JP2010011133A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ簡単な制御方法で送信周波数または受信周波数を２つの周波数帯間で切替えて通信できるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、アンテナ部２と、電源端子３と、時定数回路４とを具備する。アンテナ部２は、アンテナエレメント２５と印加電圧の値により容量が可変な可変容量素子２６とを含み、これらが協働して共振する。電源端子３は、可変容量素子２６に加える電圧を供給する。時定数回路４は、電源端子３の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、可変容量素子２６に加わる電圧を徐々に上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、より特定的には、アンテナの特性を切替える回路を有するアンテナ装置に関する。

従来からバリキャップダイオードの印加電圧を変更することにより共振周波数を調整し、送受信する電波の周波数を切替えるアンテナ装置が存在する。アンテナエレメントとバリキャップダイオード及びインダクタの共振回路を備えたアンテナ装置において、バリキャップダイオードの容量をＣとし、インダクタのインダクタンスをＬとすると、共振周波数ｆ_RESは数１に示される。ここでバリキャップダイオードの容量Ｃは、バリキャップダイオードに加える電圧の値により変化し、電圧が上がるとＣが下がる。従って、電圧を上げることによってＣが下がり、ｆ_RESが大きくなることを利用して、アンテナ装置の共振周波数を変化させることができる。

例えば、上記バリキャップダイオードを利用してアンテナ装置の共振周波数を可変にするアンテナ装置として、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１では、図９で示されるように、アンテナ導体部３５とＬＣ並列共振回路３４を直列に接続した構成としている。ＬＣ並列共振回路３４は、インダクタ３２とバリキャップダイオード３１で構成されている。電圧入力部３３に電圧を加えることで、バリキャップダイオード３１に電圧がかかり、バリキャップダイオード３１の容量が変化する。従って、共振周波数を可変としている。
特開２００２−７６７５０号公報

しかし、従来のバリキャップダイオードを用いて共振周波数を可変にする共振型アンテナでは、バリキャップダイオードに対して、共振周波数に応じた適切な印加電圧を付与する必要がある。つまり、送受信しようとする電波の周波数に応じて、印加電圧は適切な値に制御されなければならない。従って、バリキャップダイオードに供給する電圧の値を制御する装置が別途必要となるため、装置が大型化し、製造コストが高くなる。

それ故、本発明では、低コストかつ簡単な制御方法で送信周波数または受信周波数を２つの周波数帯間で切替えて通信できるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明は、相対的に高い周波数帯の電波と低い周波数帯の電波を送信または受信するアンテナ装置である。つまり、相対的に高い周波数帯と低い周波数帯（相異なる２つの周波数帯）の電波を送信または受信するアンテナ装置である。
第１の発明は、アンテナ部と、電源端子と、時定数回路とを具備する。アンテナ部は、アンテナエレメントと印加電圧の値により容量が可変な可変容量素子とを含み、これらが協働して共振する。電源端子は、可変容量素子に加える電圧を供給する。時定数回路は、電源端子の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、可変容量素子に加わる電圧を徐々に上昇させる。

この発明によれば、アンテナ装置は、電源端子の電圧のＯＮとＯＦＦを制御することによって、相対的に高い周波数帯と低い周波数帯（相異なる２つの周波数帯）の電波を送信または受信可能となる。即ち、電源端子の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、時定数回路により可変容量素子に加わる電圧が徐々に上昇する。このため、電源端子の電圧がＯＮになった直後は、可変容量素子に加わる電圧は低く、アンテナ部はその電圧に応じた共振周波数で共振する。一方、電源端子の電圧がＯＮになってから十分時間が経過すると、可変容量素子に加わる電圧は高くなり、アンテナ部はその電圧に応じた共振周波数で共振する。従って、電源端子の電圧のＯＮ／ＯＦＦを切替える簡単な制御でよいため、装置も簡素化することができ、相異なる２つの周波数帯間で送信周波数または受信周波数を切替えることを低コストで行うことができるアンテナ装置を提供することができる。

第２の発明では、第１の発明において、時定数回路は、直列に接続された抵抗とコンデンサを含んでもよい。抵抗とコンデンサのそれぞれ一端が可変容量素子とアンテナエレメントの接続点と接続され、コンデンサの他端が接地され、抵抗の他端が電源端子に接続されている。

この発明によれば、電源端子をＯＮにした場合、可変容量素子に加わる電圧が徐々に上昇させることができる。これにより、アンテナ装置は、低い周波数の電波を送信または受信することができる。

第３の発明では、第１の発明において、電源端子に加えられた電圧がＯＮからＯＦＦになった場合に、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するディスチャージ部をさらに備えていてもよい。

この発明によれば、コンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電することができる。これにより、容易に共振周波数を高い周波数から低い周波数に切替えることができる。

第４の発明では、第１の発明において、ディスチャージ部は、ＰＮＰトランジスタを含んでもよい。ＰＮＰトランジスタのベース端子が電源端子に接続される。ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子がコンデンサと抵抗の接続点に接続される。ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子が接地される。

この発明によれば、電源端子の電圧をＯＮからＯＦＦにした場合に、コンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電することができる。

第５の発明では、第１の発明において、時定数回路に、少なくとも１つの抵抗がコンデンサと並列にさらに接続された構成としてもよい。

この発明によれば、電源端子の電圧に対して、抵抗分圧を行うことができる。これにより、相対的に高い周波数帯の共振周波数と低い周波数帯の共振周波数を各々任意の値に容易に設定可能となる。

