JP2006186945A - アンテナ装置及びこれを用いた通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターゲットとなる通信機との確実な通信を実現するのに適したアンテナ装置の提供。
【解決手段】金属の殻体によりアンテナエレメントを構成したモノポールアンテナを備えるアンテナ装置１０において、アンテナエレメント１４は、給電部１６側を頂部とする略円錐形の部分を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電波を送信及び／又は受信するアンテナ装置に係り、例えば、車輪に搭載される送信装置（トランスミッタ）に対して、当該送信装置の搭載されるタイヤのＩＤ番号及びタイヤの空気圧を含む各種タイヤ情報を送信するようにトリガを与える送信アンテナ装置及びこれを用いた通信方法に関する。

近年、走行中のタイヤの状態（典型的には、タイヤの空気圧）を監視する監視システムが提案されるようになっている。かかる監視システムは、各輪に実装される送信機（トランスミッタ）と、車内に設けられる受信機を含む車載監視装置とからなる。車載監視装置は、定期的に送信機から送信されるタイヤの空気圧等を含む各種タイヤ情報を受信機で受け、当該各種タイヤ情報に基づいて、必要に応じて例えば「左前輪の空気圧が低下しています」なる警報を発令する等、ドライバに対して各種情報提供を行う。

上述のような監視システムを実現するには、前提として、車載監視装置が、各輪に実装される各送信機から送られてくるタイヤ情報がどの輪のものであるかを特定できるように、車載監視装置に各送信機のＩＤ番号を事前に登録しておく必要がある。このため、車両の生産ライン中の適切な行程で、生産ラインに設置されるアンテナ装置を用いて、輪内の送信機からＩＤ番号等を取り出す処理が行われる。具体的には、アンテナ装置から輪内の送信機に対して電波が送信されると、輪内の送信機が当該電波に応答し（トリガがかかり）、送信機自身が保持するＩＤ番号等を送信する。この処理は、輪毎に実行され、最終的に、各輪と各送信機（ＩＤ番号）の対応関係が車載監視装置に登録される。

ところで、上述の如く、アンテナ装置により送信機にトリガをかける処理は、輪毎に実行されるが、ある輪の送信機に対してトリガをかけるための電波を送信した際に、他の輪の送信機にトリガがかかってしまったり、トリガがかかるべき送信機にトリガがかからなかったりすると、作業が停滞するばかりでなく、結果として得られる各輪と送信機（ＩＤ番号）の対応関係が不確かなものとなりうるため好ましくない。特に、送信機がタイヤに設けられると、トリガを与える際の送信機の周方向の位置が一定でないので、アンテナ装置に電波放射特性がタイヤの周方向で均一でないと、所望の送信機にトリガがかからない場合が多くなる。

本発明は、かかる不都合を鑑みてなされてなされたものであり、ターゲットとなる通信機との確実な通信を実現するのに適したアンテナ装置及びこれを用いた通信方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一局面によれば、金属の殻体によりアンテナエレメントを構成したモノポールアンテナを備えるアンテナ装置において、
アンテナエレメントは、給電部側を頂部とする略円錐形の部分を有することを特徴とする、アンテナ装置が提供される。

本局面によるアンテナ装置は、給電部側とは逆側に位置するアンテナエレメントの頭部に容量性部材を有してよい。

本局面によるアンテナ装置は、アンテナエレメントの給電部側を遮蔽するように覆う反射板を有してよい。アンテナエレメントは、前記円錐形の部分の円錐形底部側に、外径が小さくなる部分を有してよい。

また、本発明の一局面によれば、金属の殻体によりアンテナエレメントを構成したモノポールアンテナを備えるアンテナ装置において、
アンテナエレメントは、回転軸に関して回転対称な形状を有し、回転軸に沿って回転半径が異なる部分を有する、アンテナ装置が提供される。

上記局面によるアンテナ装置は、車両の足回り部品に搭載される送信機に対して所定の送信動作をトリガする電波を送信するものであってよい。この場合、前記送信機は、車輪に搭載され、前記所定の送信動作は、当該送信機のＩＤ番号を送信する動作であってよく、また、当該送信機の搭載されるタイヤの空気圧を含む各種タイヤ情報を送信する動作であってよい。

上記局面によるアンテナ装置は、車両に搭載される送信機からの電波を受信するように車室内に配置されるものであってよい。この場合、前記送信機は、各輪に搭載される各送信機を含み、当該アンテナ装置は、該各輪の前記送信機からの電波を受信するように、車体ルーフ部における各輪から略等距離にある部位に配置され、前記アンテナエレメントの頭部が鉛直方向下向きにされてよい。

