) und die elektrostatische Kapazität des variablen Kapazitätselements 26 mit Co (F) bezeichnet werden.
Wie vorstehend beschrieben, schwingt die Antenneneinheit 2 über das Antennenelement 25 und das variable Kapazitätselement 26. Demgegenüber kann aber auch eine weitere Induktionsspule (nicht gezeigt) mit dem variablen Kapazitätselement 26 parallel geschaltet bzw. verbunden werden, so dass bewirkt wird, dass die Antenneneinheit 2 schwingt. Für das Antennenelement 25 können verschiedene Typen von Antennen, wie z. B. eine Dipolantenne, eine Rahmen-Antenne oder eine Mikrostreifen-Antenne, verwendet werden. Darüber hinaus können für das variable Kapazitätselement 26 beliebige Elemente verwendet werden, solange die Kapazität des Elements einer Spannung entsprechend variabel ist.
An dieser Stelle erfolgt nun unter Bezugnahme auf 3 eine Beschreibung der Beziehung zwischen einer an das variable Kapazitätselement 26 angelegten Spannung und der Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer an das variable Kapazitätselement 26 angelegten Spannung V und einer elektrostatischen Kapazität C des variablen Kapazitätselements 26 schematisch darstellt.
Wie aus 3 zu ersehen ist, nimmt die elektrostatische Kapazität C des variablen Kapazitätselements 26 bei Anstieg der angelegten Spannung V ab. Wenn die elektrostatische Kapazität des variablen Kapazitätselements 26 mit Co (F) bezeichnet wird, wenn eine Spannung von V₀ (V) an dem variablen Kapazitätselement 26 anliegt, wird die Resonanzfrequenz f_RES der Antennenvorrichtung 1 anhand des nachstehenden Ausdrucks berechnet. $f_{RES} = 1 / {2 π {(L_{A} \cdot C_{0})}^{1 / 2}}$
Hier wird die elektrostatische Kapazität des variablen Kapazitätselements 26 auf C₀'(F) reduziert, wenn die Spannung des variablen Kapazitätselements 26 auf V₀'(V) ansteigt. Die Resonanzfrequenz f_RES' der Antennenvorrichtung 1 wird dann anhand der des nachstehenden Ausdrucks berechnet. $f_{RES}' = 1 / {2 π {(L_{A} \cdot C_{0}')}^{1 / 2}}$
Die Resonanzfrequenz f_RES’ ist somit höher als wenn es sich bei der an das variable Kapazitätselement 26 angelegten Spannung um V₀(V) handelt. Das heißt, dass durch Erhöhen der an das variable Kapazitätselement 26 angelegten Spannung V die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 erhöht werden kann.
Die Zuführung einer an das variable Kapazitätselement 26 angelegten Spannung erfolgt durch den Leistungszuführanschluss 3. Der Leistungszuführanschluss 3 wird von einer Spannungszuführquelle (z. B. einer im Fahrzeug befindlichen Batterie) (nicht gezeigt) mit Spannung versorgt und kann zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der Spannung umschalten. Ist die Spannung eingeschaltet, wird eine Spannung Vcc (V) von der Spannungsleistungsquelle zugeführt, wohingegen, wenn die Spannung abgeschaltet ist, der Leistungszuführanschluss 3 auf 0 (V) gestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Spannung Vcc (V) gleich einer der Empfangsschaltung 6 zugeführten Spannung. Das heißt, dass die Empfangsschaltung 6 und der Leistungszuführanschluss 3 mit der gleichen Leistungszuführspannung versorgt werden. Wenn dementsprechend Funkwellen empfangen werden müssen, wird die Empfangsschaltung 6 eingeschaltet, während die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung gleichzeitig ebenfalls eingeschaltet wird. Müssen keine Funkwellen empfangen werden, wird die Empfangsschaltung 6 ausgeschaltet, während die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung ebenfalls abgeschaltet wird.
Die zeitkonstante Schaltung 4 erhöht allmählich eine an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. Die zeitkonstante Schaltung 4 weist den Widerstand 22 und den Kondensator 23 auf, die in miteinander Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jeweils dem Widerstand 22 und dem Kondensator 23 ist über die Induktionsspule 24 mit dem Knoten des variablen Kapazitätselements 26 und des Antennenelements 25 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 23 ist geerdet. Das andere Ende des Widerstands 22 ist mit dem Leistungszuführanschluss 3 verbunden. Zu beachten ist, dass der Widerstandswert des Widerstands 22 mit R₁ (Ω) bezeichnet wird, und dass die elektrostatische Kapazität des Kondensators 23 mit C₁ (F) bezeichnet wird. Die Zeitkonstante τ₁ (sec) des so konfigurierten RC-Glieds bzw. der so konfigurierten RC-Schaltung kann wie folgt berechnet werden. $τ_{1} = R_{1} \cdot C_{1}$
Hierbei stellt die Zeitkonstante τ₁ die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. das Ansprechvermögen der Schaltung dar sowie eine Zeitspanne ab dem Augenblick, wenn eine Spannung angelegt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Spannung etwa 63,2 Prozent eines stationären Zustandswerts erreicht hat.
Bei 2 handelt es sich um einen Graphen, der eine Veränderung der an den Kondensator 23 angelegten Spannung während einer Zeitspanne ab dem Augenblick, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet wird, bis zu dem Augenblick, wenn die Spannung einen stationären Zustandswert erreicht hat. Die Abszissenachse stellt eine Zeit t dar, und die Ordinatenachse stellt eine an den Kondensator 23 angelegte Spannung V dar. Wie in 2 gezeigt ist, steigt die an den Kondensator 23 angelegte Spannung ab dem Augenblick allmählich an, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet ist und schließlich einen stationären Zustandswert erreicht hat. Die Zeitkonstante τ₁ stellt eine Zeitspanne bis zu dem Zeitpunkt dar, wenn die Spannung etwa 63,2 Prozent des stationären Zustandswerts erreicht hat. Somit steigt bei der zeitkonstanten Schaltung 4 die an den Kondensator 23 angelegte Spannung sachte an, und daher kann sich eine Zeitspanne, die notwendig ist, bis die Spannung den stationären Zustandswert erreicht hat, entsprechend verlängern. Das heißt, dass bei der zeitkonstanten Schaltung 4 die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung sachte ansteigt und daher eine Zeitspanne, die notwendig ist, bis die Spannung den stationären Zustandswert erreicht hat, länger andauern kann.