第６の発明では、第１の発明において、時定数回路が有する時定数は、相対的に低い方の周波数帯の電波の送信時間または受信時間よりも長くなるように設定されていてもよい。

この発明によれば、通信が途切れることなく低い方の周波数帯の電波を送信または受信することができる。

第７の発明では、第１の発明において、電源端子に供給される電圧は、アンテナ装置に接続された送信回路部または受信回路部に供給される電圧と同じであってもよい。

この発明によれば、別途電源端子の電圧を制御する装置を設ける必要がない。これにより、装置の簡素化、低コスト化を実現することができる。

第８の発明では、第１の発明において、可変容量素子は、バリキャップダイオードであってもよい。

この発明によれば、電圧の変化により静電容量を容易に変化させることができ、本アンテナ装置を簡素化することができる。

第９の発明は、第３の発明に係るアンテナ装置の使用方法である。第９の発明は、電源端子の電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返し切替えることによって、相対的に低い方の周波数帯の電波を継続して送信可能または受信可能としてもよい。

この発明によれば、共振周波数を低い方の周波数に固定することができる。

第１０の発明は、第３の発明に係るアンテナ装置の使用方法である。第１０の発明は、時定数回路が有する時定数よりも長い時間、電源端子の電圧がＯＮの状態を継続することによって、相対的に高い方の周波数帯の電波を継続して送信可能または受信可能としてもよい。

この発明によれば、共振周波数を高い方の周波数に固定することができる。

第１１の発明は、第３の発明に係るアンテナ装置の使用方法である。第１１の発明においては、時定数回路が有する時定数よりも長い時間、電源端子の電圧がＯＮの状態を継続することによって、相対的に高い方の周波数帯の電波を送信可能または受信可能な状態とし、その状態から電源端子の電圧をＯＦＦにし、再びＯＮにすることで、相対的に低い方の周波数帯の電波を送信可能または受信可能としてもよい。

この発明によれば、共振周波数を高い方の周波数から低い方の周波数に容易に切替えることができる。

第１２の発明は、アンテナエレメントと、スイッチング素子と、電源端子と、時定数回路とを備えるアンテナ装置である。スイッチング素子は、アンテナエレメントの一端と接地の間に介設される。電源端子は、スイッチング素子に加える電圧を供給する。時定数回路は、電源端子の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、スイッチング素子に加わる電圧を徐々に上昇させる。スイッチング素子は、電源端子の電圧をＯＦＦからＯＮにした直後は高周波を通さず、時定数回路が有する時定数よりも長い時間が経過したときは高周波を通す。

この発明によれば、電源端子の電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、アンテナ特性（アンテナの指向性）を変えることができる。即ち、電源端子の電圧をＯＮにした場合、時定数回路により、スイッチング素子に加わる電圧が徐々に上昇する。電源端子の電圧がＯＮになった直後は、スイッチング素子に加わる電圧は低いため、アンテナエレメントの一端は電気的に開放された状態となる。一方、電源端子の電圧がＯＮになってから十分時間が経過すると、スイッチング素子に加わる電圧は高くなり、アンテナエレメントの一端は接地された状態となり、アンテナ特性が変わる。従って、電源端子の電圧のＯＮ／ＯＦＦを切替えることで、アンテナ装置のアンテナ特性を変えることができる。

第１３の発明では、第１２の発明において、アンテナエレメントは、半ループ様のアンテナエレメントであってもよい。

この発明によれば、電源端子の電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、アンテナ装置は、異なる２つのアンテナ特性をもったアンテナ装置となる。即ち、電源端子の電圧をＯＮにした直後、アンテナ装置は、逆Ｆ型アンテナまたは逆Ｌ型アンテナのアンテナ特性を有する。また、十分時間が経過した後、アンテナ装置は、ループアンテナのアンテナ特性を有する。

第１４の発明では、第１２の発明において、時定数回路は、直列に接続された抵抗とコンデンサを含んでもよい。抵抗とコンデンサのそれぞれ一端がスイッチング素子とアンテナエレメントの接続点と接続される。コンデンサの他端が接地され、前記抵抗の他端が前記電源端子に接続される。

この発明によれば、電源端子の電圧をＯＮにした場合、スイッチング素子に加わる電圧を徐々に上昇させることができる。

第１５の発明では、第１４の発明において、電源端子に加えられた電圧がＯＮからＯＦＦになった場合に、コンデンサに蓄えられた電荷を放電するディスチャージ部をさらに備えてもよい。

この発明によれば、コンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電することができる。これにより、アンテナ特性をループアンテナから逆Ｌ型アンテナまたは逆Ｆ型アンテナに容易に切替えることができる。

第１６の発明では、第１４の発明において、ディスチャージ部は、ＰＮＰトランジスタを含んでもよい。このとき、ＰＮＰトランジスタのベース端子が電源端子に接続される。ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子がコンデンサと抵抗の接続点に接続される。ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子が接地される。

この発明によれば、電源端子の電圧をＯＮからＯＦＦにした場合に、コンデンサに蓄えられた電荷を急速に放電することができる。

第１７の発明では、第１２から第１６の発明において、スイッチング素子は、ピンダイオードであってもよい。

この発明によれば、電源端子の電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、アンテナエレメントの一端の短絡／開放を切替えることができる。

第１８の発明では、第１２から第１６の発明において、スイッチング素子は、スイッチングダイオードであってもよい。

この発明によれば、スイッチング素子として安価な素子を用いることによって、低コスト化することができる。

第１９の発明は、第１３の発明に係るアンテナ装置の使用方法である。第１９の発明においては、逆Ｌ型アンテナまたは逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性が必要な場合に、電源端子の電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返し切替えてもよい。

この発明によれば、アンテナ装置のアンテナ特性を逆Ｌ型アンテナもしくは逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性に固定することができる。

第２０の発明は、第１３の発明に係るアンテナ装置の使用方法である。第２０の発明においては、ループアンテナのアンテナ特性が必要な場合に、時定数回路が有する時定数よりも長い時間継続して電源端子の電圧をＯＮにしてもよい。

