JP2013126201A - チューナブルアンテナ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御ラインを追加することなく、小型・軽量化が可能なチューナブルアンテナ制御装置を提供する。
【解決手段】チューナブルアンテナ制御装置は、可変整合部１０と重畳部２０と重畳分離部３０とスイッチ部４０と制御部５０とからなる。可変整合部１０は、使用周波数帯に応じて入力される制御信号により、アンテナ素子とチューナとの間のインピーダンスマッチングを行う。重畳部は、使用周波数帯に応じて所定の大きさの直流電圧を、可変整合部の制御信号としてチューナへの受信信号線に重畳する。重畳分離部３０は、重畳部により重畳される直流電圧を分離し、制御信号として可変整合部１０に入力する。制御部５０は、重畳分離部３０により分離される直流電圧が入力され、この大きさに応じて用いられる可変整合部を選択するようにスイッチ部４０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明はチューナブルアンテナ制御装置に関し、特に、使用周波数帯に応じてチューナブルアンテナを制御するためのチューナブルアンテナ制御装置に関する。

近年、ラジオ放送やデジタルテレビ放送、さらにはＧＰＳやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等、周波数帯の異なる複数の信号を受信可能とする複合アンテナ装置が求められるようになってきている。アンテナ素子は、通常、送受信する信号の周波数帯によってその長さが決定されるものである。したがって、本来的にはアンテナ装置を複数の周波数帯に対応させるためには、アンテナ素子を周波数帯に応じて複数用意することになる。しかしながら、特に携帯端末用のアンテナ装置では小型化することが要求されており、複数のアンテナ素子を設けることが難しい場合もある。また、車載用のアンテナ装置でも、近来の電気自動車や低燃料消費量車では、各パーツの小型化・軽量化が求められているため、同様の問題が生じ得る。

そこで、例えば特許文献１等に開示のように、アンテナ整合回路の可変容量素子を用いてインピーダンスマッチングを行うことで広帯域化を図る可変同調型アンテナ装置がある。これは、可変容量素子を用いて共振周波数を可変させるように構成したものである。これにより、アンテナ素子を小型化できたり、アンテナ素子を複数の周波数帯で共用したりすることで、アンテナ装置自体の小型化が図れるようになる。

特開２００４−３２０６１１号公報

特許文献１等に記載の可変同調型アンテナ装置では、所望の周波数帯で使用できるように、可変容量素子を用いてインピーダンスマッチングを行うため、可変容量素子の制御信号や、アンテナ素子を選択するための制御信号等、種々の制御信号が必要になる。さらに、アンプ回路の制御信号も必要となる場合もある。これらの制御信号は、通常はチューナ側で送ることになるが、これらを送信するための制御ラインが不可欠となる。しかしながら、制御ラインを追加した場合、コネクタやケーブル分のコストや重量が増加してしまうことになる。特に、車載アンテナ装置として可変同調型アンテナ装置を用いた場合、通常、アンテナ装置は車両ルーフ等に設けられ、そこから離れて車内に設けられるチューナとの間はケーブルで電気的に接続されているため、ケーブルの長さが長い分、制御ライン追加による重量増加の影響は無視できないものとなる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、制御ラインを追加することなく、小型・軽量化が可能なチューナブルアンテナ制御装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明によるチューナブルアンテナ制御装置は、使用周波数帯に応じて入力される制御信号により、アンテナ素子とチューナとの間のインピーダンスマッチングを行うための可変整合部と、使用周波数帯に応じて所定の大きさの直流電圧を、可変整合部の制御信号としてチューナへの受信信号線に重畳するための重畳部と、重畳部により重畳される直流電圧を分離し、制御信号として可変整合部に入力する重畳分離部と、可変整合部を選択可能に構成されるスイッチ部と、重畳分離部により分離される直流電圧が入力され、この大きさに応じて用いられる可変整合部を選択するようにスイッチ部を制御するための制御部と、を具備するものである。