In der vorliegenden Ausführungsform besteht die zeitkonstante Schaltung 4 aus einem RC-Glied bzw. der RC-Schaltung, die den Widerstand 22 und den Kondensator 23 verwendet. Demgegenüber kann die zeitkonstante Schaltung 4 aber aus einem RL-Glied bestehen, das einen Widerstand und eine Induktionsspule (nicht gezeigt) verwendet.
Die Entladeeinheit 5 entlädt die in dem Kondensator 23 gespeicherte elektrische Ladung, wenn die an den Leistungszuführanschluss3 angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt. Die Entladeeinheit 5 besteht aus einem pnp-Transistor 27. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Emitter-Anschluss des pnp-Transistors 27 mit dem Knoten des Widerstands 22 und des Kondensators 23 verbunden, und der Kollektor-Anschluss des pnp-Transistors 27 ist geerdet. Darüber hinaus ist der Basis-Anschluss des pnp-Transistors 27 mit dem Leistungszuführanschluss 3 verbunden. Die elektrische Ladung wird in dem Kondensator 23 ab dem Augenblick graduell gespeichert, wenn die Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 eingeschaltet wird. Nach Ablauf einer ausreichend langen Zeitspanne ist die elektrische Ladung vollständig in dem Kondensator 23 gespeichert. Wenn anschließend die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt, nimmt die an den Basis-Anschluss des pnp-Transistors 27 angelegte Spannung ab, und folglich schaltet sich der pnp-Transistor 27 ein. Dann wird die in dem Kondensator 23 gespeicherte elektrische Ladung durch den pnp-Transistor 27 in die Masse entladen. Auf diese Art und Weise kann, wenn die an dem Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung abgeschaltet ist, die in dem Kondensator 23 gespeicherte elektrische Ladung rasch entladen werden.
In den vorstehenden Abschnitten befasste sich die Beschreibung mit den Komponenten der Antennenvorrichtung 1. Dabei ist zu beachten, dass bei der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ein Kondensator 21 zwischen dem Leistungszuführanschluss 3 und der Masse verbunden bzw. geschaltet ist, um den Leistungszuführanschlusses 3 zu entkoppeln. Darüber hinaus ist die Induktionsspule 24, die bei der Resonanzfrequenz der Antenneneinheit 2 eine hohe Impedanz aufweist, zwischen der zeitkonstanten Schaltung 4 und der Antenneneinheit 2 verbunden, so dass an der Antenneneinheit 2 empfangene Funkwellen effizient zu der Empfangsschaltung 6 geleitet werden können.
Anschließend befasst sich die Beschreibung unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 mit dem Vorgang des Schaltens der Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1.
4 ist ein Graph, der eine Veränderung der Resonanzfrequenz ab dem Zeitpunkt, unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet worden ist, bis zu dem Zeitpunkt darstellt, wenn eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen ist. Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt, wie oben beschrieben wurde, nimmt die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung durch die zeitkonstante Schaltung 4 allmählich zu und erreicht schließlich näherungsweise Vcc (V). Unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet worden ist (siehe linken Graphen in 4), ist die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung wie oben beschrieben niedrig, so dass die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 niedrig ist. Die niedrige Resonanzfrequenz wird unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet bzw. aktiviert worden ist mit f_L bezeichnet. Nachdem seit Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung eine relativ zur Zeitkonstante τ₁ ausreichend lange Zeitspanne abgelaufen ist (siehe rechten Graphen in 4), wird die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung auf näherungsweise Vcc (V) erhöht, so dass die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 hoch ist. Die hohe Resonanzfrequenz wird mit f_H bezeichnet, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet ist, eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen ist und im Anschluss daran die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung näherungsweise Vcc (V) erreicht hat. Wie in 4 gezeigt ist, wird unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet worden ist, die Resonanzfrequenz als die niedrige Frequenz f_L bezeichnet. Nachdem seit dem Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen ist, wird anschließend die Resonanzfrequenz als die hohe Frequenz f_H bezeichnet. Während einer Zeitspanne ab dem Zeitpunkt unmittelbar nach dem Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung bis zu dem Zeitpunkt nach Ablauf einer ausreichend langen Zeitspanne, variiert die Resonanzfrequenz kontinuierlich von f_L bis f_H .
Anschließend befasst sich die Beschreibung mit einem Verfahren zur Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 bei der niedrigen Frequenz f_L . Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung sich im Aus-Zustand befindet und wenn im Kondensator 23 der zeitkonstanten Schaltung 4 keine elektrische Ladung gespeichert wird, bezeichnet man diesen Zustand als Initialzustand bzw. Ausgangszustand. Unmittelbar nachdem die Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 aus dem Initialzustand bzw. Ausgangszustand heraus eingeschaltet worden ist, wird die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 als die niedrige Frequenz f_L bezeichnet. Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung fortdauernd eingeschaltet bleibt, wird in dem Kondensator 23 allmählich eine elektrische Ladung gespeichert, wie vorstehend beschrieben wurde. Dann steigt die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung an, und somit kommt es auch zu einer Erhöhung der Resonanzfrequenz. Wenn hierbei, wie vorstehend beschrieben wurde, die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt, wird eine in dem Kondensator 23 gespeicherte elektrische Ladung durch die Entladeeinheit5 rasch entladen, und die Antennenvorrichtung 1 kehrt dann wieder in den Initial- bzw. Ausgangszustand zurück. Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung wieder eingeschaltet bzw. aktiviert wird, wird die Resonanzfrequenz als die niedrige Frequenz f_L bezeichnet. Dementsprechend wechselt die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung immer wieder derart zwischen dem Ein- und Aus-Zustand, dass die Dauer der Ein-Spannung bzw. der aktivierten Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 kurz ist, so dass die niedrige Frequenz f_L aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 im Bereich der niedrigen Frequenz f_L immer wieder erhöht und reduziert. Das heißt, dass zur Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz bei der niedrigen Frequenz f_L die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung immer wieder zwischen dem Ein- und Aus-Zustand umgeschaltet werden kann, so dass die Zeitspanne bzw. Dauer der Ein-Spannung des Leistungszufuhranschlusses kürzer ist als eine vorbestimmte erste Zeitspanne. Hierbei handelt es sich bei der vorbestimmten ersten Zeitspanne bzw. Dauer um eine Zeitspanne, während der die elektrostatische Kapazität C des variablen Kapazitätselements 26 den unmittelbar nach dem Einschalten der Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 vorhandenen Kapazitätswert im Wesentlichen nicht verändert. Die vorbestimmte erste Zeitspanne ist beispielsweise gleich lang oder kürzer als τ₁ /10.