この発明によれば、アンテナ装置のアンテナ特性をループアンテナのアンテナ特性に固定することができる。

本発明によれば、電源端子に与える電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、共振周波数またはアンテナ特性を切替えるアンテナ装置を提供することができる。電源端子の電圧のレベルを細かく制御する制御手段を備える必要はなく、電源端子の電圧のＯＮ／ＯＦＦを切替える簡単な制御でよいため、アンテナ装置の簡素化、低コスト化を実現することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１から図６を用いて説明する。図１は第１の実施形態に係るアンテナ装置１の構成を示す図である。本実施形態に係るアンテナ装置１は、例えば自動車用のアンテナ装置として使用されることができる。

図１に示される第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、相対的に高い周波数帯の電波と低い周波数帯（相異なる２つの周波数帯）の電波を受信するアンテナ装置である。
アンテナ装置１は、アンテナ部２と、電源端子３と、時定数回路４と、ディスチャージ部５とを備えている。アンテナ部２はアンテナエレメント２５と可変容量素子２６で構成される。以下、各部分について説明するとともに、アンテナ装置１の動作について説明する。

アンテナ部２は、アンテナエレメント２５と印加電圧の値により容量が可変な可変容量素子２６とを含み、これらが協働して共振する。本実施形態では、可変容量素子２６として、バリキャップダイオードが用いられる。アンテナエレメント２５の一端と可変容量素子２６の一端が接続され、可変容量素子２６の他端は接地されている。アンテナエレメント２５と可変容量素子２６の接続点は、抵抗２２とコンデンサ２３の接続点に、インダクタ２４を介して接続される。アンテナ部２に接続された受信回路部６は、アンテナ部２を介して外部から送信された電波を受信する。アンテナエレメント２５のインダクタンスをＬ_A（Ｈ）、可変容量素子２６の静電容量をＣ₀（Ｆ）とする。

なお、アンテナ部２は上述のようにアンテナエレメント２５と可変容量素子２６によって共振するが、可変容量素子２６と並列にインダクタ（図示せず）をさらに接続して共振させてもよい。アンテナエレメント２５は、ダイポールアンテナ、ループアンテナやマイクロストリップアンテナ等様々な形態のアンテナが採用され得る。また、可変容量素子２６は、電圧により容量が可変な素子であればどのようなものでも採用され得る。

ここで、図３を用いて可変容量素子２６にかかる電圧とアンテナ装置１の共振周波数の関係について説明する。図３は可変容量素子２６の印加電圧Ｖと静電容量Ｃの関係を模式的に示した図である。

図３で示されるように、可変容量素子２６の静電容量Ｃは、印加電圧Ｖが増加するに従って小さくなる。今、可変容量素子２６にＶ₀（Ｖ）の電圧を印加した場合の静電容量をＣ₀（Ｆ）とすると、アンテナ装置１の共振周波数ｆ_RESはｆ_RES＝１／｛２π（Ｌ_A・Ｃ₀）^1/2｝で求められる。ここで、可変容量素子２６の電圧がＶ₀’（Ｖ）に上昇すると、可変容量素子２６の静電容量の値はＣ₀’（Ｆ）に低下する。このときのアンテナ装置１の共振周波数ｆ_RES’はｆ_RES’＝１／｛２π（Ｌ_A・Ｃ₀’）^1/2｝となり、共振周波数ｆ_RES’は可変容量素子２６の印加電圧がＶ₀（Ｖ）のときよりも高くなる。つまり、可変容量素子２６の印加電圧Ｖを大きくすると、アンテナ装置１の共振周波数を高くすることができる。

電源端子３は、可変容量素子２６に加える電圧を供給するためのものである。電源端子３は、図示しない電圧供給源（例えば車載バッテリ）から電圧が供給され、電圧のＯＮ／ＯＦＦを切替えられる。ＯＮの場合は、前記電圧供給源から電圧値Ｖｃｃ（Ｖ）が供給され、ＯＦＦの場合は、０（Ｖ）とされる。本実施形態では、電圧値Ｖｃｃ（Ｖ）は受信回路部６に供給される電圧値と同じに設定される。つまり、受信回路部６と電源端子３には、共通の電源電圧が供給される。従って、電波を受信する必要がある場合は、受信回路部６はＯＮにされ、同時に電源端子３もＯＮにされる。電波を受信する必要がない場合は、受信回路部６はＯＦＦにされ、電源端子３の電圧もＯＦＦにされる。

時定数回路４は、電源端子３の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、可変容量素子２６に加わる電圧を徐々に上昇させるためのものである。時定数回路４は、直列に接続された抵抗２２とコンデンサ２３で構成される。抵抗２２とコンデンサ２３のそれぞれ一端が、可変容量素子２６とアンテナエレメント２５の接続点に、インダクタ２４を介して接続される。コンデンサ２３の他端が接地され、抵抗２２の他端が電源端子３に接続されている。抵抗２２の抵抗値をＲ₁（Ω）とし、コンデンサ２３の静電容量をＣ₁（Ｆ）とする。このように構成されたＲＣ回路の時定数τ₁（sec）は、τ₁＝Ｒ₁・Ｃ₁で求められる。ここで時定数τ₁とは、回路の応答の速さを表すものであり、電圧を加えた瞬間から定常値の約６３．２％に達するまでの時間を表す。

図２は、電源端子３の電圧がＯＮになった瞬間から定常値になるまでの間、コンデンサ２３にかかる電圧の時間的変化を模式的に表した図である。横軸は時間ｔ、縦軸はコンデンサ２３にかかる電圧Ｖを示す。図２で示されるように、コンデンサ２３にかかる電圧は、電源端子３の電圧がＯＮになった瞬間から徐々に増加していき、やがて定常値になる。時定数τ₁はこの定常値の約６３．２％になるまでの時間を示す。従って、時定数回路４を設けることでコンデンサ２３にかかる電圧を緩やかに増加させ、定常値になるまでの時間を遅らせることができる。つまり、時定数回路４を設けることにより、可変容量素子２６にかかる電圧を、緩やかに増加させ、定常値になるまでの時間を遅らせることができる。