ここで、重畳部は、複数の使用周波数帯に応じてそれぞれ重ならないように所定の直流電圧を重畳すれば良い。

さらに、アンテナ素子からの受信信号を増幅するアンプを具備し、スイッチ部は、アンプも選択し、制御部は、重畳分離部により分離される直流電圧の大きさに応じて、用いるアンプも選択するようにスイッチ部を制御しても良い。

本発明のチューナブルアンテナ制御装置には、制御ラインを追加することなく、小型・軽量化が可能であるという利点がある。

図１は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。 図２は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置の可変整合部の一例を説明するための回路図である。 図３は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置の他の例を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。 図４は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置にアンプを設けた例を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。 図５は、本発明のチューナブルアンテナ装置を１つのアンテナ素子に適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。図示の通り、チューナにより決定される使用周波数帯に応じてチューナブルアンテナを制御するための本発明のチューナブルアンテナ制御装置１は、可変整合部１０と、重畳部２０と、重畳分離部３０と、スイッチ部４０と、制御部５０とから主に構成されている。また、可変整合部１０にはアンテナ素子２が接続されている。図示例では、アンテナ素子２が２つあり、一方のアンテナ素子に可変整合部１０が設けられている例を示した。例えば、第１の周波数帯用がアンテナ素子２ａであり、第２の周波数帯用がアンテナ素子２ｂである。なお、周波数帯は２つに限らず、さらに多くの周波数帯に対応するように、より多くのアンテナ素子や可変整合部を設けても勿論良い。そして、チューナ３が、受信信号線４を介してチューナブルアンテナ制御装置１に接続されている。チューナ３は、例えば車両であれば車内に設けられるものであり、使用周波数帯を決定するものである。なお、図示例では、チューナブルアンテナ制御装置１を、可変整合部１０や制御部５０等のアンテナ側のブロックと、重畳部２０等のチューナ側のブロックに分けて破線で囲んでいる。これは、例えばチューナ側のブロックが車両車内に配置される一方、アンテナ側ブロックが車両ルーフに配置されるというように、離れて設けられることを意図したものである。しかしながら、本発明はこれに限定されず、アンテナ側のブロックとチューナ側のブロックが近くに配置されるものであっても勿論構わない。

可変整合部１０は、使用周波数帯に応じて入力される制御信号により、アンテナ素子２とチューナ３との間のインピーダンスマッチングを行うものである。可変整合部１０は、例えば可変容量素子を用いて、静電容量を可変させて共振周波数を可変させるものである。可変整合部１０は、制御信号に応じてインピーダンスマッチングが行える回路であれば、如何なるものであっても良いが、一例を図２に挙げる。図２は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置の可変整合部の一例を説明するための回路図である。図示の通り、可変整合部１０は、可変容量素子として２つの可変容量ダイオード（バラクタダイオード）１１のカソードをそれぞれ接続し、その接続点に抵抗１２を介して制御信号が入力される構成となっている。そして、整合用の直列のコイル１３及びコンデンサ１４が可変容量ダイオード１１のそれぞれのアノードに接続され、その接続点は、可変容量ダイオード１１の直流電流をグラウンドに流すように、抵抗１５を介してグラウンドに接地されている。このように構成された可変整合部１０が、アンテナ素子２とスイッチ部４０との間に接続されている。

重畳部２０は、使用周波数帯に応じて、所定の大きさの直流電圧をチューナ３への受信信号線４に重畳するためのものである。所定の大きさの直流電圧は、可変整合部の制御信号となるものである。重畳部２０は、例えばＬＣ回路等からなる一般的なものであれば良い。具体的には、受信信号線４とチューナ３との間に重畳部２０が設けられ、ここに重畳する電圧を発生するための制御用直流電源２１が接続されている。制御用直流電源２１と受信信号線４との間に直列にコイルが挿入されるように構成され、制御用直流電源２１から発生した所定の直流電圧がコイルを介して受信信号線４に重畳される。一方、受信信号線４とコイルとの間は、コンデンサを介してチューナ３に接続されている。このような構成により、受信信号に所定の大きさの直流電圧を重畳することが可能となる。

重畳分離部３０は、重畳部２０により重畳された直流電圧を分離するものである。そして、分離された直流電圧は、制御信号として可変整合部１０に入力される。重畳された直流電圧は、制御部５０にも供給される。重畳分離部３０も、重畳部２０と同様に、例えばＬＣ回路等からなる一般的なものであれば良い。