また、本発明のその他の一局面によれば、上記局面によるアンテナ装置における前記円錐形の部分の中心軸が車輪の中心軸と略同軸となる状態で、該アンテナ装置から、該車輪に搭載される車輪側装置に対して、該車輪側装置の動作状態を変更させるための電波を送信する通信方法が提供される。

本発明によれば、ターゲットとなる通信機との確実な通信を実現するのに適したアンテナ装置及びこれを用いた通信方法を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明によるアンテナ装置の一実施例の使用状態を概略的に示す斜視図である。図２は、走行中のタイヤの状態（典型的には、タイヤの空気圧）を監視する監視システムの概略図である。尚、以下では、本発明によるアンテナ装置がタイヤ空気圧監視システムに適用された実施例を中心に説明するが、本発明は、かかるシステムへの適用に限定されるものでない。

図１に示すように、本実施例のアンテナ装置１０は、略円筒形のケーシング１２を有する。ケーシング１２内には、略円錐形の殻体のアンテナエレメント１４が収容される。アンテナエレメント１４は、金属（例えば、銅、真鍮）で形成され、モノポールアンテナを構成する。アンテナエレメント１４の構成の詳細については後述する。

ケーシング１２の一端には、アンテナエレメント１４の給電部１６が設けられる。給電部１６は、アンテナエレメント１４の円錐形の頂点側に設定される。給電部１６には、アンテナ装置１０の電波送信を制御するコントローラ３２（概略的に図示）が電線３０を介して接続されている。

アンテナエレメント１４の給電部１６側の端部には、グランドプレーンを構成する反射板１８が設けられる。図１に示す反射板１８は、ケーシング１２の円形の端部開口を塞ぐ円形のプレート部材である。反射板１８は、例えばアルミにより形成される。アンテナエレメント１４の給電部１６側とは反対側の端部１４ａ（頭部１４ａ）には、容量性のある材料からなるキャパシティハット２０が設けられる。キャパシティハット２０も同様、ケーシング１２の円形の端部開口を塞ぐ円形のプレート部材であってよく、若しくは、ケーシング１２の円形の端部プレート１２ａとは別の部材であってもよい。キャパシティハット２０は、例えばニッケルメッキされた真鍮により形成される。これらキャパシティハット２０及び反射板１８の機能については後に詳説する。

アンテナ装置１０は、図１に示すように、ケーシング１２の端部プレート１２ａが車両の車輪４０のディスク面に対応した高さ・位置となるように、車両製造ラインに治具等（図示せず）により固定・設置される。即ち、アンテナ装置１０は、アンテナエレメント１４の頭部１４ａが車両の車輪４０のホイール中心に対向するように、固定・設置される。従って、製造ラインを流れる車両の車輪４０がアンテナ装置１０に対向する所定位置に来ると、アンテナエレメント１４の中心軸（図３参照）がホイール中心軸と略中心が合った状態（アライメントがとれた状態）となる。

製造ラインを流れる車両の車輪４０が所定位置にセットされると、例えば作業者により又は自動的にコントローラ３２のスイッチ３２ａが起動されて、アンテナ装置１０から電波が放射される。アンテナ装置１０から電波が放射されると、車輪４０に装着された送信機４２にトリガがかかり、送信機４２からタイヤ情報が送信される。このタイヤ情報は、当該送信機４２のＩＤ番号（＝当該送信機４２が装着されているタイヤのＩＤ番号）、及び、当該送信機４２が装着されているタイヤの空気圧、温度等のような、タイヤの検査や特性チェックに有用な各種情報を含んでよい。タイヤの空気圧、温度等のような情報は、タイヤに設けられるセンサ（送信機４２に内蔵されていてもよい）により取得される。

車輪４０に装着される送信機４２は、電池で作動するものであってよく、センサにより検出されるタイヤの空気圧、温度等を記憶し、アンテナ装置１０からの電波に応答して、上記のようなタイヤ情報を送信するように設計されている。送信機４２は、車輪（ホイール及びタイヤを含む）４０の適切な場所に設定され、例えば車輪４０のホイールリムにバルブと一体となって取り付けられてよい。

上述の如くアンテナ装置１０によるトリガにより送信機４２から送信されるタイヤ情報は、アンテナ装置１０自身により受信されるか、若しくは、受信機５２（アンテナ）を介して車載監視装置（ＥＣＵ）５０（図２参照）に受信される。このタイヤ情報の受信が問題なく完了すると、車両が移動され、次の車両の車輪４０に対して同様の処理が実行される。尚、アンテナ装置１０は、車両の左右及び前後の４輪に対応して、製造ラインの左右及び／又は前後に設けられてよいが、この場合、受信するタイヤ情報がどの車輪４０に係る送信機４２から送信されたタイヤ情報であるかを特定できるように、各輪に対して間欠的にトリガがかかるようにする。