なお、本実施形態では、時定数回路４は抵抗２２とコンデンサ２３を用いたＲＣ回路で構成されているが、抵抗とインダクタ（図示しない）を用いたＲＬ回路でも構成されることができる。

ディスチャージ部５は、電源端子３に加えられた電圧がＯＮからＯＦＦになった場合に、コンデンサ２３に蓄えられた電荷を放電するためのものである。ディスチャージ部５は、ＰＮＰトランジスタ２７で構成される。図１に示されるように、ＰＮＰトランジスタ２７のエミッタ端子は抵抗２２とコンデンサ２３の接続点に接続され、コレクタ端子は接地されている。また、ＰＮＰトランジスタ２７のベース端子は電源端子３に接続されている。電源端子３の電圧をＯＮにした瞬間から、コンデンサ２３に徐々に電荷が蓄積され、十分に時間が経過すると、コンデンサ２３に完全に電荷が蓄積される。次に電源端子３の電圧をＯＮからＯＦＦにするとＰＮＰトランジスタ２７のベース端子の電圧が下がり、ＰＮＰトランジスタ２７がＯＮとなる。すると、コンデンサ２３に蓄えられた電荷は、ＰＮＰトランジスタ２７を経由してグランドに放電される。このようにして、電源端子３の電圧をＯＦＦにした場合に、コンデンサ２３に蓄積された電荷を急速放電することができる。

以上がアンテナ装置１の各部の説明である。なお、第１の実施形態に係るアンテナ装置１では、図１に示されるように、電源端子３のデカップリングのためにコンデンサ２１が電源端子３と接地の間に介設されている。また、アンテナ部２で受信した電波が効率よく受信回路部６へ導かれるように、アンテナ部２の共振周波数において高いインピーダンスとなるインダクタ２４が、時定数回路４とアンテナ部２の間に介設されている。

次にアンテナ装置１の共振周波数の切替え動作について図４から図６を用いて説明する。

図４は、電源端子３の電圧をＯＮにした直後から十分時間が経過するまでの共振周波数の変化を示す図である。電源端子３の電圧をＯＦＦからＯＮにした場合、上述したように、可変容量素子２６にかかる電圧は、時定数回路４によって徐々に大きくなり、最終的に略Ｖｃｃ（Ｖ）となる。電源端子３の電圧をＯＮにした直後（図４の（１）参照）は、上述したように可変容量素子２６にかかる電圧は低いため、アンテナ装置１の共振周波数は低い。電源端子３の電圧をＯＮにした直後の低い共振周波数をｆ_Lとする。電源端子３の電圧をＯＮにしてから時定数τ₁よりも十分時間が経過する（図４の（２）参照）と、可変容量素子２６にかかる電圧は略Ｖｃｃ（Ｖ）に上昇するため、アンテナ装置１の共振周波数は高くなる。電源端子３の電圧をＯＮにしてから十分時間が経過し、可変容量素子２６にかかる電圧が略Ｖｃｃ（Ｖ）になった場合の高い共振周波数をｆ_Hとする。図４で示されるように、電源端子３の電圧をＯＮにした直後、共振周波数は低い周波数ｆ_Lになる。電源端子３の電圧をＯＮにしてから十分時間が経過した後、共振周波数は高い周波数ｆ_Hになる。電源端子３の電圧をＯＮにした直後から十分時間が経過するまでの間は、共振周波数はｆ_Lからｆ_Hまで連続的に変化する。

次に、アンテナ装置１の共振周波数を低い周波数ｆ_Lに保持する方法について述べる。電源端子３の電圧がＯＦＦの状態で、時定数回路４のコンデンサ２３に電荷が蓄積されていない状態を初期状態と呼ぶこととする。初期状態から電源端子３の電圧をＯＮにした直後は、アンテナ装置１の共振周波数は低い周波数ｆ_Lとなる。電源端子３の電圧をＯＮにした状態が継続すると、上述したようにコンデンサ２３に徐々に電荷が蓄積され、可変容量素子２６に加わる電圧が上昇し、共振周波数は高くなる。ここで電源端子３の電圧をＯＮからＯＦＦにすると、上述したように、コンデンサ２３に蓄えられた電荷が、ディスチャージ部５を経由して急速放電され、初期状態に戻る。再び電源端子３の電圧をＯＮにすることで共振周波数は低い周波数ｆ_Lとなる。従って、電源端子３の電圧がＯＮの時間が、低い周波数ｆ_Lが保持されるような短い時間で、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し切替えることによって、アンテナ装置１の共振周波数は、低い周波数ｆ_L近傍を往復するようになる。つまり、共振周波数を低い周波数ｆ_Lに保持するためには、電源端子３の電圧がＯＮの時間が、所定の第１時間より短い時間で、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し切替えればよい。ここで所定の第１時間とは、可変容量素子２６の静電容量Ｃの値が、電源端子３の電圧をＯＮにした直後の値からほとんど変化しない程度の時間であり、例えば、τ₁／１０程度以下の時間である。

次に、アンテナ装置１の共振周波数を高い周波数ｆ_Hに保持する方法について述べる。上述したように、電源端子３の電圧をＯＮにしてから十分時間が経過すると、可変容量素子２６には略Ｖｃｃ（Ｖ）の電圧がかかり、共振周波数はｆ_Hとなる。共振周波数を高い周波数ｆ_Hに保持するためには、時定数τ₁よりも十分長い時間、電源端子３の電圧がＯＮの状態を保持すればよい。

さらに、アンテナ装置１の共振周波数を高い周波数ｆ_Hから低い周波数ｆ_Lに切替えるためには、電源端子３の電圧をＯＮからＯＦＦにし、時定数回路４のコンデンサ２３に蓄えられた電荷がディスチャージ部５を経由して急速放電した後、再び電源端子３の電圧をＯＮにすればよい。

