JP2004505584A - 統合された受信器モジュールおよびトランスポンダモジュール - Google Patents

Abstract

車両ナビゲーション受信器モジュールがナビゲーション無線信号を受信するための第１のプレーナ型アンテナ（１２）と、該アンテナ（１２）に接続された信号処理回路（２）とを有する。さらにテレマティック無線信号用の第２のアンテナ（９）が前記第１のプレーナ型アンテナ（１２）と部分的に重なって配置されており、かつ第２の信号処理回路（３）に接続されている。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、ナビゲーション無線信号を受信するための第１のプレーナ型アンテナと、該アンテナに接続された信号処理回路とを有する車両ナビゲーション受信器モジュールに関する。この種の受信器モジュールは例えば、ＧＰＳナビゲーション無線信号を受信するために公知である。
【０００２】
自動車で使用される無線サービスの数はますます増大しており、これらサービスにより使用される無線周波数のスペクトルも拡大されている。サービスの周波数が異なれば、異なる構造形式および寸法のアンテナが必要であり、それらを車両に取り付けることがますます問題となっている。
【０００３】
ナビゲーション無線サービスＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）は１．５７５４２ＧＨｚの周波数で動作する。このサービスの信号を受信するために、通常はアクティブ・パッチアンテナ、正確に言えば遠隔給電されるローノイズ増幅器を備えるマイクロストリップアンテナが使用される。このような受信器モジュールはスペースを節約して、車両外板の領域に配置することができる。無線信号を評価し、位置情報を検出する本来のＧＰＳ受信器はこのモジュールに、比較的長いケーブルを介して接続することができ、従って車両の任意の個所に取り付けることができる。
【０００４】
車両で使用するためのテレマティックサービスとして、ＤＳＲＣシステム（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｒｏａｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｔｅｌｅｍａｔｉｃｓ）が公知である。これは５．８ＧＨｚの周波数で動作する。これは例えば自動検出ないし有料道路料金の電子装置に使用される。
【０００５】
ＤＳＲＣトランスポンダ、いわゆるＯＢＵ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｕｎｉｔｓ）は現在のところもっぱら後付機器であり、自動車の車内のフロントウインドウに取り付けられる。フロントウインドウを通した自由な視線を妨げないようにするため、このトランスポンダは通常、フロントウインドウの上部領域のバックミラーにより隠される領域に取り付けられる。この領域はとりわけ小さく、周波数が異なる複数の無線サービスに対するアンテナを収容するには適さない。しかし自動車の他の個所でも、アンテナを取り付ける可能性は制限ている。なぜなら、車両の金属外板より可能に取り付けることは最初から除外されるからである。
【０００６】
発明の利点
本発明により、車両ナビゲーション無線サービスおよびテレマティック無線サービスを、アンテナを車両表面に取り付けるために使用できるスペースを経済的に活用して使用することができる。
【０００７】
この目的は本発明により、テレマティック無線サービスを受信するための第２のプレーナ型アンテナが少なくとも部分的に第１のアンテナと重なるように配置されており、第２の信号処理回路に接続されるように構成して解決される。アンテナおよび所属の信号処理回路は１つの組み合わされたモジュールに統合され、車両におけるそのスペース需要は個々のアンテナのそれぞれのスペース需要よりも大きくないか、または僅かしか大きくない。
【０００８】
有利には２つのプレーナ型アンテナ、とりわけマイクロストリップアンテナはパッチを有し、このパッチは相互に第１の誘電体により分離され、共通のアース面からは第２の誘電体により分離されている。ここで誘電体の誘電率は異なるように選択されており、比較的高い周波数の無線信号に対するパッチは誘電率の比較的小さなパッチに当接し、比較的低い周波数の無線信号に対するパッチは誘電率の比較的大きいパッチに当接する。
【０００９】
従来のマイクロストリップアンテナでは、共振周波数が一方ではマイクロストリップアンテナ自体の寸法により、他方ではマイクロストリップアンテナを対向するアース面から分離する材料の誘電率により決められている。この誘電率が高ければ高いほど、共振周波数が同じ場合にはマイクロストリップアンテナを小さくすることができる。誘電体をアンテナに提案されたように配属することにより、低周波信号に対して定められたアンテナの寸法を低減することができ、それぞれ他方のアンテナに接近させることができる。このことにより最終的にアンテナ装置のとりわけ小型の構造が達成される。
