JP2010193010A

JP2010193010A - 送受信機、及び該送受信機を有する電子キー

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Publication number: JP2010193010A
Application number: JP2009033107A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Hattori; 貴幸服部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-09-02
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: DE102010000386B4; JP5375158B2; DE102010000386A1; US8598983B2; US20100207725A1

Abstract

【課題】回路基板の大型化が抑制された送受信機、及び該送受信機を有する電子キーを提供する。
【解決手段】回路基板に、受信アンテナと、送信アンテナと、が実装された送受信機であって、受信アンテナは、それぞれの軸方向が垂直の関係である複数のコイルアンテナと、該コイルアンテナを構成する細線が巻回された保持部材と、を有し、該保持部材に設けられ、回路基板の配線と接続された端子は、コイルアンテナと接続される第１端子と、送信アンテナと接続される第２端子と、を有し、送信アンテナは、回路基板の厚さ方向に伸び、電気的に独立した第２端子それぞれと自身の一端とが電気的に接続された２つの垂直部と、厚さ方向に対して垂直な方向に伸び、垂直部それぞれの他端と自身の両端部とが電気的に接続された水平部と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、回路基板に、受信アンテナ、及び送信アンテナが実装された送受信機、及び該送受信機を有する電子キーに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、プリント基板にアンテナが実装された送信機が提案されている。該アンテナは、断面コの字状の導電性プレートと、一部が切断されたループ状をなし、その切断部が導電性プレートの両端部と電気的に接続された配線パターンと、を有する。

そして、導電性プレートにおけるプリント基板の厚さ方向に流れる電流によって、プリント基板の厚さ方向に沿う偏波が送信され、配線パターンを流れる電流、及び導電性プレートにおけるプリント基板の表面に沿う方向に流れる電流によって、プリント基板の表面に沿う偏波が送信されるようになっている。このように、特許文献１に示される送信機は、アンテナにて、互いに垂直の関係にある２つの偏波を合成した電磁波を送信することで、電波伝送におけるマルチパスの影響が低減された送信機となっている。

特許第３４４５６４４号

ところで、特許文献１に示される送信機を有する電波キーは、受信機能はなく、送信機能のみを有する構成となっているが、スマートエントリーシステムに使用される電波キーは、受信機能を有しており、車両からの応答信号を受信するための受信アンテナが、プリント基板に設けられている。上記した構成の場合、プリント基板に、受信アンテナと、送信用のアンテナとが離間されて実装されることとなるので、プリント基板が大型化する、という問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、プリント基板（回路基板）の大型化が抑制された送受信機、及び該送受信機を有する電子キーを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、回路基板に、所定の周波数帯域の第１電磁波を受信する受信アンテナと、第１電磁波の周波数帯域とは異なる周波数帯域の第２電磁波を送信する送信アンテナと、が実装された送受信機であって、受信アンテナは、それぞれの軸方向が垂直の関係である複数のコイルアンテナと、該コイルアンテナを構成する細線が巻回された保持部材と、を有し、該保持部材に設けられ、回路基板の配線と接続された端子は、コイルアンテナと接続される第１端子と、送信アンテナと接続される第２端子と、を有し、送信アンテナは、回路基板の厚さ方向に伸び、電気的に独立した第２端子それぞれと自身の一端とが電気的に接続された２つの垂直部と、厚さ方向に対して垂直な方向に伸び、垂直部それぞれの他端と自身の両端部とが電気的に接続された水平部と、を有することを特徴する。

このように本発明によれば、垂直部と水平部とを有する送信アンテナが、回路基板ではなく、受信アンテナを構成する保持部材の第２端子上に実装されている。これにより、受信アンテナと送信アンテナとが離間されて回路基板に実装された構成と比べて、送信アンテナの実装面積の分、回路基板の体格が小型化された送受信機となっている。

また、本発明に係る送受信機は、垂直部を流れる電流によって回路基板の厚さ方向に沿う偏波が送信され、水平部を流れる電流によって回路基板の表面に沿う偏波が送信される。これにより、互いに垂直の関係にある２つの偏波が送信され、電波伝送におけるマルチパスの影響が低減された送受信機ともなっている。