スイッチ部４０は、可変整合部１０を選択可能に構成されるものである。図１に示される例では、２つあるアンテナ素子２ａ，２ｂのうちアンテナ素子２ａにのみ可変整合部１０が設けられているため、スイッチ部４０は、可変整合部１０か、可変整合部１０を用いないアンテナ素子２ｂを選択するように機能する。また、図示例では、スイッチ部４０は、アンテナ素子２ａ側のスイッチ部４０ａと、アンテナ素子２ｂ側のスイッチ部４０ｂの２つが設けられている。

そして、制御部５０は、重畳分離部３０により分離される直流電圧が入力され、この大きさに応じて用いられる可変整合部１０を選択するようにスイッチ部４０を制御するものである。制御部５０がスイッチ部４０に接続されており、直流電圧の大きさに応じてスイッチ部４０をオンオフ制御するものである。即ち、チューナ３により決定された使用周波数帯に応じて重畳された直流電圧を制御部５０が受け、この直流電圧の大きさに応じて、予め決定された方のスイッチ部４０をオンオフ制御するものである。具体的には、入力された直流電圧を、予め決定された閾値と比較し、この閾値に応じてスイッチ部４０をオンオフ制御すれば良い。図１に示される例では、アンテナ素子２ａ側の可変整合部１０のルートを選択するか、直接アンテナ素子２ｂ側のルートを選択するかの制御を行う。これにより、使用していない側の回路からの干渉を防止することも可能となる。

以下、このように構成された本発明のチューナブルアンテナ制御装置の動作について、より具体的に説明する。可変整合部１０は、例えば０Ｖ〜３Ｖの範囲の制御信号でインピーダンスマッチングが行えるように構成される。そして、重畳部２０に重畳される直流電圧の範囲は、例えば０Ｖ〜５Ｖとする。チューナ３で第１の周波数帯が選択された場合、制御用直流電源２１により可変整合部１０の制御信号として直流電圧（０Ｖ〜３Ｖ）を出力し、これを重畳部２０により受信信号線４に重畳する。重畳分離部３０では、重畳された直流電圧（０Ｖ〜３Ｖ）を分離し、制御部５０に入力する。制御部５０では、入力された直流電圧の大きさに応じてスイッチ部４０を制御するように、予め閾値を決定しておく。即ち、０Ｖ〜３Ｖの直流電圧が入力された場合には、第１の周波数帯が選択されたものと判断する。一方、それよりも高い、例えば５Ｖの直流電圧が入力された場合には、第２の周波数帯が選択されたものと判断する。この例では、０Ｖ〜３Ｖの直流電圧が入力された場合には、第１の周波数帯が選択されたものと判断し、スイッチ部４０ａをオンにし、スイッチ部４０ｂをオフにする。また、可変整合部１０には重畳分離部３０により分離された直流電圧（０Ｖ〜３Ｖ）が直接入力され、可変整合部１０はこれを制御信号としてインピーダンスマッチングを行う。一方、チューナ３で第２の周波数帯が選択された場合、制御用直流電源２１により５Ｖを出力し、これを重畳部２０により受信信号線４に重畳する。重畳分離部３０では、重畳された直流電圧（５Ｖ）を分離し、制御部５０に入力する。制御部５０では、第２の周波数帯が選択されたものと判断し、スイッチ部４０ａをオフにし、スイッチ部４０ｂをオンにする。なお、可変整合部１０は、必ずしも重畳された直流電圧をそのまま直接制御信号とする必要はなく、必要により他の所望の大きさとなるように昇圧や降圧等の加工を行っても良い。

このように、本発明のチューナブルアンテナ制御装置によれば、重畳された直流電圧を、可変整合部の制御信号と、可変整合部を選択するための制御信号の２つに用いることが可能となる。これにより、本発明のチューナブルアンテナ制御装置を適用したチューナブルアンテナは、チューナからの制御ラインを別途追加することなく、小型・軽量化が可能となる。