このようにしてタイヤ情報が各車輪４０に係る各送信機４２から全て取得されると、各車輪４０と各ＩＤ番号との対応関係が確定できる。この対応関係は、最終的に車載監視装置５０のメモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）に登録される。尚、上述の如く、送信機４２からのタイヤ情報を車載監視装置５０の受信機５２により受信する構成では、車載監視装置５０への直接的なＩＤ番号の登録が実現され、一方、送信機４２からのタイヤ情報をアンテナ装置１０により受信する構成では、アンテナ装置１０に車載監視装置５０を有線で接続して、上述の如く取得した対応関係に関する情報を車載監視装置５０に送ることでＩＤ番号の登録が実現される。尚、上述のアンテナ装置１０によるトリガにより収集されるタイヤ情報は、上述のようなＩＤ番号登録が目的の場合は、少なくともＩＤ番号を含み、一方、車両出荷前（例えばラインオフの間際）のタイヤ検査が目的の場合は、タイヤの空気圧等のＩＤ番号以外の各種情報をも含む。

車両出荷後は、各車輪４０の送信機４２は、図２に示すように、定期的に、タイヤの空気圧、温度等のようなタイヤ情報を車載監視装置５０に送信する。このとき、車載監視装置５０は、上述の如く登録されたＩＤ番号の対応関係に基づいて、各車輪４０のタイヤ状態を定期的に把握することができる。例えば、車載監視装置５０は、送信機４２から送られてくるタイヤ情報（ＩＤ番号を含む）に基づいて、例えば右後輪に係るタイヤの空気圧が不足していると判断した場合、直ちにその旨を知らせる警報を音響的（例えば警報メッセージ）及び／又は視覚的（例えばメータ上での警告点灯）に出力する。これにより、ドライバは、走行中のタイヤ状態の急変等について容易に気が付き、適切な対処を行うことができるようになる。

次に、本実施例のアンテナ装置１０の特徴的な構成について説明する。図３は、図１の鉛直下向きＸ方向に見た（円筒形のケーシング１２の径方向に沿って見た）アンテナ装置１０の断面図である。図４は、円筒形のケーシング１２の径方向に沿って切断した際（端部プレート１２ａに平行な鉛直面で切断した際）のアンテナエレメント１４の断面図である。

アンテナエレメント１４は、図３及び図４に示すように、中心軸を回転中心とした回転対称の形状（略円錐形）を有する殻体（金属シェル）である。図３に示す例では、アンテナエレメント１４は、円錐形の部分の円錐形底部側にあるアンテナエレメント１４の頭部１４ａの径Ｒ（図４参照）が小さくなって、キャパシティハット２０側で閉じている。即ち、涙のしずくや、先がすぼまる球形ランプのような形状を有している。より詳細には、アンテナエレメント１４の径Ｒは、給電部１６側から徐々に大きくなり、中間よりも先で最大となり、キャパシティハット２０側に向かって徐々に小さくなっている。

次に、本実施例のアンテナ装置１０の電波放射特性について、従来的なアンテナ装置１０’の電波放射特性と比較しながら説明する。

図５は、従来的なアンテナ装置１０’の構成を示す図である。アンテナ装置１０’は、矩形のループを形成するアンテナエレメント１４’を有している。アンテナ装置１０’は、アンテナエレメント１４’のループ面が車輪４０のディスク面に沿う方向で保持される。即ち、アンテナ装置１０’の使用状態における向きを基準とすると、図５のビュー方向は、車輪４０のディスク面に対して垂直な方向であり、本実施例のアンテナ装置１０における図４のビュー方向と対応している。

図６（Ａ）は、本実施例のアンテナ装置１０の電波放射特性を示す図であり、図６（Ｂ）は、従来のアンテナ装置１０’の電波放射特性を示す図である。図７は、これらの電波放射特性の車輪４０との関係を示す図である。

図６に示すように、従来のアンテナ装置１０’は、タイヤに向かった方向（図中0°）とその反対方向（図中180°）側にこれに対して、本実施例のアンテナ装置１０では、タイヤ（車両）の前後方向（図中90°、270°）側に球体が２つ形成されるような電波放射特性を有する。この２つの球体状（実線）の電波放射特性は、反射板１８の作用によりタイヤに向かった方向（図中0°）に強められ（破線）、更に、キャパシティハット２０の作用によりタイヤに向かった方向（図中0°）に強められ（太線）、２つの球体間の落ち込み（図中0°付近の落ち込み）が防止されている。図６（Ｃ）は、これらキャパシティハット２０及び反射板１８の作用の結果得られるアンテナ装置１０の最終的な電波放射特性を示している。尚、図６（Ｃ）には、電波放射特性とアンテナ装置１０の関係を示すため、アンテナ装置１０が概略的に示されている。

