JP2013141135A - アンテナ装置、およびキーレスエントリーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】部品コストを抑えつつアンテナの放射効率および電波の伝播状況を改善することができるアンテナ装置、およびキーレスエントリーシステムを提供する。
【解決手段】一端に接地点に接続する接地部を形成し、他の一端に送信回路からの送信電力が入力される給電部を形成するアンテナ素子と、アンテナ装置に電力を供給する電池と、を備え、接地部は、電池の負極を接地点とすることを特徴とし、キーレスエントリーシステムの携帯機は、このアンテナ装置を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナ装置、およびこのアンテナ装置を用いたキーレスエントリーシステムに関する。

自動車関連技術の分野においては、キーレスエントリーシステムが既に実用化されている。このシステムには、利用者が携帯機（携帯キーともいう）のボタン操作を行うことで、車両の操作（ロック、アンロック等）ができるシステムであるリモートキーレスエントリーシステムや、利用者が携帯機のボタン操作を行わなくても、携帯機を所持しているだけで、携帯機と車載装置との間で無線通信による認証を行い、認証が成立すれば車両の操作（ロック、アンロック等）ができるシステムであるスマートキーレスエントリーシステムがある。

このようなキーレスエントリーシステムにおいては、携帯機が、ボタン操作あるいは車両から送信されたＬＦ（Low Frequency：長波）帯の信号に対応して、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）帯の信号で送信を行う仕組みを用いている。ここで、携帯機が返信するＲＦ信号は、数百メガヘルツの周波数を利用した信号であり、このＲＦ信号用のアンテナとしては、プリント配線基板上に形成された導体パターンを用いることが一般的である。

プリント配線基板の導体パターンを利用してＲＦ信号用のアンテナを形成する場合、アンテナが特定の平面内に収まる構造になるので、その平面に直交する高さ方向へは、アンテナのエレメントを伸ばすことができない構造となる。そして、このような平面的な構造のアンテナには、プリント配線基板に平行あるいは垂直な特定の偏波面を持つ電波は出しやすいものの、そのような特定の偏波面に交差するような角度の偏波面を持つ電波は出しにくいという特性がある。

そこで、ＬＦアンテナがケースまたはモールド樹脂からなる外装体の内部に収容され、ＲＦアンテナは、外装体に設けられた導体とプリント配線基板上に形成された導体パターンとを電気的に接続した構造をとる複合アンテナが考案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−２１２９２３号公報

特許文献１のように、ＲＦアンテナを立体形状とした場合、上記の問題については改善することができる。しかし、立体形状のアンテナ部品を追加することで、導体パターンをアンテナとする構成と比較すると、コストの面で不利となる。また、アンテナ装置自体も大型化してしまう。

上述のキーレスエントリーシステムでは、ユーザの携帯機の操作状況（例えば、携帯機の持ち方）により、携帯機から送信される電波の偏波面は一定しない。このため、水平偏波および垂直偏波の発生割合が一定しない。一方、車両側の受信アンテナは、位置が固定していて特定の偏波しか受信できないので、電波の偏波面の角度によっては受信が困難となる場合がある。このとき、ユーザが携帯機を操作しても、その操作に応じて車両側が動作せず、ユーザの利便性を損なうことになる。

一般的に、アンテナは小型化すると、すなわち、アンテナの実効長をλ／２π以下とすると（λ：波長）、放射抵抗の低下により導体損の割合を増大させ利得が低下する。とりわけ、アンテナ装置自体の小型化が必須な上記の携帯機では、この傾向が顕著で、アンテナの放射効率および電波の伝播状況の改善は急務となっている。

上記問題点を背景として、本発明の課題は、部品コストを抑えつつアンテナの放射効率および電波の伝播状況を改善することができるアンテナ装置、およびキーレスエントリーシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するためのアンテナ装置は、一端に接地点に接続する接地部を形成し、他の一端に送信回路からの送信電力が入力される給電部を形成するアンテナ素子と、アンテナ装置に電力を供給する電池と、を備え、接地部は、電池の負極を接地点とすることを特徴とする。

電池の負極は、一般的に他の接地点よりも面積が大きい。上記構成によって、電池の負極を等電位面に見立てることもでき、アンテナ素子の接地がより安定し、接地抵抗も低減できるので、アンテナ素子の放射効率が改善され、さらに、各放射方向の偏波の出力も改善・安定することができる。

また、本発明のアンテナ装置は、回路基板を備え、回路基板上に電池の負極が接触する導体パターンである負極端子パターンを形成し、接地部は、負極端子パターンに接続される。