次に、本発明のチューナブルアンテナ制御装置の他の例について、図３を用いて説明する。図３は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置の他の例を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表しているため、詳説は省略する。図示の通り、この例では、アンテナ素子２が２つあり、両方のアンテナ素子に可変整合部１０が設けられている例を示した。また、スイッチ部４０は、図１に示される例では単極単投スイッチを２つ用いたが、この例では単極双投スイッチを１つ用いたものとした。なお、この例でも複数の単極単投スイッチを用いても良いし、２つのアンテナ素子２に限らず、より多くのアンテナ素子を用いても良い。

図３に示されるような本発明のチューナブルアンテナ制御装置の場合、複数の可変整合部があるため、重畳部２０では、複数の使用周波数帯に応じてそれぞれ重ならないように所定の直流電圧を重畳すれば良い。例えば、０Ｖ〜３Ｖを第１の周波数帯用の制御信号とし、５Ｖ〜８Ｖを第２の周波数帯用の制御信号とする。そして、制御部５０では、閾値を例えば４Ｖに設定しておき、それよりも小さい直流電圧が入力されたら第１の周波数帯が選択されたものと判断し、それよりも大きい直流電圧が入力されたら第２の周波数帯が選択されたものと判断する。これにより、重畳された直流電圧の大きさに応じて、スイッチ部４０が制御可能となる。また、可変整合部１０ａは、０Ｖ〜３Ｖの範囲でインピーダンスマッチングを行い、可変整合部１０ｂは、５Ｖ〜８Ｖの範囲でインピーダンスマッチングを行うように構成されれば良い。

さらに、例えば、可変整合部１０が３つある場合には、０Ｖ〜３Ｖ、４Ｖ〜７Ｖ、８Ｖ〜１１Ｖというように、複数の使用周波数帯に応じてそれぞれ重ならないように所定の直流電圧を重畳し、各可変整合部１０は、それぞれこれらの直流電圧が制御信号となるように構成されれば良い。

さらに、受信信号を増幅するアンプを設けた例について、図４を用いて説明する。図４は、本発明のチューナブルアンテナ制御装置にアンプを設けた例を適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表しているため、詳説は省略する。図示の通り、この例では、アンテナ素子２が２つあり、両方のアンテナ素子に可変整合部１０が設けられており、さらにアンテナ素子２からの受信信号を増幅するアンプ１８が設けられている例を示した。例えば、共振周波数を低くするために可変整合部の可変容量素子の静電容量の値を大きくした場合、インピーダンスの低下により素子を流れる高周波電流が増加し、内部抵抗による損失が増加することによって利得が低下してしまう。これを補うために、アンプ１８により受信信号を増幅すれば良い。そして、アンプ１８ａ，１８ｂの電源部にはスイッチ部４５ａ，４５ｂが設けられており、スイッチ部４５ａ，４５ｂによりアンプ１８ａ，１８ｂが選択可能に構成されている。即ち、スイッチ部４０ａ，４０ｂ，４５ａ，４５ｂを用いて、可変整合部１０ａ，１０ｂと、アンプ１８ａ，１８ｂも選択可能なように構成されている。これらは連動して動作するように構成されれば良い。そして、制御部５０は、重畳分離部３０により分離された直流電圧の大きさに応じて、用いる可変整合部１０だけでなく、用いるアンプ１８も選択するようにスイッチ部を制御する。例えば、アンテナ素子２ａを選択する場合には、スイッチ部４０ａ，４５ａをオンにし、スイッチ部４０ｂ，４５ｂをオフにする。これにより、可変整合部１０ａ及びアンプ１８ａが選択される。なお、スイッチ部４０により、可変整合部１０やアンテナ素子２が既に選択されるため、アンプ１８の電源をスイッチ部４５にてオンオフ制御する必要は必ずしもないが、使用していない側のアンプ１８をオフにすることで、使用していない側の回路からの干渉を防止することが可能となる。

このように、本発明のチューナブルアンテナ制御装置は、可変整合部の制御信号を、可変整合部を選択するための制御信号や、アンプを選択するための制御信号として利用することが可能となる。これにより、アンプを用いる例であっても、アンプを選択制御するための制御ラインを追加する必要もない。