【００１０】
簡単な製造のためには、第２のアンテナのパッチを平行な面に配置すると有利である。
【００１１】
関与する無線サービスと２つのアンテナの動作周波数が異なるので、処理回路を共通の線路によりパッチと接続することができる。
【００１２】
しかし異なる無線サービスの信号間でクロストークが生じるのを回避するため、各パッチを所属の処理回路と、固有の線路によって接続するのが有利である。
【００１３】
このことはとりわけ簡単に、２つのパッチの外側の線路を、他方のパッチの外側とアース面とに間にある開口部を通して案内することにより行われる。
【００１４】
従って特に有利な構成では、２つのプレーナ型アンテナがそれぞれ異なる主ビーム方向を有する。主ビーム方向が異なることにより、２つの無線信号のそれぞれの適用状況が考慮される。ＧＰＳ無線信号は平均して天頂方向から到来するのに対し、テレマティック信号は通常、車両の走行方向を中心にする角度領域から変化する仰角を以て受信される。従ってナビゲーション信号に対して定められたアンテナを車両の走行方向に対して垂直に、またこれに対してテレマティック信号に対するアンテナをより車両の走行方向に向くように配向するのが有利である。
【００１５】
このような相違は簡単に次のようにして達成される。すなわち、２つのアンテナのパッチの、アース面に投影される面重心が相互にずれるようにするのである。
【００１６】
主ビーム方向の所望の配向を達成するために、取り付け状態を次のように配向すると有利である。すなわち、投影された面重心の接続線が実質的にアース面のもっとも勾配の強い方向に延在するように配向すると有利である。言い替えると、パッチの配向は、その表面がナビゲーション信号とテレマティック信号の予想される平均的入射方向の間にあるようにするのである。
【００１７】
さらにテレマティック信号に配属された第２のプレーナ型アンテナのパッチが、第１のプレーナ型アンテナのパッチとアース面との間の面に配置されると有利である。このことにより遠く離れた衛星から制限された送信出力で送信されるナビゲーション信号の受信が、テレマティック無線信号用のアンテナによって損なわれることが回避される。この信号を第１のプレーナ型アンテナにより受信した場合の減衰は十分に許容される程度に改善される。なぜなら通常のテレマティック使用の場合、車両はテレマティック無線信号の送信器を近距離で通過するからである。従ってテレマティック無線信号はいずれにしろ高いダイナミックスを以て受信され、場合により受信レベルが不足しても僅かに送信出力を増大することによって、ナビゲーション無線信号の場合よりも格段に容易に調整することができる。
【００１８】
モジュールを自動車電子回路の接続するために、有利には共通の接続器を用いる。この接続器を介してナビゲーション信号およびテレマティック信号が異なる周波数領域で伝送される。このことにより、テレマティック信号とナビゲーション信号の統合処理、例えばナビゲーションシステムのデータに基づく通行料金計算が簡単になる。
【００１９】
テレマティック無線信号の処理回路を送信動作と受信動作との間で切り替えるための制御信号は有利には別の周波数領域で、この接続器を介して供給される。
【００２０】
さらに外部から接続器に印加される信号の直流電圧成分は、モジュールの信号処理回路のエネルギー供給に適する。
【００２１】
これらの信号はすべて個別の同軸ケーブルを介して快適に供給することができる。従って接続器は有利には同軸接続器として構成される。
【００２２】
本発明のさらなる特徴および利点は、図面を参照した以下の実施例の説明から明かとなる。
【００２３】
図面
図１は、本発明により組み合わされたＧＰＳ受信器ＲＳＲＣトランスポンダの概略的断面図である。
【００２４】
図２は、有利な実施例にしたがって車両に取り付けられたモジュールの同様の断面図である。
【００２５】
図３は、アナログ出力信号を送出するモジュールの機能要素のブロック回路図である。
【００２６】
図４は、図３のモジュールの出力信号の周波数スペクトル図である。
【００２７】
図５は、デジタル出力信号を送出するモジュールのブロック回路図である。
【００２８】
実施例の説明
図１に示された受信器／トランスポンダモジュールは導体路基板１を有し、この導体路基板は図で下方の側に、ＧＰＳ無線信号ないしＤＳＲＣ無線信号に対する信号処理回路２，３を有する。これらの信号処理回路２，３はそれぞれ受信信号の前置増幅器として、およびＤＳＲＣ信号の場合はベースバンドへの変換器として機能する。従って信号処理回路２，３は実質的に単に受信信号を処理するために用いられる。このとき受信信号は相互に影響することもなく、共通のケーブルを介して最終処理回路（これは本発明の対象ではなく、図示されていない）に伝送される際に障害的に減衰されることもない。このような形式の前処理された信号を導くための差し込み接続器５がモジュールのケーシング４に設けられている。