上記構成によって、アンテナ素子は、電池の形状や電池の基板への取り付け形態に関係なく、安定した接地環境を得ることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、回路基板と、回路基板上に実装された、電池を収容する電池ホルダと、を備え、接地部は、電池ホルダに含まれる、電池の負極に接触する負極端子に接続される。

上記構成によっても、アンテナ素子は、電池の形状や電池の基板への取り付け形態に関係なく、安定した接地環境を得ることができる。

また、本発明のアンテナ装置におけるアンテナ素子は、回路基板の上面に空隙を空けて該回路基板に略平行に配線された水平面部と、水平面部に連続し該回路基板に向けて略垂直に折曲げて形成された少なくとも１個の垂直面部と、を有する。

上記構成によって、立体形状の接地型アンテナを用いた場合、アンテナ素子の接地がより安定し、アンテナ素子の放射効率を改善できる。さらに、各放射方向の偏波の出力も改善・安定することができる。

また、本発明のアンテナ装置におけるアンテナ素子は、回路基板の表面上に形成された導体パターンにより構成される第１のアンテナ素子と、回路基板の裏面上に形成された導体パターンにより構成される第２のアンテナ素子とを、回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより電気的に接続することにより構成される。

上記構成によって、導体パターンにより構成される接地型アンテナを用いた場合、アンテナ素子の接地がより安定し、アンテナ素子の放射効率が改善され、さらに、各放射方向の偏波の出力も改善・安定することができる。

上記課題を解決するためのキーレスエントリーシステムは、車両に搭載される車載装置と、利用者が携帯する携帯機とで構成され、車載装置と携帯機との間で無線通信を行うことにより、車載装置に各種制御を実行させるキーレスエントリーシステムであって、携帯機は、上述のアンテナ装置のいずれかを含むことを特徴とする。

上記構成によって、アンテナ素子の放射効率が改善されているので、水平偏波および垂直偏波の発生割合に差が生じたとしても、車両側の受信アンテナでの受信状態が改善されるので、ユーザが携帯機を操作しても、その操作に応じて車両側が動作せず、ユーザの利便性を損なうことを解消または低減できる。

本発明のアンテナ装置をキーレスエントリーシステムに適用した例を示す図。 図１のＲＦ送信部の周辺の詳細構成を示す図。 図１の電池周辺の配線パターンを示す図。 図２のＡ−Ａ（図３のＢ−Ｂ）断面図。 ＲＦアンテナの構成の別例を示す図。 電池周辺の配線パターンの別例を示す図。 図６のＣ−Ｃ断面図。 電池ホルダの構成の別例を示す図。

以下、図面を用いて本発明のアンテナ装置の構成について述べる。図１に、本発明のアンテナ装置をキーレスエントリーシステムに適用した例を示す。キーレスエントリーシステムは、車両の正規利用者が所持する特定の携帯機が車両周囲の無線通信エリア内に入ったときにドアのアンロック等の制御を実行する機能（いわゆるスマートキーレスエントリー機能）と、携帯機でのボタン操作に応じてドアのロック／アンロック等の制御を実行する機能（いわゆるリモートキーレスエントリー機能）とのうちの少なくとも一方備えたものである。

キーレスエントリーシステムは、車両に搭載される車載装置１と、携帯機２とを含んで構成される。なお、図１では、上述のスマートキーレスエントリー機能およびリモートキーレスエントリー機能の両方を備えた例を示している。そして、携帯機２に本発明のアンテナ装置を適用している。なお、リモートキーレスエントリー機能は、図１で、車載装置１のＬＦ送信部１１、および、携帯機２の、ＬＦ受信部２１、ＬＦアンテナ２２を含まない構成である。

車載装置１は、制御部１０、および制御部１０に接続されたＬＦ送信部１１、ＲＦ受信部１３、エンジンスイッチ１５、ドアスイッチ１６などを備えている。制御部１０は、車載装置１側全体の動作を制御するマイクロコンピュータおよびその周辺回路を含んで構成される。

ＬＦ送信部１１は、ＬＦ帯の電波を使って、携帯機２に対して無線信号（例えば、ＩＤコード要求信号）を送信する。このＬＦ送信部１１から送信される無線信号は、車室外、ドア近傍、車室内、トランク内、車室外トランク近傍など、限られた通信エリア内に対してのみ到達するように構成されている。

ＲＦ受信部１３は、ＲＦ帯の電波を使って携帯機２から送信されてくる無線信号（例えば、ＩＤコード）を受信する。そして、ＩＤコードを受信したとき、制御部１０は、ＩＤコードを自身が記憶するマスタデータと照合し、その称号結果に基づいて、例えば、以下のまた、エンジンの始動、ドアロックの解錠／施錠のような、車両に備えられた機能の実行を許可するか否かを判定する。