さらに、本発明のチューナブルアンテナ制御装置は、アンプとして例えば電圧により制御可能な可変ゲインアンプ等を用いて、アンプのゲインを所望に制御するために、可変整合部と同様に重畳された直流電圧を用いても良い。

これまでに説明してきた上述の例では、アンテナ素子が２つある例を示していたが、本発明のチューナブルアンテナ制御装置は、アンテナ素子をさらに多く用いるものであっても良いし、１つのアンテナ素子を用いて複数の周波数帯に対応するようにしても良い。図５は、本発明のチューナブルアンテナ装置を１つのアンテナ素子に適用したチューナブルアンテナを説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表しているため、詳説は省略する。図示の通り、この例では、アンテナ素子２が１つだけであり、このアンテナ素子２を複数の周波数帯で用いられるようにするために、複数の可変整合部１０が設けられた例を示した。例えば、可変整合部の可変容量素子の可変範囲が小さいことにより可変整合部の整合範囲が狭く、共振周波数の可変範囲が狭い場合であっても、本発明のチューナブルアンテナ制御装置によれば、可変整合部を複数設け、所定の直流電圧を重畳させることで必要な可変整合部を選択できるようになるため、広範囲にわたって整合範囲を制御可能となり、小型・軽量化を図ったまま、広帯域化も可能となる。図示例では、可変整合部１０は２つの可変整合部１０ａ，１０ｂを示したが、本発明はこれに限定されず、より多くの可変整合部を用いたものであっても良い。この例では、スイッチ部４０がアンテナ素子２と可変整合部１０との間に設けられており、制御部５０が直流電圧の大きさに応じてスイッチ部４０を制御することで、用いるべき可変整合部１０を選択可能に構成している。しかしながら、本発明はこのような図示例の構成には限定されず、上述の他の図示例のように、重畳分離部３０と可変整合部１０との間にスイッチ部を設けても良い。

本発明のチューナブルアンテナ制御装置では、スイッチ部は、用いるべき可変整合部を選択できるように構成されていれば良く、その配置位置等については特に特定の場所に限定されるものではない。

なお、本発明のチューナブルアンテナ制御装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ チューナブルアンテナ制御装置
２ アンテナ素子
３ チューナ
４ 受信信号線
１０ 可変整合部
１１ 可変容量ダイオード
１２ 抵抗
１３ コイル
１４ コンデンサ
１５ 抵抗
１８ アンプ
２０ 重畳部
２１ 制御用直流電源
３０ 重畳分離部
４０，４５ スイッチ部
５０ 制御部

Claims (3)

1. チューナにより決定される使用周波数帯に応じてチューナブルアンテナを制御するためのチューナブルアンテナ制御装置であって、該制御装置は、
   使用周波数帯に応じて入力される制御信号により、アンテナ素子とチューナとの間のインピーダンスマッチングを行うための可変整合部と、
   使用周波数帯に応じて所定の大きさの直流電圧を、可変整合部の制御信号としてチューナへの受信信号線に重畳するための重畳部と、
   前記重畳部により重畳される直流電圧を分離し、制御信号として可変整合部に入力する重畳分離部と、
   前記可変整合部を選択可能に構成されるスイッチ部と、
   前記重畳分離部により分離される直流電圧が入力され、この大きさに応じて用いられる可変整合部を選択するようにスイッチ部を制御するための制御部と、
   を具備することを特徴とするチューナブルアンテナ制御装置。
2. 請求項１に記載のチューナブルアンテナ制御装置において、前記重畳部は、複数の使用周波数帯に応じてそれぞれ重ならないように所定の直流電圧を重畳することを特徴とするチューナブルアンテナ制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のチューナブルアンテナ制御装置であって、さらに、アンテナ素子からの受信信号を増幅するアンプを具備し、
   前記スイッチ部は、アンプも選択し、
   前記制御部は、前記重畳分離部により分離される直流電圧の大きさに応じて、用いるアンプも選択するようにスイッチ部を制御する、
   ことを特徴とするチューナブルアンテナ制御装置。