【００２９】
導体路基板１の信号処理回路２，３とは反対側に金属アース面６が設けられている。この金属アース面は導体路基板を、２つの開口部７を除いて実質的に全長にわたって覆っている。
【００３０】
アース面６には誘電材料からなる第１のプレート８が固定されており、この第１のプレートはアース面６の反対側の表面に第１のパッチ１３を支持する。この第１のパッチはアース面６および誘電体８と共に第１のプレーナ型アンテナ、正確に言えばマイクロストリップアンテナ９を形成する。第１のパッチ１３は、アース面６の開口部７の１つを通って延在する供給線１０を介して受信信号を信号処理回路３に送出する。または信号処理回路３がテレマティック無線信号に対するトランスポンダの一部である場合には、パッチ１３は選択的に受信信号を送出するか、またはパッチには信号処理回路３から相応の応答信号が供給される。
【００３１】
第１のマイクロストリップアンテナ９は、誘電材料からなる第２のプレート１１により覆われている。この第２のプレート１１の外側には第２のパッチ１４が配置されている。この第２のパッチは、アース面の第２開口部７と第１のパッチ１３の相応の開口部を通って延在する供給線路を介して前処理回路２と接続されている。前処理回路は、アース面６および誘電体８，１１と共に第２のプレーナ型アンテナ、ないしマイクロストリップアンテナ１２を形成する。
【００３２】
ここに図示した実施例では、第２のマイクロストリップアンテナ１２は周波数１．５７５４２ＧＨｚのＧＰＳ信号を受信するために設けられており、一方、そのパッチ１３がアース面に近接するアンテナ９は約５．８ＧＨｚのＤＳＲＣ無線信号の送受信に用いられる。第２の誘電プレート１１の誘電率を、第１のプレート８の誘電率よりも格段に高く選択することにより、第１のアンテナの寸法が第２のアンテナの寸法よりも大きくても２つのアンテナがそれぞれそれらの受信のために設けられた周波数で共振するようになる。この構成の利点は、第２のアンテナ１２がＧＰＳ信号信号に実質的に直接されされており、その間に減衰性の素子が存在しないことである。これに対して、第１のアンテナ８により送受信されるＤＳＲＣ無線信号のある程度の減衰は比較的容易に許容することができる。
【００３３】
もちろん図１に示した構造において、外側にある第２アンテナ１２を周波数が比較的に高いＤＳＲＣ信号を受信するために寸法を比較的小さくし、その下にある比較的に大きなアンテナをＧＰＳ信号信号の受信に使用することもできる。この場合は、アンテナをＧＰＳ信号とＤＳＲＣ信号の共振周波数に同調するために、前の実施例の場合よりも誘電率の差を小さくすればよいだけである。
【００３４】
従って外側にＤＳＲＣアンテナを、内側にＧＰＳアンテナを有するモジュールは、ＧＰＳアンテナが外側にあるモジュールの場合よりも小型かつ安価に構成することができる。
【００３５】
図２は、本発明の受信器／トランスポンダモジュールが自動車に組み込まれた様子を、車両の運動方向に対して平行な断面で示す。レードーム２５，すなわちＧＰＳ信号とＤＳＲＣ信号に対して透過性のカバーは周囲の車両外皮２６と面一で閉鎖している。レードームは周囲の外皮２６と同じように塗装することができる。従って、車両におけるアンテナの位置は外からは識別することができない。
【００３６】
車両の通常の走行方向は矢印２０により示されている。このモジュールは車両に斜めに配向して、例えばフロントウインドウに平行な表面に取り付けられている。従ってアンテナおよびアース面６はそれぞれ走行方向２０に対して傾斜している。
【００３７】
図２のモジュールの構造は、図１のそれにほぼ相当する。従って図１のモジュールに対して上で説明したことは図２のモジュールに対しても当てはまる。これら２つのモジュールの実質的相違は、図２のモジュールでは第２のマクロストリップアンテナ１２が横方向にずらして配置されていることである。これにより２つのマイクロストリップアンテナ９，１２のアース面６への面重心２１，２２は一致しておらず、走行方向２０を基準にして前後している。
【００３８】
このような構成の結果、第２のマイクロストリップアンテナ１２の周辺領域では誘電性プレート１１内にスペースが生じ、このスペースでは送受信信号の電界線が２つのアンテナの表面に対して垂直ではなく斜角を以て延在する。このことにより、送受信によって誘電体１１に誘導される磁束が誘電体１１の側面に対して平行でなくなり、これに対して角度を有するようになる。その結果、図２に破線の輪郭２３により示した、アンテナ１２の主ビーム方向がその面垂線を中心にするのではなく、面垂線よりも高い仰角を有するようになる。