エンジンスイッチ１５は、エンジンを始動する際に利用者が操作するスイッチで、利用者がエンジンスイッチ１５を操作したことが、エンジンスイッチ１５からの信号によって検知された場合、制御部１０はエンジン始動が許可される状態にあるか否かを判断する。そして、エンジン始動が許可される状態にあれば、制御部１０からエンジン制御系へエンジン始動信号が伝達されるようになっている。

ドアスイッチ１６は、ドアを開く際に利用者が操作するドアハンドルに設けられたスイッチで、利用者がドアハンドルを操作したことが、ドアスイッチ１６からの信号によって検知された場合、制御部１０はドア開錠が許可される状態にあるか否かを判断する。そして、ドア開錠が許可される状態にあれば、制御部１０からドアロック制御系へアンロック信号が伝達されるようになっている。

携帯機２は、制御回路２０、および制御回路２０に接続されたＬＦ受信部２１、ＬＦアンテナ２２、ＲＦ送信部２３、ＲＦアンテナ２４、スイッチ２５、電池２７などを備えている。

制御回路２０は、携帯機２の各種機能を制御する回路である。ＬＦ受信部２１は、ＬＦアンテナ２２を介して車載装置１から送信されてくる無線信号を受信する。

ＲＦ送信部２３は、周知の整合回路２３ａを含み、整合回路２３ａに接続されたＲＦアンテナ２４を介して車載装置１に対して無線信号を送信する。なお、ＲＦアンテナ２４が本発明のアンテナ素子に相当する。

スイッチ２５は、リモートキーレスエントリー機能を利用する際にトリガーとなる信号を発生させる手段で、例えば、利用者がスイッチ２５に対して所定の操作を加えると、車載装置１側においてドアのロック／アンロック制御が行われる仕組みになっている。

図２〜図４を用いて、図１の携帯機２の構成のうち、ＲＦアンテナ２４周辺の詳細構成を説明する。ＬＦ受信部２１、スイッチ２５等は、割愛してある。図２に、ＲＦアンテナ２４の構成の詳細を示す。また、図３に、電池２７の下の、基板３０上の導体パターンの配設例を示す。また、図４に、図２のＡ−Ａ方向（あるいは図３のＢ−Ｂ方向）の断面図を示す。

ＲＦアンテナ２４は、いわゆる「接地型アンテナ」であり、回路基板あるいはプリント配線基板ともいわれる基板３０上の周縁部近傍に配設された導体パターン（以下、単に「パターン」ともいう）として構成される。その一端には、ＲＦ送信部２３の整合回路２３ａに接続する給電部２４ｇを形成し、ＲＦ送信部２３から送信電力の供給を受けて電波を送信する。なお、整合回路２３ａと給電部２４ｇとの接続部が給電点に相当する。

ＲＦアンテナ２４は、基板３０の表面上に形成されたパターン２４ａおよびパターン２４ｅ、基板３０の裏面上に形成されたパターン２４ｃ、基板３０を厚み方向へ貫通してパターン２４ａとパターン２４ｃとを電気的に接続するスルーホール２４ｂ、基板３０を厚み方向へ貫通してパターン２４ｃとパターン２４ｅとを電気的に接続するスルーホール２４ｄを含んで構成される。

さらに、ＲＦアンテナ２４の他の一端（すなわち、パターン２４ｅの先端）には、負極端子パターン３１（詳細は後述）に接続する接地部２４ｆを形成している。なお、と負極端子パターン３１の周縁部パターン３１ｂにおける接地部２４ｆとの接続箇所が、接地点に相当する。

周知の略円盤形状のボタン型電池である電池２７は、基板３０に取り付けられた、例えば樹脂製の電池ホルダ２８に、図２の矢印方向から挿入されて固定・収納される。電池ホルダ２８は、例えば、樹脂等の絶縁部材で形成され、ガイド部２８ｂ、ストッパ部２８ｃ、突出部２８ｄ（図４参照）が設けられ、電池２７を略「コ」の字形状に囲むように構成されている。突出部２８ｄは、電池２７の正極２７ａの基板３０との対向面と、基板３０との間に、負極２７ｂの側面に当接するように突出するように設けられている。さらに、ガイド部２８ｂの一端（ストッパ部２８ｃに接続されていない側）には、例えば板ばね形状の弾性力を有する絶縁部材で形成されたストッパ２８ａが設けられている。