送信アンテナとしては、例えば請求項２に記載のように、コイルアンテナと保持部材とを収容するケースの外面に形成されたコの字状の配線パターンを採用することができる。若しくは、請求項３に記載のように、コの字状の金属プレートを採用することもできる。請求項２に記載のように、受信アンテナが、コイルアンテナと保持部材とを収容するケースを有する場合、細線が巻回されてなるコイルアンテナを、ケースによって保護することができる。また、請求項２に記載の発明の場合、請求項３に記載の発明とは異なり、送信アンテナが受信アンテナに形成されているので、送信アンテナと受信アンテナとを回路基板に実装する工程を簡素化することができる。

請求項４及び請求項５に記載のように、第１電磁波の周波数帯域はＬＦ帯であり、第２電磁波の周波数帯域はＵＨＦ帯である構成が良い。これによれば、第１電磁波（受信波）の周波数帯域として、ＵＨＦ帯を採用した場合と比べて、周波数が低いので、送受信機を携帯する人体への影響を低減することができる。また、第２電磁波（送信波）の周波数帯域として、ＬＦ帯を採用した場合と比べて、周波数が高いので、送信波の有効到達距離を確保することができる。

請求項６に記載の発明の作用効果は、請求項１〜５いずれかに記載の発明の作用効果と同様なので、その記載を省略する。

請求項７に記載のように、受信アンテナは、コイルアンテナと、保持部材とを収容するケースを有し、送信アンテナは、ケースの外面における、キープレートと対向する面とは異なる面に位置する第２端子上に設けられた構成が良い。これによれば、送信アンテナが、ケースにおけるキープレートと対向する面に位置する第２端子上に設けられた構成と比べて、送信アンテナとキープレートとの距離を長くすることができる。これにより、送信波がキープレートに集磁され、指向性が偏ることを抑制することができる。

第１実施形態に係る電子キーの概観図である。図１に示す電子キーの内部構成を示す平面図である。図１に示す電子キーの裏側の内部構成を示す平面図である。受信アンテナの内部構造を説明するための平面図である。受信アンテナの側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電子キーの概観図である。図２は、図１に示す電子キーの内部構成を示す平面図である。図３は、図１に示す電子キーの裏側の内部構成を示す平面図である。図４は、受信アンテナの内部構造を説明するための平面図である。図５は、受信アンテナの側面図である。図２は、図１に示す電子キー１００の第１ケーシング６１を外した状態を示し、図３は、図１に示す電子キー１００における第１ケーシング６１と嵌合される第２ケーシング６２を外し、回路基板１１を部分的に除去した状態を示している。なお、本実施形態では、回路基板１１の短手方向をｘ方向と示し、回路基板１１の長手方向をｙ方向と示し、回路基板１１の厚さ方向をｚ方向と示す。

図１〜図３に示すように、電子キー１００は、電磁波を送受信する送受信機１０と、該送受信機１０に駆動電力を供給する電池３０と、送受信機１０のマイコン１４に電磁波の送信を指示するスイッチ４０と、車両（図示略）と電子キー１００との信号の送受信が行えない場合に、車両のキーを開錠施錠するキープレート５０と、該キープレート５０、スイッチ４０、電池３０、及び送受信機１０を収容するケーシング６０と、を有する。

送受信機１０は、図２及び図３に示すように、回路基板１１に、ＬＦ帯の電磁波を受信する受信アンテナ１２と、ＵＨＦ帯の電磁波を送信する送信アンテナ１３と、受信信号を処理し、電磁波の送信を制御するマイコン１４と、が実装されたものである。送受信機１０は、本実施形態の特徴点なので、後述する。

電池３０は、マイコン１４に駆動電力を供給するものである。スマートエントリーシステムでは、車両と、電子キー１００との間で複数回の信号の送受信を行うことで、自車両と電子キー１００とを認証している。そのため、受信信号を処理するマイコン１４は、常時駆動状態を保たなければならない。電池３０は、このマイコン１４の駆動状態を保つ機能を果たす。電池３０は、図３に示すように、ケーシング６０を構成する第１ケーシング６１の内面に取り付け固定されており、ターミナル（図示略）を介して、回路基板１１の配線（図示略）と電気的に接続されている。