これらアンテナ装置１の共振周波数の切替え方を、図５を用いて説明する。図５は、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦの切替え方の違いによる、共振周波数の違いを表した図である。横軸は時間を表し、縦軸は電源端子３の電圧の値を表している。電源端子３の電圧がＯＮの間の時間をｔｄとする。図５に示されるように、ｔｄが時定数回路４の有する時定数τ₁よりも十分小さく、かつ、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し切替えた場合、アンテナ装置１は、継続して低い周波数ｆ_Lの電波を受信可能となる。

また、図５に示されるように、電源端子３の電圧がＯＮの状態が十分長く継続する場合、つまりｔｄが時定数τ₁よりも十分大きい場合は、アンテナ装置１の共振周波数は低い周波数ｆ_Lから高い周波数ｆ_Hにシフトし、その後は高い周波数ｆ_Hの電波を継続して受信可能な状態となる。

さらに、共振周波数が高い周波数ｆ_Hの状態から電源端子３の電圧をＯＦＦにすると、上述したように時定数回路４のコンデンサ２３に蓄積された電荷がディスチャージ部５を介して放電される。図５に示されるように、再び電源端子３の電圧をＯＮにすると、共振周波数は低い周波数ｆ_Lとなる。

次に第１の実施形態に係るアンテナ装置１の利用例について説明する。第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、例えば、車両に搭載されるスマートエントリーシステムとＴＰＭＳ（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の電波受信に用いられる。図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１を、スマートエントリーシステムとＴＰＭＳで用いた場合の電源端子３の電圧を表した図である。

スマートエントリーシステムは、車両に搭載されたアンテナ装置１に対して、電波を送受信可能なキーから電波を送信し、車両のドアの開錠／施錠等をシステムである。一方、ＴＰＭＳは、タイヤに装着されたセンサーから車両に搭載されたアンテナ装置１に対して電波を送信し、車両走行時のタイヤの圧力情報を車両に送信するシステムである。

スマートエントリーシステムで使用される電波の周波数帯は、ＴＰＭＳで使用される電波の周波数帯よりも低く設定されている。つまり、スマートエントリーシステムで使用する周波数がアンテナ装置１の低い方の周波数ｆ_L、ＴＰＭＳで使用する周波数がアンテナ装置１の高い方の周波数ｆ_Hとなるように、アンテナ装置１のアンテナエレメント２５のインダクタンスＬ_A（Ｈ）、可変容量素子２６の容量Ｃ₀（Ｆ）が設定される。

スマートエントリーシステムの受信回路部６は、車両のエンジンが停止されている間、キーからの電波を受信可能な状態である必要がある。しかし、エンジン停止中に常に受信回路部６の電圧をＯＮにしておくと、バッテリの電力消費が大きくなる。そこで、本実施形態では、車両のエンジンが停止されている間の受信回路部６は、一定間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰り返される。このように受信回路部６の電圧を制御することによって、エンジン停止中のバッテリの電力消費を小さくすることが可能である。

上述のように、本実施形態に係るアンテナ装置１では、受信回路部６と電源端子３の電圧が共通化され、電源端子３の電圧が時定数回路４を介してアンテナ部２に供給されている。これにより、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを制御するための回路を別途設けることなく、継続的にキーからの電波を受信可能な状態に保持することができる。

例えば図６に示されるように２００ｍｓ間隔で電源端子３の電圧をＯＮにし、キーからの電波を受信可能とする。キーからの電波がない場合は、電源端子３の電圧を例えば１５ｍｓの間ＯＮにしてから、ＯＦＦにする。このように電源端子３の電圧のＯＮとＯＦＦを一定間隔で繰り返し切替えることによって、スマートエントリーシステムで使用する周波数の電波を受信可能となる。キーからの電波があった場合、電源端子３の電圧を、例えば５００ｍｓの間ＯＮの状態にする。ここで、時定数回路４の時定数τ₁は、スマートエントリーシステムで行う通信が開始されてから完了するまでの通信の最大の継続時間より十分長く、設定される。つまり、時定数τ₁がスマートエントリーシステムで行う通信の最大継続時間よりも十分長い時間となるように、時定数回路４の抵抗２２の抵抗値およびコンデンサ２３の静電容量が設定される。例えば、τ₁は１０（sec）に設定されてもよい。

次に、車両のエンジンが始動された場合（イグニッションがＯＮにされた場合）、電源端子３の電圧をＯＮにし、ＯＮの状態を保持する。電源端子３の電圧をＯＮにしてから十分時間が経過した場合（例えば、１分経過した場合）は、アンテナ装置１は、高い方の周波数ｆ_Hで共振し、ＴＰＭＳで使用する電波を受信可能となる。ＴＰＭＳでは車両走行中のタイヤの圧力情報を常時モニタリングする必要があるため、車両走行中は、電源端子３の電圧はＯＮの状態に保持される。なお、車両が走行中であるため、バッテリの電力消費を考慮する必要はない。次に、車両のエンジンが停止した場合（イグニッションがＯＦＦにされた場合）、電源端子３の電圧をＯＦＦにし、再び電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し切替えることによって、低い方の周波数ｆ_Lを受信可能となる。なお、アンテナ装置１は、同時に高い方の周波数の電波と低い方の周波数の電波を受信可能な状態にすることができないが、本利用例では、この点では問題ない。つまり、スマートエントリーシステムが電波を受信する必要があるのは、エンジンが停止している状態の場合であり、ＴＰＭＳが電波を受信する必要があるのは、車両が走行中の場合であるからである。

以上のようにして、第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、車両に搭載されるアンテナ装置として利用可能である。なお、第１の実施形態に係るアンテナ装置１が受信可能とする２つの電波は、上記スマートエントリーシステムとＴＰＭＳで使用される電波に限られない。また、本アンテナ装置１は、車両に搭載されるアンテナ装置に利用されるのみならず、その他の用途としても利用可能であることは言うまでもない。