Als nächstes geht die Beschreibung auf ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 bei der hohen Frequenz f_H ein. Wie vorstehend beschrieben, wird nach Ablauf einer ausreichend langen Zeitspanne seit dem Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung eine Spannung von näherungsweise Vcc (V) an das variable Kapazitätselement 26 angelegt und dementsprechend die Resonanzfrequenz dann mit f_H bezeichnet. Um die Resonanzfrequenz auf der hohen Frequenz f_H beizubehalten, ist es lediglich erforderlich, den Zustand aufrechtzuerhalten, in dem die Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 während einer Zeitspanne eingeschaltet ist, deren Dauer ausreichend länger ist als die Zeitkonstante τ₁ .
Um außerdem die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 von der hohen Frequenz f_H auf die niedrige Frequenz f_L zu schalten, ist es lediglich notwendig, dass die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt, wodurch dementsprechend eine in dem Kondensator 23 der zeitkonstanten bzw. zeitinvarianten Schaltung 4 gespeicherte elektrische Ladung rasch durch die Entladeeinheit 5 entladen wird, und dann die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung wieder eingeschaltet wird.
Unter Bezugnahme auf 5 wird nun die Art und Weise des Umschaltens der Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 erläutert. Bei 5 handelt es sich um eine Ansicht, die einen Unterschied der Resonanzfrequenz abhängig von unterschiedlichen Arten des Umschaltens zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der an dem Leistungszuführanschluss angelegten Spannung darstellt. Die Abszissenachse zeigt den Zeitverlauf an, während die Ordinatenachse eine an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung anzeigt. Zu beachten ist dabei, dass die Zeitspanne, während der die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung sich im Ein-Zustand befindet, mit td bezeichnet wird. Wie in 5 gezeigt ist, kann die Antennenvorrichtung 1 Funkwellen der niedrigen Frequenz f_L kontinuierlich empfangen, wenn td ausrechend länger ist als die Zeitkonstante τ₁ der zeitkonstanten bzw. zeitinvarianten Schaltung 4 und wenn zwischen dem Ein -und Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung immer wieder umgeschaltet wird.
Wie in 5 darüber hinaus zu erkennen ist, wechselt die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 1 von der niedrigen Frequenz f_L in die hohe Frequenz f_H und ist die Antennenvorrichtung 1 anschließend in der Lage, Funkwellen der hohen Frequenz f_H kontinuierlich zu empfangen, wenn die Zeitspanne, während der sich die Spannung des Leistungszuführanschlusses 3 im Ein-Zustand befindet, für eine ausreichend lange Zeitspanne fortbesteht, d. h. wenn td ausreichend länger ist als die Zeitkonstante τ₁ .
Wenn außerdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Zustand, in dem die Resonanzfrequenz als die hohe Frequenz f_H bezeichnet wird, abgeschaltet wird, kommt es zur Entladung der in dem Kondensator 23 der zeitkonstanten Schaltung 4 gespeicherten elektrischen Ladung durch die Entladeeinheit 5, wie vorstehend beschrieben wurde. Wie in 5 gezeigt ist, wird die Resonanzfrequenz als die niedrige Frequenz f_L bezeichnet, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung wieder eingeschaltet wird.
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Dabei wird die Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beispielsweise zum Empfangen von Funkwellen in einem an einem Fahrzeug montierten intelligenten Zugangssystem und einem ebensolchen Reifendruckkontrollsystem (RDKS) verwendet. 6 ist eine Ansicht, die die an dem Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung darstellt, wenn die Antennenvorrichtung 1 in dem intelligenten Zugangssystem und dem RDKS verwendet wird.
Von einem Schlüssel, der Funkwellen senden und empfangen kann, sendet das intelligente Zugangssystem Funkwellen zu der in dem Fahrzeug befindlichen Antennenvorrichtung 1, um dadurch eine Fahrzeugtüre zu ver- oder zu entriegeln. Das RDKS sendet hingegen Funkwellen von den an Reifen angebrachten Sensoren an die an dem Fahrzeug angebrachte Antennenvorrichtung 1, um dadurch die Druckinformationen über die Reifen an das Fahrzeug zu senden, während sich das Fahrzeug im Fahrbetrieb befindet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist das bei dem intelligenten Zugangssystem verwendete Funkwellen-Frequenzband eine niedrigere Frequenz auf als das Funkwellen-Frequenzband, das in dem RDKS verwendet wird. Das heißt, dass die Induktivität L_A (H) des Antennenelements 25 und die Kapazität C₀ (F) des variablen Kapazitätselements 26 in der Antennenvorrichtung 1 so eingestellt sind, dass die in dem intelligenten Zugangssystem verwendete Frequenz als die niedrige Frequenz f_L der Antennenvorrichtung 1 bezeichnet wird und die in dem RDKS verwendete Frequenz als die hohe Frequenz f_H der Antennenvorrichtung 1 bezeichnet wird.