このように本実施例のアンテナ装置１０は、図７にも示すように、タイヤ側の電波放射特性が全体的に強められ、しかもカバーできる角度範囲が広がっているため、上述の車輪４０内の送信機４２に対する通信性能が著しく向上する（送信機４２のトリガがかかりやすくなる）。また、本実施例のアンテナ装置１０は、後方（図中180°）に対する電波放射特性が反射板１８の作用により弱められるので、意図しない車輪４０内の送信機４２にトリガがかかってしまうことが効果的に防止される。この効果は、特に複数の生産ラインに並列的にアンテナ装置１０を配置したライン構成に特に有用となる。なぜならば、かかるライン構成では、従来のアンテナ装置１０’のように後方への大きな電波放射特性がある場合（図６（Ｂ）参照）、後方の生産ラインを流れる意図しない車両の車輪４０内の送信機４２にトリガがかかってしまうことがあるからである。

また、本実施例のアンテナ装置１０は、アンテナエレメント１４の径Ｒが連続的に大きくされているので、共振可能な帯域幅を広げることができる。このため、仕向け先の違いにより共振周波数（例えば、米国仕様：約３１５ＭＨｚ、欧州仕様：約４３４ＭＨｚ）の異なる送信機４２に対しても、例えばアンテナエレメント１４の構成を変更することなく対応可能となる。

また、本実施例のアンテナ装置１０では、上述の如くタイヤ側で広角に亘って強化された電波放射特性が、アンテナエレメント１４の回転対称形状に起因してタイヤの全周に亘って略均一に実現される。即ち、本実施例のアンテナ装置１０は、図６の0°と180°を結ぶ線（＝アンテナエレメント１４の中心軸）まわりに図６（Ｃ）の電波放射特性を回転させたような３次元電波放射特性を有する。

図８（Ａ）は、車輪４０の周方向に沿った本実施例のアンテナ装置１０の偏波特性を示す図であり、図８（Ｂ）は、従来のアンテナ装置１０’の同偏波特性を示す図である。これら図は、車輪４０内の送信機４２の搭載位置における受信感度を、車輪４０が３６０度回転したときの各角度位置で評価したものである。尚、図中の角度は、車輪４０の周方向の角度であり、図６に示す角度とは異なる。

図６に示すように、従来のアンテナ装置１０’は、車輪４０の周方向に沿って局所的にヌル点（著しく受信感度の落ちる点、図中90°、270°）が発生する。これに対して、本実施例のアンテナ装置１０は、かかるヌル点が発生することがなく、タイヤの周方向に沿って略均一な偏波特性を有している。従って、本実施例のアンテナ装置１０によれば、車輪４０内の送信機４２の周方向の位置（アンテナ装置１０に対する送信機４２の相対角度）によって受信感度（ひいてはトリガのかかり易さ）が大きく変わることがなくなり、製造ライン上を連続的に流れてくる車両における各回転角度位置にある送信機４２に対して安定した通信（トリガ）を実現することができる。

尚、上述した実施例では、タイヤ内に実装される送信機４２に対する通信に関するものであったが、ＩＤ登録や検査又はその他の用途のために通信が必要となりうる他の如何なる送受信機に対しても同様に適用可能である。特に足回り部品（例えば、サスペンションやショックアブソーバ等）に実装されうる送受信機に対しては、上述の如く前方側が強化された本実施例によるアンテナ装置１０の指向性を有効に生かすことができる。

また、本実施例によるアンテナ装置１０は、上述のような一方側に強化され且つ当該一方側で広角度範囲に亘り均一化された指向性を有する故に、用途や箇所に限定されること無く利用の可能性がある。特に車両においては、かかる指向性を持つ受信機及び／又は送信機は有効に利用することできる。