なお、第１の実施形態に係るアンテナ装置１において、ディスチャージ部５を有しない構成も可能である。しかしこの場合、時定数回路４のコンデンサ２３に蓄えられた電荷を急速放電することができないため、短い時間で電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すとコンデンサ２３には電荷が蓄えられ続ける。そのため、共振周波数をｆ_Lにするためには、コンデンサ２３に蓄えられた電荷が時間経過により放電されるまで待つ必要がある。同様に共振周波数を高い周波数ｆ_Hから低い周波数ｆ_Lに切替えるためには、電源端子３の電圧をＯＦＦにしてから時間経過によりコンデンサ２３に蓄えられた電荷が放電された後、再び電源端子３の電圧をＯＮにする必要がある。

また、電源端子３に加える電圧を供給する電圧供給源は、車載バッテリ以外の電源であってもよい。さらに、電源端子３に加える電圧は、第１の実施形態では受信回路部６に供給される電圧と同じであるとしたが、異なっていてもよい。電源端子３に加える電圧と受信回路部６に加える電圧が異なる場合、受信回路部６と電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦはそれぞれ別々に制御される。電源端子３の電圧をＯＦＦにした状態でも、受信回路部６の電圧がＯＮの状態であれば、低い周波数ｆ_Lの電波を受信することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。第２の実施形態に係るアンテナ装置１０では、第１の実施形態に係るアンテナ装置１の時定数回路４が、図７に示されるように、時定数回路４０に置換されており、その他の部分については、同じ構成である。そのため、これら同じ構成については、第１の実施形態に係るアンテナ装置１の各部と同一の符号を付し、説明は省略する。

図７に示されるように、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０は、時定数回路４０に少なくとも１つの抵抗２８がコンデンサ２３と並列にさらに接続されている。図７に示されるように、抵抗２８の一端はコンデンサ２３と抵抗２２の接続点に接続されている。また、抵抗２８の他端は接地されている。第２の実施形態に係るアンテナ装置１０の特徴的なところは、抵抗２８を設けることにより、電源端子３の電圧値Ｖｃｃ（Ｖ）に対して抵抗分圧を行うことである。これにより、可変容量素子２６にかかる電圧を任意の値に設定することができ、共振周波数を任意に設定することができる。

抵抗２８の抵抗値をＲ₂（Ω）、抵抗２２の抵抗値をＲ₁（Ω）とし、コンデンサ２３の静電容量をＣ₁（Ｆ）とする。このように構成された時定数回路４の時定数τ₂（sec）は、τ₂＝Ｒ₁・Ｒ₂・Ｃ₁／（Ｒ₁＋Ｒ₂）で求められる。

電源端子３に電圧Ｖｃｃ（Ｖ）を加え、時定数τ₂よりも十分時間が経過した後の可変容量素子２６にかかる電圧Ｖｎ（Ｖ）は、Ｖｎ＝Ｒ₂・Ｖｃｃ／（Ｒ₁＋Ｒ₂）となる。この場合、可変容量素子２６の静電容量は、電圧Ｖｎに対応した値Ｃｎ（Ｆ）となる。この場合、アンテナ装置１０の共振周波数ｆｎはｆｎ＝１／｛２π（Ｌ_A・Ｃｎ）^1/2｝となる。よって、アンテナ装置１０の共振周波数は、抵抗２８の抵抗値Ｒ₂に応じて変化する。

上述したように、抵抗２８を設けることによって、共振周波数ｆｎは任意に設定されることができる。図１に示される第１の実施形態に係るアンテナ装置１の場合、高い方と低い方の共振周波数は、アンテナエレメント２５と可変容量素子２６の選択により、決定される。一方、第２の実施形態に係るアンテナ装置１０では、抵抗２８を設けることにより、所望の共振周波数ｆｎを得ることが可能である。つまり、アンテナエレメント２５と可変容量素子２６の特性を調整しなくても抵抗２８の抵抗値を調整することによって、容易に共振周波数を設定することが可能となる。

さらに抵抗２８を可変抵抗にすることによって、２つの共振周波数を可変とすることができる。可変抵抗は、マニュアル可変であっても、予め設定された値を自動で切替えるものであってもよい。

なお、本実施形態では、１つの抵抗２８をコンデンサ２３に並列に接続しているが、複数の抵抗を接続してもよい。

（第３の実施形態）
次に第３の実施形態について説明する。図８は第３の実施形態に係るアンテナ装置１１の構成を示す図である。

図８に示されるように、第３の実施形態に係るアンテナ装置１１は、アンテナエレメント３０と、スイッチング素子２９と、電源端子３と、時定数回路４と、ディスチャージ部５とを備えている。第３の実施形態に係るアンテナ装置１１では、図１に示される第１の実施形態に係るアンテナ装置１のアンテナエレメント２５と可変容量素子２６がそれぞれ置換されている。すなわち、アンテナエレメント２５がアンテナエレメント３０に、可変容量素子２６がスイッチング素子２９にそれぞれ置換されている。その他の部分については、同じ構成であるため、第１の実施形態に係るアンテナ装置１と同一の符号を付し、説明は簡略化する。

図８に示されるように、第３の実施形態に係るアンテナ装置１１では、アンテナエレメント３０は、半ループ様のアンテナエレメントである。アンテナエレメント３０の一端にはスイッチング素子２９が接続されている。

なお、スイッチング素子２９と並列に容量素子（図示せず）をさらに接続して、アンテナエレメント３０と共振させてもよい。さらに、スイッチング素子２９と並列にインダクタ（図示せず）を接続して共振させてもよい。

スイッチング素子２９は、電源端子３の電圧をＯＦＦからＯＮにした直後は高周波を通さず、時定数回路４が有する時定数よりも長い時間が経過したときは高周波を通す。本実施形態では、スイッチング素子２９は、ピンダイオードまたはスイッチングダイオードで構成される。スイッチング素子２９のアノードはアンテナエレメント３０の一端に接続され、カソードは接地されている。