Die Empfangsschaltung 6 des intelligenten Zugangssystems muss in der Lage sein, Funkwellen von dem Schlüssel zu empfangen, während der Motor des Fahrzeugs stillsteht. Wenn sich jedoch die an die Empfangsschaltung 6 angelegte Spannung während des Motorstillstands konstant bzw. fortwährend im Ein-Zustand befindet, steigt die Leistungsaufnahme einer Batterie an. Dementsprechend wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Empfangsschaltung 6 in vorbestimmten Zeitintervallen immer wieder ein-/ausgeschaltet, während der Motor des Fahrzeugs stillsteht. Durch Steuern der an die Empfangsschaltung 6 auf diese Weise angelegten Spannung kann die Leistungsaufnahme der Batterie während eines Motorstillstands reduziert werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der Antennenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die an die Empfangsschaltung 6 angelegte Spannung mit der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung gleichgesetzt, und die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung wird der Antenneneinheit 2 durch die zeitkonstante Schaltung 4 zugeführt. Somit kann ohne eine zusätzliche Schaltung zum Steuern des Ein- und Aus-Zustands der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung der Zustand aufrechterhalten werden, in dem die Antennenvorrichtung 1 in der Lage ist, die Funkwellen von dem Schlüssel kontinuierlich zu empfangen.
Wie in 6 gezeigt ist, wird z. B. die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung in Zeitintervallen von 200 ms eingeschaltet, so dass die Antennenvorrichtung 1 vom Schlüssel Funkwellen empfangen kann. Wenn von dem Schlüssel keine Funkwellen gesendet werden, wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung z. B. 15 ms lang eingeschaltet und dann wieder ausgeschaltet. Auf diese Weise können die Funkwellen der in dem intelligenten Zugangssystem verwendeten Frequenz durch wiederholtes, in vorbestimmten Zeitintervallen erfolgendes Schalten zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung empfangen werden. Wenn von dem Schlüssel Funkwellen gesendet werden, wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung beispielsweise 500 ms lang eingeschaltet. Hier ist die Zeitkonstante τ₁ der zeitkonstanten Schaltung 4 so eingestellt, dass sie ausreichend länger ist als die maximale Zeitspanne von dem Zeitpunkt, wenn die Kommunikation bzw. die Datenübertragung mit dem intelligenten Zugangssystem initiiert wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn die Kommunikation bzw. Datenübertragung abgeschlossen ist. Das heißt, dass der Widerstandswert des Widerstands 22 und die elektrostatische Kapazität des Kondensators 23 in der zeitkonstanten Schaltung 4 so eingestellt sind, dass die Zeitkonstante τ₁ ausreichend länger ist als die maximale Zeitspanne der Kommunikation bzw. Datenübertragung, die in dem intelligenten Zugangssystem stattfindet. So kann τ₁ beispielsweise auf 10 (sec) eingestellt werden.
Wenn anschließend der Motor des Fahrzeugs gestartet wird (wenn die Zündung eingeschaltet wird), wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet und dann der Zustand der Ein-Spannung bzw. der aktivierten Spannung aufrechterhalten. Ist seit dem Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung eine ausreichend lange Zeitspanne verstrichen ist (z. B. wenn eine Minute verstrichen ist), schwingt die Antennenvorrichtung 1 mit der hohen Frequenz f_H und ist zudem in der Lage, Funkwellen zu empfangen, die in dem RDKS verwendet werden. Weil das RDKS die Druckinformationen über die Reifen während des Fahrzeugfahrbetrieb regelmäßig kontrollieren bzw. überwachen muss, wird der Ein-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung beibehalten. Dabei ist zu beachten, dass, da das Fahrzeug sich im Fahrbetrieb befindet, die Leistungsaufnahme der Batterie in diesem Fall nicht in Betracht gezogen werden muss. Danach wird bei Stillstand des Fahrzeugmotors (wenn die Zündung ausgeschaltet ist) die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung ausgeschaltet, und anschließend wird immer wieder zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung geschaltet. Somit ist die Antennenvorrichtung 1 in der Lage, die niedrige Frequenz f_L zu empfangen. Zudem ist zu beachten, dass die Antennenvorrichtung 1 nicht in der Lage ist, sowohl hochfrequente als auch niederfrequente Funkwellen gleichzeitig zu empfangen; jedoch spielt dies bei dem vorliegenden Anwendungsbeispiel keine Rolle. Grund dafür ist, dass das intelligente Zugangssystem Funkwellen empfangen muss, wenn der Motor stillsteht, wohingegen das RDKS Funkwellen empfangen muss, wenn sich das Fahrzeug im Fahrbetrieb befindet.
Die Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann genauso wie vorstehend beschrieben als eine in einem Fahrzeug befindliche Antennenvorrichtung verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die beiden Arten von Funkwellen, die die Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform empfangen kann, nicht auf die Funkwellen begrenzt sind, die in dem intelligenten Zugangssystem und dem RDKS verwendet werden. Darüber hinaus wird die Antennenvorrichtung 1 nicht nur in der in dem Fahrzeug befindlichen Antennenvorrichtung verwendet, sondern sie kann natürlich auch für andere Anwendungszwecke verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass es ebenso zulässig ist, wenn die Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform keine Entladeeinheit 5 beinhaltet. Weil die in dem Kondensator 23 der zeitkonstanten Schaltung 4 gespeicherte elektrische Ladung nicht rasch entladen werden kann, wird jedoch in diesem Fall die elektrische Ladung kontinuierlich in den Kondensator 23 gespeichert, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung immer wieder in kurzen Intervallen ein-/ausgeschaltet wird. Um die Resonanzfrequenz auf f_L einzustellen, muss aus diesem Grund abgewartet werden, bis sich die in dem Kondensator 23 gespeicherte Ladung im Laufe der Zeit entladen hat. Um die Resonanzfrequenz von der hohen Frequenz f_H auf die niedrige Frequenz f_L zu schalten, ist es ebenso notwendig, dass die in dem Kondensator 23 gespeicherte elektrische Ladung im Laufe der Zeit entladen wird, nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung ausgeschaltet worden ist, und dann die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung erneut eingeschaltet wird.
