JP2007096381A - アンテナ入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全受信周波数帯域で比較的安定した実用感度を確保できるアンテナ入力装置を提供する。
【解決手段】 アンテナ1と受信機2の間で入力インピーダンスを整合させるインピーダンスマッチング回路5を備えたアンテナ入力装置であって、前記インピーダンスマッチング回路5が、接続態様が切替可能な複数のリアクタンス素子Ｌ１，Ｌ２・・・Ｌｎ，ＶＣ１，ＶＣ２と、前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えることによりリアクタンスをステップ的に変化させる切替回路５１と、受信すべき同調周波数帯域に応じて前記切替回路５１を制御するインピーダンス制御回路５２とを備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナと受信機の間で入力インピーダンスを整合させるインピーダンスマッチング回路を備えたアンテナ入力装置に関し、特にＡＭ放送受信波を受信する自動車等の窓ガラスに組込まれるガラスアンテナを対象とするアンテナ入力装置に関する。

一般的に、中波ＡＭ放送波はその波長が約１８０ｍから６００ｍと非常に長いため、それに対応してアンテナの長さも長くする必要があるが、自動車用アンテナはその車体寸法による制約から高々数ｍの長さしか実現できない。

そのため、比較的短いアンテナでＡＭ帯を受信するために、アンテナと受信機の間で入力インピーダンスを整合させるインピーダンスマッチング回路を備えた種々のアンテナ入力装置が開発されている。

従来、この種のアンテナ入力装置として、図９（ａ）に示すように、誘導性リアクタンスの実効的な透磁率μ値を可変に調整することにより所望周波数に同調させるμ同調回路を備えたものが提案されているが、コイルのコアの移動機構や移動させるための操作力を与える機構が必要となり、装置が複雑になるという問題があった。

また、図９（ｂ）に示すように、容量性リアクタンスにバリキャップダイオードＶＣのような可変容量素子を使用してダイオードの逆方向電圧を制御することにより容量を可変に調節することにより所望周波数に同調させる電子同調回路を備えたものが提案されているが、可変容量素子の容量可変限界や、低域周波数での合成容量の変化により、全受信周波数にわたり一定の受信感度を得ることができないという問題があった。

さらに、図９（ｃ）に示すように、アンテナからの入力損失を低減させるべく同調回路の前段にＦＥＴ等を用いたインピーダンス変換回路を備えた電子同調回路が提案されているが、ＦＥＴにより全受信周波数帯域が増幅されるため、妨害波の影響を受け易く、強入力妨害による歪が発生するという問題があった。

ところで、アンテナを波長に比べ短くすると、リアクタンス分が大きくなることが知られている。このリアクタンス分は数十ｐＦから数百ｐＦの容量性となり、ＡＭ帯受信の場合はインピーダンスが約１ｋΩ乃至４ｋΩとなり約４倍の変化となる。この容量性リアクタンス分を打ち消すためには誘導性リアクタンスに約百μＨから千μＨに及ぶ約１０倍の変化幅をもたせる必要があるが、現在の素子では容量変化比が限られ十分ではない。

そこで、特許文献１には、窓ガラスに配設されＡＭ帯電波を受信するアンテナ部と、アンテナ側からラジオ側を見たときは高インピーダンスとなりラジオ側からアンテナ側を見たときは低インピーダンスとなるよう回路定数を設定されたインピーダンス整合回路とを備えたＡＭ帯用窓ガラスアンテナ装置において、前記インピーダンス整合回路は前記アンテナ部の等価リアクタンス分を打ち消す可変容量整流器を直列に備えたことを特徴とするＡＭ帯用窓ガラスアンテナ装置が提案されている。
特開平６−１７７６２８号公報

しかし、上述の特許文献１に記載された装置によれば、広い周波数範囲で最良のマッチングを取ることが困難なため、全周波数帯域において安定した十分な実用感度を得ることができないという問題がある。

本発明の目的は、上述の従来欠点に鑑み、全受信周波数帯域で比較的安定した実用感度を確保できるアンテナ入力装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるアンテナ入力装置の第一の特徴構成は、アンテナと受信機の間で入力インピーダンスを整合させるインピーダンスマッチング回路を備えたアンテナ入力装置であって、前記インピーダンスマッチング回路が、接続態様が切替可能な複数のリアクタンス素子と、前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えることによりリアクタンスをステップ的に変化させる切替回路と、受信すべき同調周波数帯域に応じて前記切替回路を制御するインピーダンス制御回路とを備えて構成されている点にある。