スイッチ４０は、マイコン１４に電磁波の送信を指示するものである。スイッチ４０は、図２に示すように、回路基板１１の表面１１ａに実装され、回路基板１１の配線を介してマイコン１４と電気的に接続されている。

キープレート５０は、例えば電池３０の消耗や、周囲の電波環境によって、車両と送受信機１０とが信号の送受信を行えない状態の場合に、車両のキーを開錠施錠するものである。図２及び図３に示すように、キープレート５０は、ケーシング６０を構成するホルダー６３と一体的に形成されている。

ケーシング６０は、キープレート５０、スイッチ４０、電池３０、及び送受信機１０を収容するものである。ケーシング６０は、互いに嵌合される第１ケーシング６１と第２ケーシング６２、及びキープレート５０と一体的に形成されたホルダー６３を有している。第１ケーシング６１は、スイッチ４０と対向する位置に設けられた押し圧式のボタン６１ａを有しており、ボタン６１ａの押し圧によって、スイッチ４０がオンされるようになっている。第２ケーシング６２は、ホルダー６３（キープレート５０）を着脱自在に保持する押し圧式の保持部６２ａを有しており、保持部６２ａの押し圧によって、キープレート５０の固定が解除され、ホルダー６３とともにキープレート５０がケーシング６１，６２から抜かれるようになっている。

次に、本実施形態の特徴点である、送受信機１０の各要素を説明する。図３及び図４に示すように、受信アンテナ１２は、回路基板１１の裏面１１ｂに形成されており、細線が螺旋状に巻回される軸方向がそれぞれ異なる、３つのコイルアンテナ１５〜１７と、該コイルアンテナ１５〜１７を構成する細線が巻回された保持部材１８と、コイルアンテナ１５〜１７及び保持部材１８を収容するケース１９と、を有する。保持部材１８には、回路基板１１の配線と接続された８つの端子２０ａ〜２０ｈが設けられており、該端子２０ａ〜２０ｈは、図３に示すように、ケース１９の外面における側面１９ａ〜１９ｄに配置された構成となっている。すなわち、端子２０ａ，２０ｂが側面１９ａに配置され、端子２０ｃ，２０ｄが側面１９ｂに配置され、端子２０ｅ，２０ｆが側面１９ｃに配置され、端子２０ｇ，２０ｈが側面１９ｄに配置されている。端子２０ａ，２０ｂはコイルアンテナ１５の端部と接続され、端子２０ｃ，２０ｄはコイルアンテナ１６の端部と接続され、端子２０ｅ，２０ｆはコイルアンテナ１７の端部と接続されている。これにより、コイルアンテナ１５〜１７は、端子２０ａ〜２０ｆ、及び回路基板１１の配線を介して、マイコン１４と電気的に接続されている。図４に示すように、コイルアンテナ１５の軸方向はｘ方向と平行とされ、コイルアンテナ１６の軸方向はｙ方向と平行とされ、コイルアンテナ１７の軸方向はｚ方向と平行とされている。これにより、ｘ，ｙ，ｚ方向から入力される電磁波を、コイルアンテナ１５〜１７によって受信することができるようになっている。コイルアンテナ１５〜１７は、電磁波を受信すると、電磁誘導によって、受信した電磁波に応じた電流を出力する。この電磁誘導によって生じた電流が、端子２０ａ〜２０ｆ及び回路基板１１の配線を介してマイコン１４に入力される。マイコン１４は、入力された電流に含まれる情報を解析し、その情報に応じた電流を、回路基板１１の配線及び端子２０ｇ，２０ｈを介して送信アンテナ１３に供給する。なお、端子２０ａ〜２０ｆが、特許請求の範囲に記載の第１端子に相当し、端子２０ｇ，２０ｈが、特許請求の範囲に記載の第２端子に相当する。そして、側面１９ａ，１９ｃが、特許請求の範囲に記載のキープレートと対向する面に相当し、側面１９ｂ，１９ｄが、特許請求の範囲に記載のキープレートと対向する面とは異なる面に相当する。