Darüber hinaus kann es sich bei der Spannungsleistungsquelle, die dem Leistungszufiihranschluss 3 eine Spannung zuführt, um eine andere Leistungsquelle handeln als die in dem Fahrzeug befindliche Batterie. Zudem wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung mit der an die Empfangsschaltung 6 angelegten Spannung gemäß der ersten Ausführungsform gleichgesetzt. Demgegenüber können diese Spannungen auch voneinander verschieden sein. Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung sich von der an die Empfangsschaltung 6 angelegten Spannung unterscheidet, wird der Ein- und Aus-Zustand von jeweils der an die Empfangsschaltung 6 und der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung separat gesteuert. Selbst wenn die an den Leistungszufiihranschluss 3 angelegte Spannung ausgeschaltet wird, können Funkwellen der niedrigen Frequenz f_L empfangen werden, wenn die an die Empfangsschaltung 6 angelegte Spannung eingeschaltet wird.
Anschließend erfolgt die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. 7 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Die Antennenvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform dahingehend, dass die zeitkonstante Schaltung 4 durch eine zeitkonstante Schaltung 40 ersetzt worden ist, wie in 7 gezeigt ist, und dass die anderen Bauteile aber ähnlich wie in der ersten Ausführungsform konfiguriert sind. Daher sind hier Komponenten, die mit jenen der Antennenvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform identisch sind, mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet, und auf eine entsprechende Beschreibung derselben wird daher verzichtet.
Wie in 7 gezeigt ist, beinhaltet in der Antennenvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform ferner die zeitkonstante Schaltung 40 zumindest einen Widerstand 28, der mit dem Kondensator 23 parallel geschaltet ist. Wie in 7 gezeigt ist, ist das eine Ende des Widerstands 28 mit dem Knoten des Kondensators 23 und des Widerstands 22 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 28 ist geerdet. Die Antennenvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet den Widerstand 28 deshalb, um dadurch die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung Vcc (V) zu teilen. Dementsprechend kann die an das variable Kapazitätselement 26 angelegte Spannung auf einen ausgewählten Wert eingestellt werden, und daher ist ein selektives Einstellen der Resonanzfrequenz möglich.
Es ist zu beachten, dass der Widerstandswert des Widerstands 28 mit R₂ (Ω), der Widerstandswert des Widerstands 22 mit R₁ (Ω) und die elektrostatische Kapazität des Kondensators 23 mit C₁ (F) bezeichnet werden. Die Zeitkonstante τ₂ (sec) der so konfigurierten zeitkonstanten Schaltung 4 wird anhand des nachstehenden Ausdrucks berechnet. $τ_{2} = R_{1} \cdot R_{2} \cdot C_{1} / (R_{1} + R_{2})$
Die Spannung Vcc (V) wird an den Leistungszuführanschluss 3 angelegt, und nach einer Zeitspanne, die ausreichend länger ist als die Zeitkonstante τ₂ , ergibt eine Spannung Vn (V), die an das variable Kapazitätselement 26 angelegt wird, folgendes. $Vn = R_{2} \cdot Vcc/ (R_{1} + R_{2})$
Hier handelt es sich bei der elektrostatischen Kapazität des variablen Kapazitätselements 26 um einen Wert Cn (F), der der Spannung Vn entspricht. In diesem Fall wird die Resonanzfrequenz fn der Antennenvorrichtung 10 wie folgt ausgedrückt. $fn = 1 / {2 π {(L_{A} \cdot Cn)}^{1 / 2}}$
Somit variiert die Resonanzfrequenz der Antennenvorrichtung 10 entsprechend dem Widerstandswert R2 des Widerstands 28.
Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem Widerstand 28 die Resonanzfrequenz fn selektiv eingestellt werden. Im Fall der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind die hohen und niedrigen Resonanzfrequenzen von der Wahl des Antennenelements 25 und des variablen Kapazitätselements 26 abhängig. In der Antennenvorrichtung 10 gemäß der zweiten Ausführungsform kann mit dem Widerstand 28 hingegen eine gewünschte Resonanzfrequenz fn erhalten werden. Das heißt, selbst wenn die Charakteristik des Antennenelements 25 und des variablen Kapazitätselements 26 nicht eingestellt bzw. angepasst sind, können die Resonanzfrequenzen durch Einstellen bzw. Anpassen des Widerstandswert des Widerstands 28 ohne Weiteres eingestellt werden.
Zudem können die beiden Resonanzfrequenzen durch Verwendung eines variablen Widerstands als der Widerstand 28 variiert werden. Der variable Widerstand kann manuell variiert oder zwischen vorbestimmten Werten automatisch umgeschaltet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zu beachten, dass ein Widerstand 28 mit dem Kondensator 23 parallel verbunden ist; stattdessen kann jedoch auch eine Mehrzahl von Widerständen mit dem Kondensator 23 parallel verbunden sein.
Als nächstes folgt die Beschreibung einer dritten Ausführungsform. 8 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform darstellt.
Wie in 8 gezeigt ist beinhaltet die Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform ein Antennenelement 30, ein Schaltelement 29, einen Leistungszuführanschluss 3, eine zeitkonstante Schaltung 4 und eine Entladeeinheit 5. Die Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, dahingehend, dass das Antennenelement 25 und das variable Kapazitätselement 26 jeweils ausgetauscht worden sein. Genauer gesagt heißt das, dass das Antennenelement 25 durch das Antennenelement 30 ersetzt worden ist, und dass das variable Kapazitätselement 26 durch das Schaltelement 29 ersetzt wird. Die anderen Komponenten sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform konfiguriert, so dass zur Bezeichnung von Komponenten, die mit jenen der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform identisch sind, identische Bezugszeichen verwendet werden, und die entsprechende Beschreibung derselben daher vereinfacht wiedergegeben wird.