上述の構成によれば、インピーダンス制御回路により制御される切替回路によって、受信すべき同調周波数帯域に対応した適切なリアクタンスとなるようにリアクタンス素子の接続態様を切り替えるのであるが、その際にリアクタンスをステップ的に変化させるように切り替えるので、リアクタンス素子数をそれほど多く設けなくとも全受信周波数帯域に対応して所定の実用感度を確保することができるようになるのである。

同第二の特徴構成は、上述の第一特徴構成に加えて、前記切替回路は少なくとも誘導性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されている点にある。

上述の構成によれば、リアクタンスを切替える具体例として複数の誘導性リアクタンス素子を備え、切替回路によりそれらの接続態様を切替えることにより、受信すべき同調周波数帯域に応じた適切なリアクタンスを得ることができるようになるのである。

同第三の特徴構成は、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記切替回路は少なくとも容量性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されている点にある。

上述の構成によれば、リアクタンスを切替える具体例として複数の容量性リアクタンス素子を備え、切替回路によりそれらの接続態様を切替えることにより、受信すべき同調周波数帯域に応じた適切なリアクタンスを得ることができるようになるのであり、複数の誘導性リアクタンス素子を備えるときには、切替回路により容量性リアクタンス素子及び誘導性リアクタンス素子の接続態様を連動して切替えることにより、リアクタンスのステップ幅を狭めることができ、さらに適切なリアクタンスを得ることができるようになるのである。

同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記切替回路は前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えるＲＦ−ＭＥＭＳで構成されている点にある。

上述の構成によれば、切替回路としてＲＦ−ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて構成することにより装置の大幅な小型化を図ることができるようになる。

同第五の特徴構成は、上述の第一特徴構成に加えて、前記リアクタンス素子に少なくともリアクタンスが連続的に可変な可変容量素子を備え、前記切替回路は誘導性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されるとともに各接続態様に応じて前記可変容量素子のリアクタンスが連続的に切替可能に構成されている点にある。

上述の構成によれば、切替回路により切替えられる誘導性リアクタンス素子の接続態様に応じてステップ的にリアクタンスを変化させながら、ステップ間において可変容量素子の容量を切替制御することにより、例えば鋸刃状の特性を示すようにリアクタンスを調整することができ、受信すべき同調周波数帯域に応じてより適切なリアクタンスを得ることができるようになるのである。

同第六の特徴構成は、上述の第五特徴構成に加えて、前記誘導性リアクタンス素子と前記可変容量素子とが並列接続され、前記可変容量素子の両端部からの出力を合成する合成回路を備えて構成されている点にある。

上述の構成によれば、誘導性リアクタンス素子と可変容量素子の接続点から出力される鋸刃状の特性を示すリアクタンスによる実用感度特性と、可変容量素子の他方から出力される逆鋸刃状の特性を示すリアクタンスによる実用感度特性とが融合され、実用感度差の小さい、つまり、全受信周波数帯域で極めて安定した実用感度が確保できるようになるのである。

同第七の特徴構成は、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記インピーダンスマッチング回路の前段にアッテネータが設けられている点にある。

上述の構成によれば、受信すべき同調周波数の近傍に妨害波が存在する場合であっても前段のアッテネータによる妨害波のレベルが十分に減衰されるので、混変調の発生を効果的に防止することができるようになるのである。

同第八の特徴構成は、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記インピーダンスマッチング回路の後段にアッテネータが設けられ、前記アッテネータの入力インピーダンスが前記インピーダンスマッチング回路の出力インピーダンスと整合されている点にある。

上述の構成によれば、混変調の発生を回避しながらも、アッテネータの作動時と非作動時で同調周波数のズレを回避して確実に希望周波数を得ることができるようになる。

同第九の特徴構成は、上述の第一から第六の何れかの特徴構成に加えて、前記インピーダンスマッチング回路が前記アンテナの近傍に配置されている点にあり、これにより配線の引き回しによる受信感度の低下を回避して良好な受信状態を確保することができるようになる。

同第十の特徴構成は、上述の第七または第八の特徴構成に加えて、前記インピーダンスマッチング回路及び前記アッテネータが前記アンテナの近傍に配置されている点にあり、上述と同様に、配線の引き回しによる受信感度の低下を回避して良好な受信状態を確保することができるようになる。

以上説明した通り、本発明によれば、全受信周波数帯域で比較的安定した実用感度を確保できるアンテナ入力装置を提供することができるようになった。

以下、本発明によるアンテナ入力装置の実施形態について説明する。図１に示すように、アンテナ入力装置３は、車窓に埋設されたガラスアンテナ１と受信機２の間に設けられ、アッテネータ４とアッテネータ４の後段に接続されるインピーダンスマッチング回路５を備えて構成されている。