図５に示すように、本実施形態に係る送信アンテナ１３は、側面１９ｄに、コの字状にパターニングされた配線パターン２１によって形成されている。配線パターン２１は、ｚ方向に伸び、一方の一端が端子２０ｇと電気的に接続され、他方の一端が端子２０ｈと電気的に接続された２つの垂直部２２と、ｘ方向に伸び、２つの垂直部２２それぞれの他端と両端部とが電気的に接続された水平部２３と、を有する。配線パターン２１（送信アンテナ１３）に、回路基板１１の配線、及び端子２０ｇ，２０ｈを介して電流が供給されると、垂直部２２を流れる電流によってｚ方向に沿う偏波が送信され、水平部２３を流れる電流によってｘ方向に沿う偏波が送信される。

次に、本実施形態に係る電子キー１００を用いたスマートエントリーシステムについて説明する。スマートエントリーシステムでは、車両と、電子キー１００との間で複数回の信号の送受信を行うことで、自車両と電子キー１００とを認証している。駐車状態の車両からは、返信を要求する第１応答信号が繰り返し送信されており、該第１応答信号によって形成される検知エリア内に電子キー１００が位置した場合に、車両と電子キー１００との間で信号の送受信が行われる。

返信を要求する第１応答信号を電子キー１００が受信すると、電子キー１００は、第１応答信号に対する第１返答信号を車両に送信する。該第１返答信号を車両が受信すると、車両は、電子キー１００が保有するＩＤと車両が保有するＩＤとの照合を要求する命令を含む第２応答信号を電子キー１００に送信する。該第２応答信号を電子キー１００が受信すると、電子キー１００は、自身のＩＤと車両のＩＤとを照合し、ＩＤが一致した場合に、第２返答信号を車両に送信する。該第２返答信号を車両が受信すると、車両は、任意の平文を含む第３応答信号を電子キー１００に送信する。該第３応答信号を電子キー１００が受信すると、電子キー１００は、第３応答信号に含まれる任意の平文を暗号化し、自身のＩＤと暗号文とを含む第３返答信号を車両に送信する。該第３応答信号を車両が受信すると、車両は、第３返答信号に含まれる暗号文を解読し、解読された平文と自身が保有する平文とを照合する。車両は、平文が一致しなかった場合に、再び第１応答信号の送信を繰り返し、平文が一致した場合に、車両と電子キー１００とが認証されたと判定する。認証が判定されると、車両は、キーの開錠施錠準備状態に移行する。この状態において、車両のドアハンドルから車両に、キーの開錠施錠命令を含む信号が送信されると、キーの開錠施錠が行われる。このように、本実施形態に係るスマートエントリーシステムは、ＩＤの照合と、平文の照合とによるダブルチェックによって、自車両と、電子キー１００との認証を行っている。

次に、本実施形態に係る電子キー１００の作用効果を説明する。上記したように、送信アンテナ１３は、回路基板１１ではなく、ケース１９に形成されている。これにより、受信アンテナと送信アンテナとが離間されて回路基板に実装された構成と比べて、送信アンテナ１３の実装面積の分、回路基板１１の体格が小型化された電子キー１００となっている。

また、本実施形態では、送信アンテナ１３が受信アンテナ１２を構成するケース１９に形成されているので、送信アンテナ１３と受信アンテナ１２とが別々に形成された構成と比べて、送信アンテナ１３と受信アンテナ１２とを回路基板１１に実装する工程を簡素化することができる。

本実施形態では、配線パターン２１（送信アンテナ１３）の構成要素である、垂直部２２と水平部２３とを流れる電流から、ｘ方向に沿う偏波とｚ方向に沿う偏波とが送信される。このように、互いに垂直の関係である２つの偏波が送信されるので、電波伝送におけるマルチパスの影響を低減することができる。

本実施形態では、受信アンテナ１２が、コイルアンテナ１５〜１７と保持部材１８とを収容するケース１９を有している。これにより、細線が巻回されてなるコイルアンテナ１５〜１７を、ケース１９によって保護することができる。

本実施形態では、受信アンテナ１２がＬＦ帯の電磁波を受信し、送信アンテナ１３がＵＨＦ帯の電磁波を送信する構成となっている。これによれば、受信波の周波数帯域として、ＵＨＦ帯を採用した場合と比べて、周波数が低いので、電子キー１００を携帯する人体への影響を低減することができる。また、送信波の周波数帯域として、ＬＦ帯を採用した場合と比べて、周波数が高いので、送信波の有効到達距離を長くすることができる。