また、図４のように、ガイド部２８ｂ、ストッパ部２８ｃは、断面が略「コ」の字形状となっており、電池２７の基板３０の表面上方方向への脱落を防止している。

図２において、電池２７を矢印方向から挿入したとき、ストッパ２８ａは、電池２７によってガイド部２８ｂ側に押され、電池２７はガイド部２８ｂに沿ってストッパ部２８ｃに当接する。その後、ストッパ２８ａは、その弾性力により元の位置に戻って電池２７に当接し、電池２７の矢印の逆方向への脱落を防止する。なお、２つのガイド部２８ｂの間隔は、電池２７が当接しながら通過できる値に設定されている。

基板３０の、電池２７との対向面には、電池２７の負極２７ｂと接触する導体パターンである負極端子パターン３１が配置されている。負極端子パターン３１は、電池２７の負極２７ｂの略中心部分、およびその近傍が接触する中央部パターン３１ａ、電池２７の負極２７ｂの周縁部が接触する周縁部パターン３１ｂ、および中央部パターン３１ａと周縁部パターン３１ｂを連結する連結部パターン３１ｃを含んで構成されている。なお、負極端子パターンの形状は、中央部パターン３１ａおよび連結部パターン３１ｃのみとしてもよいし、電池２７の負極２７ｂの全面に接触する略円形状としてもよい。

ガイド部２８ｂの一方（すなわち、ＲＦアンテナの接地部２４ｆが周縁部パターン３１ｂに接続していない側）、の一部（図３の例では、ガイド部２８ｂの略中央部）には、正極端子３３が、電池２７の正極２７ａの側面に接触するように設けられている。正極端子３３の底面は電池ホルダ２８の底面と同じ高さであり、電池ホルダ２８を基板３０上に載置すると正極端子３３の底面も基板３０の、携帯機２の全体に電力を供給するための電源パターン３２に接触するようになっている。

電池２７の底面の負極２７ｂは、その略中心部分およびその近傍が、上述の負極端子パターン３１の中央部パターン３１ａに接触し、その周縁部が周縁部パターン３１ｂに接触している。また、周縁部パターン３１ｂには、ＲＦアンテナ２４や他の回路（ＲＦ送信部２３等）の接地部からの配線パターン３５が接続される。

図５に、ＲＦアンテナの構成の別例を示す。なお、ＲＦアンテナ以外の構成は、上述の構成と同様であるので、ここでの詳細な説明は割愛する。ＲＦアンテナ４０は、平板状金属からなり、基板３０の面に略平行な同一面上に形成された水平面部４０ｂと、その水平面部４０ｂの両端で、水平面部４０ｂから基板３０に向けて略垂直に折曲げて形成された垂直面部４０ａ、４０ｃと、を有している。そして、垂直面部４０ａの先端部は、負極端子パターン３１の周縁部パターン３１ｂに接続する接地部４０ｆとなっている。また、垂直面部４０ａの先端部は、ＲＦ送信部２３（すなわち、整合回路２３ａ）に接続する給電部４０ｇとなっている。なお、周縁部パターン３１ｂにおける接地部４０ｆの接続箇所が、接地点に相当する。

なお、垂直面部４０ａ、４０ｃの折曲げ角度は、ＲＦアンテナ４０の特性や周波数に応じて、略垂直以外の角度としてもよい。

図６、図７を用いて、本発明の構成の別例について説明する。なお、本構成例は、図３、図４の変形例であるため、相違点のみを述べ、同一の構成については、同一の符号を付与して説明を割愛する。図６に、電池２７周辺の配線パターンを示し、図７に、図６のＣ−Ｃ断面図を示している。

電池ホルダ２８のガイド部２８ｂの一方には正極端子３３、他の一方には電池ホルダ２８の底面から上方に斜めに突出する形状の負極端子３４が取り付けられている。また、正極端子３３が取り付けられたガイド部２８ｂに沿って、電池２７の負極２７ｂと基板３０とに接触する、樹脂製のスペーサ２８ｅが形成されている。このスペーサ２８ｅの基板３０の面方向に対する高さは、負極端子３４と負極２７ｂとの接触を妨げないように設定されている。

上述の構成では、電池２７が電池ホルダ２８に収納されると、電池２７の底面の負極２７ｂにより電池ホルダ２８の負極端子３４の先端部３４ａが下方に押された状態で両者が接触し、かつ、電池２７の側面の正極２７ａが正極端子３３に接触した状態になる。

そして、負極端子３４の基端部３４ｂが、ＲＦアンテナ２４の接地部２４ｆに接続される。すなわち、アンテナの接地部が、電池ホルダの負極端子を介して、電池の負極に接続する構成である。なお、ＲＦアンテナ２４や他の回路（ＲＦ送信部２３等）の接地部からの配線パターン３６も、基端部３４ｂに接続される。なお、基端部３４ｂにおける接地部２４ｆとの接続箇所が、接地点に相当する。