前記インピーダンスマッチング回路５は、前記アンテナ１と受信機２の間で入力インピーダンスを整合させる回路で、接続態様が切替可能な複数のリアクタンス素子（Ｌ１〜Ｌｎ）と、前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えることによりリアクタンスをステップ的に変化させる切替回路５１と、受信すべき同調周波数帯域に応じて前記切替回路５１を制御するインピーダンス制御回路５２とを備えて構成されている。

前記受信機２は、前記アンテナ１で受信され、前記インピーダンスマッチング回路５において同調された受信すべき希望波の周波数付近の信号成分を含む高周波信号を増幅する高周波増幅回路２１と、増幅された受信信号と局部発振回路２２からの局部発振信号とをミキシングするミキサー回路２４と、ミキシングされた中間周波信号から音声信号が含まれる成分を分離する狭帯域フィルタ２５と、その出力信号を増幅する中間周波増幅回路２６と、音声信号を検波する検波回路２７を備えて構成され、前記検波回路２７から出力される音声信号が電力増幅されてスピーカに出力される。

前記局部発振回路２２は、電圧制御形発振器等で構成され、フェイズロックループ（以下、「ＰＬＬ」と略記する。）回路からのチューニング電圧に対応した周波数の局部発振信号を出力するように構成され、前記ＰＬＬ回路は、マイクロコンピュータ等で実現される制御部６から入力される希望波の周波数に対応した分周比Ｎで前記局部発振信号を分周する分周器と、予め定める基準周波数の基準信号を発生する基準信号源と、この基準信号と前記分周された局部発振信号との位相を比較してその差に対応した誤差出力を発生する比較器と、前記比較器からの誤差出力を直流電圧に平滑化して、前記チューニング電圧として、前記局部発振回路２２に与えるフィルタ回路とを備えて構成されている。

従って、図示しない操作入力部から前記制御部６に希望周波数が設定入力されると、その希望周波数に対応するＮ値がＲＯＭテーブルで参照された後に前記制御部６から出力され、前記局部発振信号をそのＮ値で分周した信号と、前記基準信号との位相差が零となるようにチューニング電圧が変化することにより希望波の受信が可能となる。

前記インピーダンスマッチング回路５は、図２に示すように、誘導性リアクタンス素子である複数のコイルＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・Ｌｎがアッテネータ４の後段に並列に配置されるとともに、可変容量性リアクタンス素子であるカソードが対向するように接続された一対のバリキャップダイオードＶＣ１，ＶＣ２が同じく並列に接続されている。

各コイルＬ１，Ｌ２・・・Ｌｎの接地側端子には、前記リアクタンス素子の接続態様を切り替える切替回路５１としてのスイッチＳ１，Ｓ２・・・Ｓｎが夫々接続され、前記制御部６から出力される選択信号により前記切替回路５１が制御されることによりリアクタンスがステップ的に変化するように構成されている。

前記バリキャップダイオードＤ１，Ｄ２のカソードには、前記制御部８から出力される制御信号をアナログのコントロール信号に変換する切替回路５１としてのＤ／Ａ変換器が設けられ、前記コントロール信号が印加されることによりリアクタンスが連続的に変化するように構成されている。

前記制御部６は、前記ＲＯＭテーブルを参照して希望周波数に対応するスイッチＳ１，Ｓ２・・・Ｓｎの組合せ及び目標コントロール電圧に関するデータを獲得し、当該データに基づいて前記切替回路５１を制御することにより、前記インピーダンスマッチング回路５のリアクタンスを希望周波数に適切なリアクタンスに調整する。

つまり、前記ＲＯＭテーブルは、希望周波数に対するＮ値データと目標リアクタンスへの設定データが格納されている。

図２（ａ）から（ｃ）に示すように、前記データに基づいて前記スイッチＳ１，Ｓ２・・・Ｓｎを選択制御することによりコイルＬによるリアクタンスをステプ的に変化させ、ステップ間でバリキャップダイオードＶＣに対するコントロール電圧を調整してその間を連続的またはステップ的に変化させることにより、希望周波数に同調するようにインピーダンスを調整させるのである。

さらに、前記高周波増幅回路２１からの出力レベルを検出するレベル検出器２８を設けてあり、前記制御部６は、前記レベル検出器２８により検出された受信レベルが所定レベルに維持されるように前記切替回路５１を微調整することにより信号歪みを防止し、安定した受信レベルに調整制御する。