本実施形態では、配線パターン２１が、側面１９ａ，１９ｂと比べて、キープレート５０と離れた位置に設けられた側面１９ｄに形成されている。これにより、本実施形態に係る配線パターン２１は、配線パターン２１が側面１９ａ，１９ｂに形成された構成と比べて、キープレート５０と配線パターン２１との距離を長くすることができる。これにより、配線パターン２１から送信される送信波がキープレート５０によって集磁され、送信波の指向性が偏ることを抑制することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、送信アンテナ１３が、ケース１９に形成された例を示した。しかしながら、例えば、送信アンテナ１３を、コの字状の金属プレートによって形成しても良い。この場合、金属プレートの端部が、端子２０ｇ，２０ｈ上に設けられる。この場合においても、送信アンテナ１３は、回路基板１１ではなく、受信アンテナ１２を構成する保持部材１８に設けられた端子２０ｇ，２０ｈ上に配置されるので、受信アンテナと送信アンテナとが離間されて回路基板に実装された構成と比べて、送信アンテナ１３の実装面積の分、回路基板１１の体格が小型化された電子キー１００となっている。しかしながら、このような構成の場合、受信アンテナ１２を回路基板１１に実装した後に、送信アンテナ１３を端子２０ｇ，２０ｈ上に実装しなくてはならないので、実装する工程が煩雑化してしまう。したがって、本実施形態で示したように、送信アンテナ１３が、ケース１９に形成された構成が良い。

本実施形態では、配線パターン２１が、側面１９ｄに形成された例を示した。しかしながら、配線パターン２１の形成位置としては、上記例に限定されず、例えば、側面１９ｂに形成してもよい。図３に示すように、側面１９ｂは、側面１９ａ，１９ｂと比べて、キープレート５０とは離れた位置に設けられているので、この場合においても、側面１９ａ，１９ｂに配線パターン２１が形成された構成と比べて、キープレート５０と配線パターン２１との距離を長くすることができる。これにより、配線パターン２１から送信される送信波がキープレート５０によって集磁され、送信波の指向性が偏ることを抑制することができる。

１０・・・送受信機
１１・・・回路基板
１２・・・受信アンテナ
１３・・・送信アンテナ
１４・・・マイコン
１５〜１７・・・コイルアンテナ
１８・・・保持部材
１９・・・ケース
２０ａ〜２０ｈ・・・端子
２１・・・配線パターン
２２・・・垂直部
２３・・・水平部
１００・・・電子キー

Claims

回路基板に、所定の周波数帯域の第１電磁波を受信する受信アンテナと、前記第１電磁波の周波数帯域とは異なる周波数帯域の第２電磁波を送信する送信アンテナと、が実装された送受信機であって、
前記受信アンテナは、それぞれの軸方向が垂直の関係である複数のコイルアンテナと、該コイルアンテナを構成する細線が巻回された保持部材と、を有し、
該保持部材に設けられ、前記回路基板の配線と接続された端子は、前記コイルアンテナと接続される第１端子と、前記送信アンテナと接続される第２端子と、を有し、
前記送信アンテナは、前記回路基板の厚さ方向に伸び、電気的に独立した前記第２端子それぞれと自身の一端とが電気的に接続された２つの垂直部と、厚さ方向に対して垂直な方向に伸び、前記垂直部それぞれの他端と自身の両端部とが電気的に接続された水平部と、を有することを特徴とする送受信機。
前記受信アンテナは、前記コイルアンテナと、前記保持部材とを収容するケースを有しており、
前記送信アンテナは、前記ケースの外面に形成されたコの字状の配線パターンであることを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
前記送信アンテナは、コの字状の金属プレートであることを特徴とする請求項１に記載の送受信機。
前記第１電磁波の周波数帯域は、ＬＦ帯であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載の送受信機。
前記第２電磁波の周波数帯域は、ＵＨＦ帯であることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の送受信機。
請求項１〜５いずれか１項に記載の送受信機を有することを特徴とする電子キー。
前記受信アンテナは、前記コイルアンテナと、前記保持部材とを収容するケースを有し、
前記送信アンテナは、前記ケースの外面における、前記キープレートと対向する面とは異なる面に位置する第２端子上に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の電子キー。