例えば、アンテナ装置１０は、車載監視装置５０の受信機５２として具現化されてもよい。即ち、アンテナ装置１０は、上述の如く各車輪４０内の各送信機４２から定期的に送信されるタイヤ情報を受信するように、車室内に配置されてよい。この場合、各送信機４２からの電波を１つのアンテナ装置１０で受信できるように、アンテナ装置１０は、好ましくは、車体ルーフ部における各車輪４０から略等距離にある部位に配置され、アンテナエレメント１４の頭部１４ａが鉛直方向下向きにされる。この場合、アンテナエレメント１４の中心軸が鉛直方向となり、図６（Ｃ）の電波放射特性を回転させたような３次元電波放射特性が車体ルーフ部から鉛直方向下向きに実現されるので、各車輪４０内の各送信機４２との通信のみならず、他の車室内の通信機との通信が可能となる。

また、トリガをかけることに関しても、アンテナ装置１０は、少なくとも受信機能を有する車両側の装置（又はそれに接続される各種装置）に対して、何らかの動作をさせるため、及び／又は、特定の動作を止めさせるためにトリガをかけるものであってよい。即ち、本実施例によるアンテナ装置１０は、車両側の搭載される各種装置の状態を変化させるための広範な適用が可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例では、アンテナエレメント１４は上述の如く頭部１４ａの外径が小さくなってキャパシティハット２０と結合されるものであったが、図９（Ａ）に示すように、アンテナエレメント１４は、かかる外径が小さくなる部位を有さず、円錐形の部分のみを有する中空の殻体であってもよく、また、図９（Ｂ）に示すように、２つの円錐形の部分の底側同士を合わせたような中空の殻体であってもよい。

また、上述した実施例では、アンテナエレメント１４の鉛直断面は、必ずしも円形の環状形状である必要は無く、楕円形や多角形の環状形状であってもよく、また、アンテナエレメント１４は、必ずしも中心軸に関して回転対称である必要は無く、中心軸に関して非対称的な形状であってもよい。

また、上述した実施例は、好ましい実施例としてキャパシティハット２０及び反射板１８を有するものを例示したが、これらが省略されてもよい。尚、キャパシティハット２０を有する場合、アンテナエレメント１４とキャパシティハット２０とが一体的に形成されてもよい。

本発明によるアンテナ装置の一実施例の使用状態を概略的に示す斜視図である。 タイヤ空気圧監視システムの概略図である。 水平面で切断したアンテナ装置１０の断面図である。 鉛直面で切断したアンテナエレメント１４の断面図である。 従来のアンテナ装置１０’の構成を示す図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｃ）は、本実施例のアンテナ装置１０の電波放射特性を示す図であり、図６（Ｂ）は、従来のアンテナ装置１０’の電波放射特性を示す図である。 図７は、図６に示す水平面内の電波放射特性の車輪４０に対する関係を示す図である。 図８（Ａ）は、タイヤの周方向に沿った本実施例のアンテナ装置１０の偏波特性を示す図であり、図８（Ｂ）は、従来のアンテナ装置１０’の同偏波特性を示す図である。 他の変形例によるアンテナ装置１０を示す図３に相当する断面図である。

符号の説明

１０ アンテナ装置
１２ ケーシング
１４ アンテナエレメント
１４ａ アンテナエレメントの頭部
１６ 給電部
１８ 反射板
２０ キャパシティハット
４０ 車輪
４２ 車輪内の送信機
５０ 車載監視装置
５２ 車載監視装置の受信機

Claims (9)

1. 金属の殻体によりアンテナエレメントを構成したモノポールアンテナを備えるアンテナ装置において、
   アンテナエレメントは、給電部側を頂部とする略円錐形の部分を有することを特徴とする、アンテナ装置。
2. 給電部側とは逆側に位置するアンテナエレメントの頭部に容量性部材を有する、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. アンテナエレメントの給電部側を遮蔽するように覆う反射板を有する、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 金属の殻体によりアンテナエレメントを構成したモノポールアンテナを備えるアンテナ装置において、
   アンテナエレメントは、回転軸に関して回転対称な形状を有し、回転軸に沿って回転半径が異なる部分を有する、アンテナ装置。
5. 車両の足回り部品に搭載される送信機に対して所定の送信動作をトリガする電波を送信する、請求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記送信機は、車輪に搭載され、前記所定の送信動作は、当該送信機のＩＤ番号を送信する動作である、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 車両に搭載される送信機からの電波を受信するように車室内に配置される請求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記送信機は、各輪に搭載される各送信機を含み、
   当該アンテナ装置は、車体ルーフ部における各輪から略等距離にある部位に、前記アンテナエレメントの頭部が鉛直方向下向きになるよう配置される、請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 請求項１に記載のアンテナ装置における前記円錐形の部分の中心軸が車輪の中心軸と略同軸となる状態で、該アンテナ装置から、該車輪に搭載される車輪側装置に対して、該車輪側装置の動作状態を変更させるための電波を送信することを特徴とする、通信方法。

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