このように接続されたスイッチング素子２９は、電圧が加わらない場合にはインピーダンスが大きく、ＯＦＦの状態であり、アンテナエレメント３０の一端はほぼ開放された状態となる。この場合、アンテナエレメント３０は、一端が開放された逆Ｆ型アンテナと同様の指向性を有するアンテナとなる。なお、図８に示されるように、本実施形態ではアンテナエレメント３０の他端は接地されているが、接地されなくてもよい。アンテナエレメント３０の他端が接地されず、かつ一端がほぼ開放された状態の場合は、逆Ｌ型アンテナとなる。

一方、スイッチング素子２９に電圧が加わった場合には、スイッチング素子２９はインピーダンスが小さく、ＯＮの状態であり、アンテナエレメント３０の一端はほぼ接地された状態となる。この場合、アンテナエレメント３０は、接地面との間で鏡像を作り、ループアンテナと同様の指向性を有するアンテナとなる。

電源端子３は、スイッチング素子２９に加える電圧を供給するためのものである。第１の実施形態と同様、電源端子３に加える電圧は、受信回路部６と共通化され、電圧のＯＮ／ＯＦＦが切替えられる。

時定数回路４は、電源端子３の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、スイッチング素子２９に加わる電圧を徐々に上昇させるためのものである。第３の実施形態では、第１の実施形態における可変容量素子２６がスイッチング素子２９に置換されている。時定数回路４の構成および動作については、第１の実施形態に係るアンテナ装置１と同様であるため、説明は省略する。なお、時定数回路４の有する時定数をτ₃とする。

次に、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦの切替えによる、アンテナ特性（アンテナの指向性）の切替えについて説明する。

電源端子３の電圧をＯＮにした場合、時定数回路４によって、スイッチング素子２９にかかる電圧は徐々に上昇する。電源端子３の電圧をＯＮにした直後は、スイッチング素子２９にかかる電圧は小さく、スイッチング素子２９はＯＦＦの状態である。従って、アンテナエレメント３０の一端はほぼ開放された状態となり、アンテナ装置１１は、逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性となる。アンテナ装置１１のアンテナ特性を逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性に保持するためには、電源端子３の電圧がＯＮの時間が、所定の第２時間より短い時間で、電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し切替えればよい。ここで所定の第２時間とは、スイッチング素子２９の高いインピーダンスがほとんど変化しない時間であり、例えば、τ₃／１０程度以下の時間である。

一方、電源端子３の電圧をＯＮにしてから十分時間が経過すると、スイッチング素子２９にかかる電圧は略Ｖｃｃとなり、スイッチング素子２９はＯＮの状態となる。従って、アンテナエレメント３０の一端はほぼ接地された状態となり、アンテナ装置１１は、ループアンテナのアンテナ特性となる。アンテナ装置１１のアンテナ特性をループアンテナのアンテナ特性に保持するためには、時定数τ₃よりも十分長い時間電源端子３の電圧がＯＮの状態を保持すればよい。

さらに、ループアンテナのアンテナ特性の状態から逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性に切替えるためには、電源端子３の電圧をＯＦＦにし、時定数回路４のコンデンサ２３に蓄えられた電荷がディスチャージ部５を経由して急速放電した後、再び電源端子３の電圧をＯＮにすればよい。

次に、第３の実施形態に係るアンテナ装置１１の利用例について説明する。第３の実施形態に係るアンテナ装置１１は、例えば、車両に搭載されるスマートエントリーシステムとＴＰＭＳに利用される。

スマートエントリーシステムでは、車両から離れた任意の位置にあるキーからの電波を受信できることが好ましい。そのため、スマートエントリーシステムに利用されるアンテナとしては、無指向性のアンテナが好ましい。よって、本アンテナ装置１１をスマートエントリーシステムに利用する場合は、上述したように、逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性となるように電源端子３の電圧のＯＮ／ＯＦＦが短い時間で繰り返し切替えられる。

一方、ＴＰＭＳでは、位置が固定されたタイヤに装着されたセンサーからの電波を受信する必要がある。そのため、ＴＰＭＳに利用されるアンテナとしては、特定の方向からの電波を受信できるアンテナであることが好ましい。よって、本アンテナ装置１１をＴＰＭＳに利用する場合は、上述したように、ループアンテナのアンテナ特性となるように電源端子３の電圧がＯＮの状態に保持される。

以上のように、第３の実施形態に係るアンテナ装置１１は、車両に搭載されるスマートエントリーシステムとＴＰＭＳに利用される。なお、本実施形態に係るアンテナ装置１１は、上述したスマートエントリーシステムとＴＭＰＳに限られず、異なる２つのアンテナ特性を必要とする様々なシステムに利用される。また、本アンテナ装置１１は、車両に搭載されるアンテナ装置に利用されるのみならず、その他の用途としても利用可能であることは言うまでもない。

なお、第３の実施形態に係るアンテナ装置１１において、第１の実施形態と同様、ディスチャージ部５を有しない構成も可能である。

また、第１の実施形態と同様、電源端子３に加える電圧を供給する電圧供給源は、車載バッテリ以外の電源であってもよい。さらに、電源端子３に加える電圧は、第３の実施形態では受信回路部６に供給される電圧と同じであるとしたが、異なっていてもよい。

なお、上記各実施形態に係るアンテナ装置は受信用アンテナ装置に係るものであるが、これらを送信用アンテナ装置に変更してもよい。例えば、受信回路部６を送信回路部（図示せず）に変更することで、送信用アンテナ装置に変更することができる。