Wie in 8 gezeigt ist, handelt es sich bei der Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform bei dem Antennenelement 30 um ein Half-Loop-Antennenelement. Das Schaltelement 29 ist mit einem Ende des Antennenelements 30 verbunden.
Es ist zu beachten, dass ein Kapazitätselement (nicht gezeigt) außerdem auch mit dem Schaltelement 29 parallel geschaltet sein kann, um mit dem Antennenelement 30 zu schwingen. Zudem kann eine Induktionsspule (nicht gezeigt) ebenfalls mit dem Schaltelement 29 parallel geschaltet sein, um mit dem Antennenelement 30 zu schwingen.
Das Schaltelement 29 gibt unmittelbar nach dem Wechsel der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung aus einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand keine hohe Frequenz frei, und gibt eine hohe Frequenz erst frei, wenn eine Zeitspanne verstrichen ist, die länger als die Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung 4 ist. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das Schaltelement 29 aus einer PIN-Diode oder eine Schaltdiode. Die Anode des Schaltelements 29 ist mit einem Ende des Schaltelements 30 verbunden, und die Kathode des Schaltelements 29 ist geerdet.
Das so verbundene bzw. geschaltete Schaltelement 29 weist eine hohe Impedanz auf und wird ausgeschaltet, wenn keine Spannung angelegt ist und ein Ende des Antennenelements 30 sich in einem im Wesentlichen offenen Zustand befindet. In diesem Fall arbeitet das Antennenelement 30 als eine Antenne mit einer Richtwirkung bzw. Richtcharakteristik, die der einer invertierten F-Antenne ähnlich ist, deren eines Ende offen ist. Dabei ist zu beachten, dass, wie in 8 gezeigt ist, in der vorliegenden Ausführungsform das andere Ende des Antennenelements 30 geerdet ist; demgegenüber muss aber das andere Ende des Antennenelements 30 nicht geerdet sein. Wenn das andere Ende des Antennenelements 30 nicht geerdet ist und das eine Ende des Antennenelements 30 im Wesentlichen offen ist, wird aus dem Antennenelement 30 eine invertierte L-Antenne.
Wenn hingegen eine Spannung an das Schaltelement 29 angelegt ist, weist das Schaltelement 29 eine niedrige Impedanz auf und befindet sich in dem Ein-Zustand, so dass ein Ende des Antennenelements 30 sich in einem im Wesentlichen geerdeten Zustand befindet. In diesem Fall erzeugt das Antennenelement 30 in Bezug auf eine Grundplatte eine Spiegelbildantenne und fungiert als eine Antenne mit einer Richtcharakteristik, die der einer Rahmenantenne ähnlich ist.
Der Leistungszuführanschluss 3 führt eine Spannung zu, die an das Schaltelement 29 angelegt wird. Genauso wie in der ersten Ausführungsform wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung mit der an der Empfangsschaltung 6 angelegten Spannung gleichgesetzt, und es wird zwischen einem Ein -und Aus-Zustand der Spannung hin- und hergeschaltet.
Die zeitkonstante Schaltung 4 erhöht allmählich eine an das Schaltelement 29 angelegte Spannung, wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. In der dritten Ausführungsform wird das variable Kapazitätselement 26 gemäß der ersten Ausführungsform durch das Schaltelement 29 ausgetauscht. Konfiguration und der Betrieb der zeitkonstanten Schaltung 4 sind mit jenen der zeitkonstanten Schaltung 4 der Antennenvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform identisch, so dass von einer entsprechenden Beschreibung abzusehen ist. Weiterhin ist zu beachten, dass die Zeitkonstante der zeitkonstanten Schaltung 4 mit τ₃ bezeichnet wird.
Als nächstes wird ein Schaltvorgang der Antennencharakteristik (Richtcharakteristik der Antenne) durch Schalten zwischen dem Ein- und Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung beschrieben.
Wenn die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet bzw. aktiviert wird, wird die an das Schaltelement 29 angelegte Spannung durch die zeitkonstante Schaltung 4 allmählich erhöht. Unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung eingeschaltet bzw. aktiviert worden ist, ist die an das Schaltelement 29 angelegte Spannung niedrig, und dementsprechend befindet sich das Schaltelement 2 im AUS-Zustand. Daher ist ein Ende des Antennenelements 30 im Wesentlichen offen, und die Antennenvorrichtung 11 weist die Antennencharakteristik einer invertierten F-Antenne auf. Zur Aufrechterhaltung der Antennencharakteristik der Antennenvorrichtung 11 als die Antennencharakteristik der invertieren F-Antenne ist es lediglich notwendig, immer wieder zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 2 angelegten Spannung zu schalten, so dass die Zeitspanne, während der die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung sich im Ein-Zustand befindet, kürzer ist als eine vorbestimmte zweite Zeitspanne. Bei der vorbestimmten zweiten Zeitspanne handelt es sich um eine Zeitspanne, während der eine hohe Impedanz des Schaltelements 29 sich im Wesentlichen nicht verändert. Die vorbestimmte zweite Zeitspanne ist z. B. genauso lang oder kürzer als etwa τ₃/10.
Wenn hingegen eine ausreichend lange Zeitspanne seit dem Einschalten der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung verstrichen ist, entspricht die an das Schaltelement 29 angelegte Spannung näherungsweise Vcc, und somit wird das Schaltelement 29 eingeschaltet. Das eine Ende des Antennenelements 30 ist im Wesentlichen geerdet, und die Antennenvorrichtung 11 weist somit die Antennencharakteristik einer Rahmenantenne auf. Zur Aufrechterhaltung der Antennencharakteristik der Antennenvorrichtung 11 als die Antennencharakteristik der Rahmenantenne, ist es lediglich erforderlich, die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung während einer Zeitspanne im Ein-Zustand zu halten, die ausreichend länger ist als die Zeitkonstante τ₃ .