即ち、前記制御部８のうち受信すべき同調周波数帯域に応じて前記切替回路５１を制御するブロックがインピーダンス制御回路として機能するように構成されている。

さらに、前記制御部６は、レベル検出器２８により検出された受信レベルが所定レベル以上に高いときや強入力妨害波が存在するときに、混変調を回避すべく前記アッテネータ４を作動させて信号レベルを減衰制御する。ここに、アッテネータ４は前記インピーダンスマッチング回路５の後段に配置するものであってもよい。

以下、本発明の別実施形態を説明する。

上述した実施形態では、インピーダンスマッチング回路５として前記リアクタンス素子に少なくともリアクタンスが連続的に可変な可変容量素子ＶＣ（ＶＣ１，ＶＣ２）を備え、前記切替回路５１は誘導性リアクタンス素子Ｌ１，Ｌ２・・・Ｌｎの接続態様が切替可能に構成されるとともに各接続態様に応じて前記可変容量素子ＶＣのリアクタンスが連続的に切替可能に構成されているものを説明したが、インピーダンスマッチング回路としては、図４（ａ）に示すように、切替回路５１が少なくとも誘導性リアクタンス素子Ｌ１，Ｌ２・・・Ｌｎの接続態様のみが切替可能に構成されるものであってもよい。

また、図４（ｂ）に示すように、前記切替回路５１が少なくとも容量性リアクタンス素子Ｃ１，Ｃ２・・・Ｃｍの接続態様がスイッチＳ１，Ｓ２・・・Ｓｍにより切替可能に構成されるものであってもよく、図４（ｃ）に示すように、誘導性リアクタンス素子Ｌ１，Ｌ２・・・Ｌｎと容量性リアクタンス素子Ｃ１，Ｃ２・・・Ｃｍの夫々の接続態様が切替可能に構成されるものであってもよい。

図３（ａ）に示すように、前記切替回路５１を構成するスイッチがマイクロマシーニング加工技術で製造されたＲＦ−ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて構成することにより装置の大幅な小型化を図ることができるようになる。さらに、図３（ｂ）に示すように、リアクタンス素子として、誘導性リアクタンス素子としてタップ付き１パッケージトランスＬＰ、容量性リアクタンス素子としてタップ付き１パッケージコンデンサＣＰの何れか一方または双方を採用することにより装置の実装面積を小さくすることも可能である。

図５（ａ）に示すように、前記誘導性リアクタンス素子Ｌ１，Ｌ２・・・Ｌｎと前記可変容量素子ＶＣとが並列接続され、前記可変容量素子ＶＣの両端部からの出力ＯＵＴ１，ＯＵＴ２を合成する合成回路を備えて構成されるものであってもよい。この場合には、図５（ｂ）に示すインピーダンスマッチング回路の出力ＯＵＴ１に対する実用感度特性（図６（ｂ）に示される）と、図５（ｃ）に示すインピーダンスマッチング回路の出力ＯＵＴ２に対する実用感度特性（図６（ｃ）に示される）とが合成された図６（ａ）に示すような実用感度特性が得られ、実用感度の変動幅が大きく低減され、低レベルの入力信号であってもＳ／Ｎ比の高い受信特性が得られるようになる。

また、図７（ａ）に示すように、前記インピーダンスマッチング回路５の後段にアッテネータ４が設けられ、前記アッテネータ４の入力インピーダンスが前記インピーダンスマッチング回路５の出力インピーダンスと整合されるように構成することが好ましく、強入力妨害があってもインピーダンスのミスマッチが生じないように減衰させて受信感度の低下を回避することができる。

具体的には、コンデンサＣ７を適当な値に設定し、所定の減衰量でコンデンサＣ８から見たインピーダンスマッチング回路側のインピーダンスと等しくなるようにコンデンサＣ８の容量を決定し、さらにコンデンサＣ９から見たときのインピーダンスマッチング回路側のインピーダンスと等しくなるようにコンデンサＣ９の容量を決定することにより敵差綱値が得られる。