以上のように、本発明では、簡単な電圧の制御により、アンテナの共振周波数もしくはアンテナ特性を変えるアンテナ装置を提供することができる。例えば、車両に搭載されるアンテナ装置として利用されることができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図 第１の実施形態におけるコンデンサの印加電圧の時間的変化を模式的に表した図 第１の実施形態における可変容量素子の印加電圧Ｖと静電容量Ｃの関係を模式的に示した図 第１の実施形態における電源端子の電圧をＯＮにした直後から十分時間が経過するまでの共振周波数の変化を示す図 第１の実施形態における電源端子の電圧のＯＮ／ＯＦＦの切替え方の違いによる、共振周波数の違いを表した図 第１の実施形態に係るアンテナ装置をスマートエントリーシステムとＴＰＭＳで用いた場合の電源端子の電圧を表した図 第２の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図 第３の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図 従来のアンテナ装置の構成を示す図

符号の説明

１、１０、１１ アンテナ装置
２ アンテナ部
３ 電源端子
４ 時定数回路
５ ディスチャージ部
６ 受信回路部
２１、２３ コンデンサ
２２、２８ 抵抗
２４、３２ インダクタ
２５、３０、３５ アンテナエレメント
２６ 可変容量素子
２７ ＰＮＰトランジスタ
２９ スイッチング素子
３１ バリキャップダイオード
３４ ＬＣ並列共振回路

Claims (20)

1. 相対的に高い周波数帯の電波と低い周波数帯の電波を送信または受信するアンテナ装置であって、
   アンテナエレメントと印加電圧の値により容量が可変な可変容量素子とを含み、これらが協働して共振するアンテナ部と、
   前記可変容量素子に加える電圧を供給する電源端子と、
   前記電源端子の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、前記可変容量素子に加わる電圧を徐々に上昇させる時定数回路とを備えた、アンテナ装置。
2. 前記時定数回路は、直列に接続された抵抗とコンデンサを含み、前記抵抗と前記コンデンサのそれぞれ一端が前記可変容量素子と前記アンテナエレメントの接続点と接続され、前記コンデンサの他端が接地され、前記抵抗の他端が前記電源端子に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記電源端子に加えられた電圧がＯＮからＯＦＦになった場合に、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するディスチャージ部をさらに備えたことを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記ディスチャージ部は、ＰＮＰトランジスタを含み、前記ＰＮＰトランジスタのベース端子が前記電源端子に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子が前記コンデンサと前記抵抗の接続点に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子が接地されたことを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記時定数回路に、少なくとも１つの抵抗が前記コンデンサと並列にさらに接続されたことを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ装置。
6. 前記時定数回路が有する時定数は、相対的に低い方の周波数帯の電波の送信時間または受信時間よりも長くなるように設定された、請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 前記電源端子に供給される電圧は、前記アンテナ装置に接続された送信回路部または受信回路部に供給される電圧と同じであることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
8. 前記可変容量素子は、バリキャップダイオードであることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
9. 請求項３に記載のアンテナ装置の使用方法であって、
   前記電源端子の電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返し切替えることによって、相対的に低い方の周波数帯の電波を継続して送信可能または受信可能とする、アンテナ装置の使用方法。
10. 請求項３に記載のアンテナ装置の使用方法であって、
    前記時定数回路が有する時定数よりも長い時間、前記電源端子の電圧がＯＮの状態を継続することによって、相対的に高い方の周波数帯の電波を継続して送信または受信可能とする、アンテナ装置の使用方法。
11. 請求項３に記載のアンテナ装置の使用方法であって、
    前記時定数回路が有する時定数よりも長い時間、前記電源端子の電圧がＯＮの状態を継続することによって、相対的に高い方の周波数帯の電波を送信可能または受信可能な状態とし、その状態から前記電源端子の電圧をＯＦＦにし、再びＯＮにすることで、相対的に低い方の周波数帯の電波を送信可能または受信可能とする、アンテナ装置の使用方法。
12. アンテナエレメントと、
    前記アンテナエレメントの一端と接地の間に介設されたスイッチング素子と、
    前記スイッチング素子に加える電圧を供給する電源端子と、
    前記電源端子の電圧がＯＦＦからＯＮになった場合に、前記スイッチング素子に加わる電圧を徐々に上昇させる時定数回路とを備え、
    前記スイッチング素子は、前記電源端子の電圧をＯＦＦからＯＮにした直後は高周波を通さず、前記時定数回路が有する時定数よりも長い時間が経過したときは高周波を通す、アンテナ装置。
13. 前記アンテナエレメントは、半ループ様のアンテナエレメントであることを特徴とする、請求項１２に記載のアンテナ装置。
14. 前記時定数回路は、直列に接続された抵抗とコンデンサを含み、前記抵抗と前記コンデンサのそれぞれ一端が前記スイッチング素子と前記アンテナエレメントの接続点と接続され、前記コンデンサの他端が接地され、前記抵抗の他端が前記電源端子に接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載のアンテナ装置。
15. 前記電源端子に加えられた電圧がＯＮからＯＦＦになった場合に、前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電するディスチャージ部をさらに備えたことを特徴とする、請求項１４に記載のアンテナ装置。
16. 前記ディスチャージ部は、ＰＮＰトランジスタを含み、前記ＰＮＰトランジスタのベース端子が前記電源端子に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタ端子が前記コンデンサと前記抵抗の接続点に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタ端子が接地されたことを特徴とする、請求項１４に記載のアンテナ装置。
17. 前記スイッチング素子は、ピンダイオードであることを特徴とする、請求項１２乃至１６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
18. 前記スイッチング素子は、スイッチングダイオードであることを特徴とする、請求項１２乃至１６のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
19. 請求項１３に記載のアンテナ装置の使用方法であって、
    逆Ｌ型アンテナまたは逆Ｆ型アンテナのアンテナ特性が必要な場合に、前記電源端子の電圧のＯＮとＯＦＦを繰り返し切替える、アンテナ装置の使用方法。
20. 請求項１３に記載のアンテナ装置の使用方法であって、
    ループアンテナのアンテナ特性が必要な場合に、前記時定数回路が有する時定数よりも長い時間継続して前記電源端子の電圧をＯＮにすることを特徴とする、アンテナ装置の使用方法。

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