【００３９】
これと相補的に第１のマイクロストリップアンテナ９では、一方ではパッチ１３とアース面６との間で、他方では２つのパッチ１３と１４の間で誘導される磁界流が重なるようになり、ここに一点鎖線で示した輪郭２４のように主ビーム方向は面垂線から仰角の比較的小さい方向にずれる。従ってアンテナ１２は平均して垂直に入射するＧＰＳ無線信号を受信するのに特に適する。これに対してアンテナ９の主ビーム方向は地上にある送信器との通信に適し、これは例えばＤＳＲＣ無線信号に対する通信である。ＤＳＲＣ無線信号は車両が送信器の直接近傍にない限り、小さな仰角で車両に到達するからである。
【００４０】
図示されていない択一的実施例では、図２に示されたモジュールを１８０゜だけ、アンテナの１つの面垂線を中心にして回転させた位置に取り付けることができる。この場合、外側の第２マイクロストリップアンテナ１２の主ビーム方向は水平方向にシフトされ、外側アンテナ１２とアース面６との間にある第１マイクロストリップアンテナ９は垂直方向にシフトされることとなる。このような構成は、第２アンテナがＤＳＲＣ通信に使用され、第１アンテナがＧＰＳ受信に使用される場合に適する。
【００４１】
図３は、機能素子を有するモジュールのブロック回路図を示す。アンテナの構成は図１または図２に示されたものと同じである。単に分かり易くするために、アンテナは別個に図示されている。ＧＰＳ信号に対する信号処理回路２は前置増幅器、正確に言えば遠隔給電される低ノイズ増幅器と場合によりフィルタを有する。回路２により前処理された高周波受信信号は周波数分波器（デュプレクサ）３０を介して同軸ケーブルに供給され、この同軸ケーブルを介して適切な受信器を有する外部装置３１に達する。
【００４２】
ＤＳＲＣ信号の信号処理回路３はトランスポンダを有する。このトランスポンダは受信した信号を直流成分のないベースバンド信号に変換し、このベースバンド信号も同様に周波数分波器３０と同軸ケーブル３２を介し外部装置３１へ供給される。応答信号は反対方向に、外部装置３１から周波数分波器３０を介してトランスポンダに伝送され、これを介して放射される。トランスポンダの入力信号および出力信号は帯域幅制限されている。すなわちこれらは下側限界周波数と上側限界周波数を有し、直流成分はない。
【００４３】
図４は、周波数分波器３０と外部装置３１との間の同軸ケーブル３２における種々の周波数領域を示す。１００ｋＨｚから５ＭＨｚの周波数領域にあるブロックはトランスポンダベースバンド信号を表す。ＧＰＳ受信器の高周波信号は１５７５ＭＨｚを中心に分布している。５ｋＨｚまでの低周周波領域の信号はトランスポンダの制御に用いられ、さらに（図示しない）電圧供給部から給電される直流電圧成分も存在し、この直流電圧成分は周波数分波器３０により分離され、信号処理回路２，３のエネルギー供給のために線路ＤＣを介して用いられる。トランスポンダベースバンド信号の上側限界周波数はＧＰＳ受信器の動作周波数よりも格段に低い。また下側限界周波数は、トランスポンダの受信モードと送信モードとの切り替えを定める制御信号の最大周波数の半分よりも格段に高い。
【００４４】
図５に示したモジュールのブロック回路図では回路２が完全なＧＰＳ受信器を有し、このＧＰＳ受信器は、受信したＧＰＳ無線信号を完全に評価することができる。この受信器はデジタルインタフェースを介してインタフェースコントローラ５０と接続されている。このインタフェースを介して、評価された受信データは受信器からインタフェースコントローラ５０へ、そして制御指示はインタフェースコントローラ５０から回路２の受信器へ伝送される。回路３のトランスポンダも同様にデジタルインタフェースを介してインタフェースコントローラ５０と接続されている。インタフェースを介して受信モード（ダウンリンク）では、トランスポンダにより検知された受信信号がインタフェースコントローラへ伝送される。応答モード（アップリンク）では、トランスポンダにより送信すべき応答信号がインタフェースコントローラ５０からトランスポンダへインタフェースを介して伝送される。インタフェースはさらに、インタフェースコントローラ５０がトランスポンダに瞬時の動作モード（受信または応答）をシグナリングできるようにし、これによりインタフェースコントローラは自分の動作を相応に調整することができる。
【００４５】
択一的に図５の回路３は、完全な（ＤＳＲＣ）トランスポンダモデムを含む。このトランスポンダモデムは全体プロトコルスタックおよびテレマティックアプリケーション（例えば電子的料金徴収、進入許可）を実行する。
【００４６】
インタフェースコントローラは、信号処理回路２と３を別のデジタルインタフェース、例えばタイプＲＳ４２２，ＲＳ４８５，ＭＯＳＴまたはファイヤワイヤを介して通信バスまたは外部機器と接続し、場合により必要なプロトコル適合を実行する。