Um die Antennencharakteristik der Rahmenantenne auf die Antennencharakteristik der invertierten F-Antenne zu schalten, ist es lediglich notwendig, die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung abzuschalten, wodurch sich die in dem Kondensator 23 der zeitkonstanten Schaltung 4 gespeicherte elektrische Ladung rasch durch die Entladeeinheit 5 entlädt, und dann die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung wieder einzuschalten.
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel der Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform beschrieben. Die Antennevorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform wird beispielsweise in einem an einem Fahrzeug montierten intelligenten Zugangssystem und einem ebensolchen RDKS verwendet.
In dem intelligenten Zugangssystem ist es wünschenswert, Funkwellen von einem Schlüssel empfangen zu können, der sich an einer ausgewählten Position in Entfernung von dem Fahrzeug befindet. Aus diesem Grund handelt es sich bei einer Antenne, die in dem intelligenten Zugangssystem verwendet wird, wünschenswerterweise um eine ungerichtete bzw. isotrope Antenne. Wenn die Antennenvorrichtung 11 somit wie vorstehend beschrieben in dem intelligenten Zugangssystem verwendet wird, wird immer wieder in kurzen Zeitintervallen zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss 3 angelegten Spannung umgeschaltet, so dass die Antennencharakteristik einer invertierten F-Antenne erhalten wird.
In dem RDKS ist es hingegen notwendig, Funkwellen von an Reifen befestigten Sensoren zu empfangen. Aus diesem Grund ist eine in dem RDKS verwendete Antenne wünschenswerterweise in der Lage, Funkwellen aus spezifischen Richtungen zu empfangen. Wenn somit die Antennenvorrichtung 11 in dem RDKS verwendet wird, wie oben beschrieben wurde, wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung im Ein-Zustand gehalten, so dass die Antennencharakteristik einer Rahmenantenne erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben wird die Antennenvorrichtung 11 gemäß der dritten Ausführungsform in dem an dem Fahrzeug montierten intelligenten Zugangssystem und dem ebensolchen RDKS verwendet. Dabei ist zu beachten, dass die Anwendung der Antennenvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf das vorstehend beschriebene intelligente Zugangssystem und das RDKS begrenzt ist; sondern dass sie demgegenüber auch in verschiedenen Systemen, die zwei unterschiedliche Antennencharakteristika voraussetzen, verwendet werden kann. Darüber hinaus ist die Anwendung der Antennenvorrichtung 11 nicht auf die in dem Fahrzeug befindliche Antennenvorrichtung begrenzt; sondern kann stattdessen auch für andere Anwendungszwecke verwendet werden.
Es ist zu beachten, dass es ebenso zulässig ist, wenn die Antennenvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform die Entladeeinheit 5 genauso wie in der ersten Ausführungsform nicht beinhaltet.
Darüber hinaus kann genauso wie in der ersten Ausführungsform die Spannungsleistungsquelle, die dem Leistungszuführanschluss 3 eine Spannung zuführt, eine andere Leistungsquelle sein als die im Fah25.13rzeug befindliche Batterie. Zudem wird die an den Leistungszuführanschluss 3 angelegte Spannung mit der an die Empfangsschaltung 6 angelegten Spannung in der dritten Ausführungsform gleichgesetzt. Demgegenüber können sich diese Spannungen auch voneinander unterscheiden.
Zu beachten ist außerdem, dass die Antennenvorrichtungen gemäß dne vorstehenden Ausführungsformen auf eine Empfangs-Antennenvorrichtung bezogen sind; stattdessen kann auch jede der Antennenvorrichtungen in eine Sende-Antennenvorrichtung umgewandelt werden. So kann z. B. durch Verändern der Empfangsschaltung 6 in eine Sendeschaltung (nicht gezeigt) die Empfangs-Antennenvorrichtung in eine Sende-Antennenvorrichtung verwandelt werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß den Ausführungsformen der Erfindung eine Antennenvorrichtung geschaffen werden, die die Resonanzfrequenz oder Antennencharakteristik einer Antenne mit einer einfachen Spannungssteuerung verändert. Die Antennenvorrichtung kann z. B. als eine an einem Fahrzeug montierte Antennenvorrichtung verwendet werden.

Claims

Antennenvorrichtung (1, 10), die zumindest entweder Funkwellen in einem ersten Frequenzband oder Funkwellen in einem zweiten Frequenzband, das eine niedrigere Frequenz aufweist als das erste Frequenzband, sendet oder Funkwellen in dem ersten Frequenzband oder Funkwellen in dem zweiten Frequenzband empfängt, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Antenneneinheit (2), die ein Antennenelement (25) und ein variables Kapazitätselement (26) beinhaltet, dessen Kapazität gemäß einer an das variable Kapazitätselement (26) angelegten Spannung variabel ist, wobei die Antenneneinheit (2) derart schwingt, dass das Antennenelement (25) und das variable Kapazitätselement (26) miteinander kooperieren; einen Leistungszuführanschluss (3), der die an das variable Kapazitätselement (26) angelegte Spannung zuführt; und eine Schaltung (4, 40) mit einer Zeitkonstante (τ₁, τ₂), wobei die Schaltung (4, 40) die an das variable Kapazitätselement (26) angelegte Spannung allmählich erhöht, wenn eine an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung aus einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand wechselt, wobei die Schaltung (4, 40) einen Widerstand (22) und einen Kondensator (23) beinhaltet, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein Ende von jeweils dem Widerstand (22) und dem Kondensator (23) mit einem Knoten des variablen Kapazitätselements (26) und des Antennenelements (25) verbunden ist, wobei das andere Ende des Kondensators (23) geerdet ist, und das andere Ende des Widerstands (22) mit dem Leistungszuführanschluss (3) verbunden ist, wobei unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführungsanschluss (3) angelegte Spannung (V_cc) von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand gewechselt ist, für eine erste Zeitspanne, die kleiner ist als die Zeitkonstante τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), Funkwellen in dem zweiten Frequenzband gesendet oder empfangen werden und Funkwellen in dem ersten Frequenzband gesendet oder empfangen werden, wenn eine zweite Zeitspanne verstrichen ist, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (4, 40) weiterhin eine Entladeeinheit (5) aufweist, die eine in dem Kondensator (23) gespeicherte elektrische Ladung entlädt, wenn die an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt.
Antennenvorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, wobei die Entladeeinheit (5) einen PNP-Transistor (27) beinhaltet, wobei ein Basis-Anschluss des PNP-Transistors (27) mit dem Leistungszuführanschluss (3) verbunden ist, ein Emitter-Anschluss des PNP-Transistors (27) mit einem Knoten des Kondensators (23) und des Widerstands (22) verbunden ist, und ein Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors (27) geerdet ist.
Antennenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Schaltung (40) ferner zumindest einen Widerstand (28) beinhaltet, der mit dem Kondensator (23) parallel verbunden ist.
Antennenvorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Sendeschaltung oder eine Empfangsschaltung (6), die mit der Antenneneinheit (2) verbunden ist, wobei die an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung gleich einer Spannung ist, die an die Sendeschaltung oder die Empfangsschaltung (6) angelegt ist.
Antennenvorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das variable Kapazitätselement (26) eine Abstimmdiode ist.
Verfahren zum Betätigen der Antennenvorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, beinhaltend den Schritt des wiederholten Umschaltens zwischen dem Ein- und dem Aus-Zustand der an den Leistungszuführanschluss (3) angelegten Spannung, sodass die Zeitspanne, während der die an den Leistungszuführungsanschluss (3) angelegte Spannung sich im Ein-Zustand befindet kürzer ist als die Zeitkonstante (τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), um die Funkwellen in dem zweiten Frequenzband kontinuierlich zu senden oder zu empfangen.
Verfahren zum Betätigen der Antennenvorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, beinhaltend den Schritt des Ausübens des Ein-Zustands der Spannung auf den Leistungszuführanschluss (3) für eine Zeitspanne, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), um die Funkwellen in dem ersten Frequenzband kontinuierlich zu senden oder zu empfangen.
Verfahren zum Betätigen der Antennenvorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, beinhaltend den Schritt des Ausübens des Ein-Zustands der Spannung auf den Leistungszuführanschluss (3) für eine Zeitspanne, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₁, τ₂) der Schaltung (4, 40), um die Funkwellen in dem ersten Frequenzband zu senden oder zu empfangen, und des Abschaltens der an den Leistungszuführanschluss (3) angelegten Spannung aus dem Ein-Zustand und des Einschaltens derselben, um die Funkwellen erneut in dem zweiten Frequenzband zu senden oder zu empfangen.
Antennenvorrichtung (11), wobei sie aufweist: ein Antennenelement (30); ein Schaltelement (29), das zwischen einem Ende des Antennenelements (30) und Masse verbunden ist; einen Leistungszuführanschluss (3), der die an das Schaltelement (29) angelegte Spannung zuführt; und eine Schaltung (4) mit einer Zeitkonstante (τ₃), wobei die Schaltung (4) die an das Schaltelement (29) angelegte Spannung allmählich erhöht, wenn eine an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand wechselt, wobei die Schaltung (4) einen Widerstand (22) und einen Kondensator (23) beinhaltet, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein Ende von jeweils dem Widerstand (22) und dem Kondensator (23) mit einem Knoten des Schaltelements (29) und des Antennenelements (30) verbunden ist, wobei das andere Ende des Kondensators (23) geerdet ist, und das andere Ende des Widerstands (22) mit dem Leistungszuführanschluss (3) verbunden ist, und wobei das Schaltelement (29), unmittelbar nachdem die an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung von dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand gewechselt ist, für eine erste Zeitspanne, die kürzer ist als die Zeitkonstante (τ₃) der Schaltung (4), eine hohe Frequenz blockiert und die hohe Frequenz freigibt, wenn eine zweite Zeitspanne verstrichen ist, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₃) der Schaltung (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (4) weiterhin eine Entladeeinheit (5) aufweist, die eine in dem Kondensator (23) gespeicherte elektrische Ladung entlädt, wenn die an den Leistungszuführanschluss (3) angelegte Spannung aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt.
Antennenvorrichtung (11) nach Anspruch 9, wobei es sich bei dem Antennenelement (30) um ein Half-Loop-Antennenelement handelt.
Antennenvorrichtung (11) nach Anspruch 9, wobei die Entladeeinheit (5) einen PNP-Transistor (27) beinhaltet, ein Basis-Anschluss des PNP-Transistors (27) mit dem Leistungszuführanschluss (3) verbunden ist, ein Emitter-Anschluss des PNP-Transistors (27) mit einem Knoten des Kondensators (23) und des Widerstands (22) verbunden ist, und ein Kollektor-Anschluss des PNP-Transistors (27) geerdet ist.
Antennenvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei es sich bei dem Schaltelement (29) um eine PIN-Diode handelt.
Antennenvorrichtung (11) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei es sich bei dem Schaltelement (29) um eine Schaltdiode handelt.
Verfahren zum Betätigen der Antennenvorrichtung (11) nach Anspruch 10, beinhaltend den Schritt des wiederholten Umschaltens der an den Leistungszuführanschluss (3) angelegten Spannung zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand, sodass die Zeitspanne, während der die an den Leistungszuführungsanschluss (3) angelegte Spannung sich im Ein-Zustand befindet kürzer ist als die Zeitkonstante (τ₃) der Schaltung (4), wenn die Antennencharakteristik einer invertierten L-Antenne oder einer invertierten F-Antenne benötigt wird.
Verfahren zum Betätigen der Antennenvorrichtung (11) nach Anspruch 10, beinhaltend den Schritt des kontinuierlichen Einschaltens der an den Leistungszuführanschluss (3) angelegten Spannung für eine Zeitspanne, die länger ist als die Zeitkonstante (τ₃) der Schaltung (4), wenn die Antennencharakteristik einer Rahmenantenne benötigt wird.