例えば、図７（ｂ）に示すように、十分容量が大きく誤差範囲となるコンデンサＣ３，Ｃ６を無視して、コンデンサＣ７の値を２２ｐＦと設定したときに、合成容量Ｃｃｏｍ１が、Ｃｃｏｍ１＝（Ｃａｎｔ＋Ｃｆ）・Ｃ７／（Ｃａｎｔ＋Ｃｆ）＋Ｃ７ により、１８．０３ｐＦと求められ、２０ｄＢの減衰量に設定するとき、容量比Ｘ＝Ｃｃｏｍ１／（Ｃｃｏｍ１＋Ｃ８）、２０ｌｏｇＸ＝−２０ から、Ｃ８が１６２ｐＦと求められる。さらにＣ９から見た合成容量Ｃｃｏｍ２が、Ｃｃｏｍ２＝Ｃ８＋Ｃｃｏｍ１ により１８０ｐＦと求められ、同調回路から見たときの合成容量がアッテネータの有無で変化しないように、Ｃｃｏｍ３＝（Ｃｃｏｍ２・Ｃ９）／Ｃｃｏｍ２＋Ｃ９＝Ｃａｎｔ＋Ｃｆ から、Ｃ９＝２２５ｐＦと求められる。尚、Ｃａｎｔはアンテナ容量、Ｌ１，Ｃｆはインピーダンスマッチング回路のリアクタンス値、Ｃ３は配線容量である。

さらに、上述のインピーダンスマッチング回路を、図８に示すように、前記アンテナ１の近傍、例えば車体の後部ピラー部に配置することにより、配線容量による影響が低減され、安定した受信特性が確保できるようになり、同様に、前記インピーダンスマッチング回路及び前記アッテネータを含むアンテナ入力装置を前記アンテナ１の近傍に配置してもよい。

尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。

本発明によるアンテナ入力装置を含む受信装置の回路ブロック構成図 図１に示すインピーダンスマッチング回路の周波数特性の説明図 別実施形態を示すインピーダンスマッチング回路の構成図 別実施形態を示すインピーダンスマッチング回路の構成図 別実施形態を示すインピーダンスマッチング回路の構成図 図５に示すインピーダンスマッチング回路の実行感度の特性図 アッテネータの回路図 アンテナ入力装置の実装例を示す説明図 従来のインピーダンスマッチング回路の説明図

符号の説明

１：アンテナ（ガラスアンテナ）
２：受信機
３：アンテナ入力装置
４：アッテネータ
５：インピーダンスマッチング回路
６：制御部（制御回路）
５１：切替回路５１
５２：インピーダンス制御回路
Ｌ１・・・Ｌｃ：誘導性リアクタンス素子（コイル）
Ｄ１，Ｄ２：容量性リアクタンス素子（バリキャップダイオード）
Ｃ１・・・Ｃｍ：容量性リアクタンス素子（コンデンサ）

Claims (10)

1. アンテナと受信機の間で入力インピーダンスを整合させるインピーダンスマッチング回路を備えたアンテナ入力装置であって、
   前記インピーダンスマッチング回路が、接続態様が切替可能な複数のリアクタンス素子と、前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えることによりリアクタンスをステップ的に変化させる切替回路と、受信すべき同調周波数帯域に応じて前記切替回路を制御するインピーダンス制御回路とを備えて構成されているアンテナ入力装置。
2. 前記切替回路は少なくとも誘導性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されている請求項１記載のアンテナ入力装置。
3. 前記切替回路は少なくとも容量性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されている請求項１または２記載のアンテナ入力装置。
4. 前記切替回路は前記リアクタンス素子の接続態様を切り替えるＲＦ−ＭＥＭＳで構成されている請求項１から３の何れかに記載のアンテナ入力装置。
5. 前記リアクタンス素子に少なくともリアクタンスが連続的に可変な可変容量素子を備え、前記切替回路は誘導性リアクタンス素子の接続態様が切替可能に構成されるとともに各接続態様に応じて前記可変容量素子のリアクタンスが連続的に切替可能に構成されている請求項１記載のアンテナ入力装置。
6. 前記誘導性リアクタンス素子と前記可変容量素子とが並列接続され、前記可変容量素子の両端部からの出力を合成する合成回路を備えて構成されている請求項５記載のアンテナ入力装置。
7. 前記インピーダンスマッチング回路の前段にアッテネータが設けられている請求項１から６の何れかに記載のアンテナ入力装置。
8. 前記インピーダンスマッチング回路の後段にアッテネータが設けられ、前記アッテネータの入力インピーダンスが前記インピーダンスマッチング回路の出力インピーダンスと整合されている請求項１から６の何れかに記載のアンテナ入力装置。
9. 前記インピーダンスマッチング回路が前記アンテナの近傍に配置されている請求項１から６の何れかに記載のアンテナ入力装置。
10. 前記インピーダンスマッチング回路及び前記アッテネータが前記アンテナの近傍に配置されている請求項７または８記載のアンテナ入力装置。

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