【００４７】
このように完全にデジタルで動作するモジュールはとりわけナビゲーションサービスとテレマティックサービスの組み合わされた使用に適する。このような統合によって例えば、ＤＳＲＣビーコン局では車両の通過を検出するだけではなく、車両の走行したルートを問い合わせ、概算的料金ではなく実際の走行性能に依存する料金を徴収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明により組み合わされたＧＰＳ受信器ＲＳＲＣトランスポンダの概略的断面図である。
【図２】
図２は、有利な実施例にしたがって車両に取り付けられたモジュールの同様の断面図である。
【図３】
図３は、アナログ出力信号を送出するモジュールの機能要素のブロック回路図である。
【図４】
図４は、図３のモジュールの出力信号の周波数スペクトル図である。
【図５】
図５は、デジタル出力信号を送出するモジュールのブロック回路図である。

Claims (15)

1. ナビゲーション無線信号を受信するための第１のプレーナ型アンテナ（１２）と、該アンテナ（１２）に接続された信号処理回路（２）とを有する車両ナビゲーション受信器モジュールにおいて、
   テレマティック無線信号用の第２のアンテナ（９）が前記第１のプレーナ型アンテナ（１２）と部分的に重なって配置されており、かつ第２の信号処理回路（３）に接続されている、
   ことを特徴とする車両ナビゲーション受信器モジュール。
2. アンテナ（１２，９）はそれぞれ１つのパッチ（１４，１３）と共通のアース面（６）を有しており、
   前記一方のアンテナのパッチ（１３）は、他方のアンテナのパッチ（１４）とアース面（６）との間に配置されている、請求項１記載のモジュール。
3. ２つのパッチ（１３，１４）は相互に第１の誘電体（１１）によって分離されており、アース面（６）からは第２の誘電体（８）によって分離されており、
   プレート状の誘電体（１１，８）の誘電率は異なるように選択されており、
   高周波無線信号用のアンテナ（９）のパッチ（１３）は誘電率の比較的低い誘電体（８）に、低周波無線信号用のアンテナ（１２）のパッチ（１４）は誘電率の比較的高い誘電体（１１）に当接している、請求項１または２記載のモジュール。
4. ２つのパッチ（１３，１４）は平行な面に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のモジュール。
5. 各パッチ（１３，１４）は所属の処理回路（２，３）と固有の線路（１０）によって接続されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のモジュール。
6. ２つのプレーナ型アンテナ（９，１２）は異なる主ビーム方向を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載のモジュール。
7. 車両に斜めに取り付けるように設けられており、
   ナビゲーション信号用に定められた第１プレーナ型アンテナ（１２）の主ビーム方向は中央に配向されており、
   テレマティック無線信号用に定められた第２プレーナ型アンテナ（９）の主ビーム方向は実質的に走行方向に配向されている、請求項６記載のモジュール。
8. ２つのパッチ（１３，１４）のアース面（６）に投影される面重心（２７，２８）は相互にずらされている、請求項６または７記載のモジュール。
9. 投影された面重心（２７，２８）の接続線は実質的に、アース面（６）の傾斜の最も強い方向に延在している、請求項８記載のモジュール。
10. ２つの処理回路（２，３）は共通の導体路基板（１）に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のモジュール。
11. ２つのパッチのうち外側のパッチ（１４）の供給線（１０）は他方のパッチ（１３）の開口部を通って案内されている、請求項１から１０ｍＡでのいずれか１項記載のモジュール。
12. 共通の接続器（５）がナビゲーション信号に対する出力側およびテレマティック信号に対する入出力側として設けられており、
    該接続器を介してナビゲーション信号およびテレマティック信号が異なる周波数領域で伝送される、請求項１から１１までのいずれか１項記載のモジュール。
13. テレマティック信号の信号処理回路（３）を送信モードと受信モードとの間で切り替えるための制御信号は別の周波数領域で、接続器（５）を介して伝送される、請求項１２記載のモジュール。
14. 接続器（５）に印加される信号の直流電圧成分が信号処理回路のエネルギー供給に用いられる、請求項１２または１３記載のモジュール。
15. 接続器（５）は、同軸ケーブルを接続するように構成されている、請求項１２から１４までのいずれか１項記載のモジュール。