図６、図７の構成で、負極端子３４をＲＦアンテナ２４の一部に含むとしてもよい。すなわち、アンテナ素子の接地部は、電池の負極に直接接続する構成である。このとき、負極２７ｂにおける先端部３４ａ（アンテナに含まれる場合には、接地部に相当）との接続箇所が、接地点に相当する。

なお、図４、図７の電池ホルダの構成の詳細については、特開２００２−０７５３１２号公報に述べられている。

図８を用いて、本発明の構成の別例について説明する。なお、本構成例は、アンテナの接地部が、電池ホルダの負極端子を介して、電池の負極に接続する構成であり、図３、図４の変形例であるため、相違点のみを述べ、同一の構成については、同一の符号を付与して説明を割愛する。

図８は、電池ホルダ５０および電池２７の収納構成を示すもので、略直方体状に成形された絶縁ハウジング５１と、絶縁ハウジング５１に固定された正極端子５２および負極端子５３で構成されている。絶縁ハウジング５１には、上面に開口する収容凹部５４が凹設され、電池２７を上方から挿入し、位置決め収容するようになっている。

正極端子５２は、絶縁ハウジング５１に固着される支持部５２ａと、支持部５２ａの一側から基板３０の表面側に突出する正極半田接続部５２ｂと、支持部５２ａに片持ち支持され、収容凹部５４内に突出する板バネ片５２ｃが導電性金属板で一体に形成されている。

また、負極端子５３も、絶縁ハウジング５１に固着される支持部５３ａと、支持部５３ａの一側から基板３０の表面側に突出する負極半田接続部５３ｂと、支持部５３ａに片持ち支持され、正極端子５２の板バネ片５２ｃと対向する収容凹部５４内に突出する板バネ片５３ｃが導電性金属板で一体に形成されている。

このように構成された電池ホルダ５０は、正極半田接続部５２ｂと負極半田接続部５３ｂをそれぞれ基板３０の表面に形成された正極パターンと負極パターン（いずれも図示せず）へ半田接続し、電気的に接続されるとともに、全体が基板３０上に固定される。また、ＲＦアンテナ２４の接地部２４ｆが負極半田接続部５３ｂに接続される。つまり、負極半田接続部５３ｂと接地部２４ｆとの接続箇所が、接地点に相当する。

収容凹部５４に収容される電池２７は、下面（図では右側の面）に負極２７ｂが露出し、側面と上面の全体に正極２７ａが露出している。したがって、図８に示す電池ホルダ５０は、縦向きとして上方から収容凹部５４内に収容され、収容された電池２７の正極２７ａと負極２７ｂに、対向面に臨む正極端子５２の板バネ片５２ｃと負極端子５３の板バネ片５３ｃがそれぞれ弾性接触する。

図８の電池ホルダの構成の詳細については、特開２００７−００５０７８号公報あるいは特開２００３−１５７８１８号公報に述べられている。具体的には、上下の面が電極となり断面がほぼ台形状のボタン形電池が枠体の開口部から内部に装着され、この枠体がプリント基板に実装される基板実装用ボタン形電池ホルダにおいて、装着されるボタン形電池の下面を斜面部で案内するストッパを開口部の片方の入口に設けるとともに、この開口部の片方と他方にボタン形電池の電極と接触する負極端子と正極端子を収納し、斜面部を経て挿入されるボタン形電池の側面が当接し案内する接触部を開口部の他方の負極端子または正極端子に形成したことを特徴としている。

また、図８の電池ホルダ５０は、正極端子５２と負極端子５３との距離を調整することで、ボタン型電池以外の他に、いわゆる円筒型乾電池にも適用可能である。

車両のキーレスエントリーシステムの他に、アンテナの実効長の比較的短い接地型アンテナを備え、電池を電源として用いる送信装置に適用可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

１ 車載装置
２ 携帯機
２３ ＲＦ送信部
２４ ＲＦアンテナ（アンテナ素子）
２４ａ，２４ｃ パターン（第１のアンテナ素子）
２４ｂ，２４ｄ スルーホール
２４ｅ パターン（第２のアンテナ素子）
２７ 電池
２７ａ 正極
２７ｂ 負極
２８ 電池ホルダ
３０ 基板
３１ 負極端子パターン
３１ａ 中央部パターン
３１ｂ 周縁部パターン
３１ｃ 連結部パターン

Claims (6)

1. アンテナ装置であって、
   一端に接地点に接続する接地部を形成し、他の一端に送信回路からの送信電力が入力される給電部を形成するアンテナ素子と、
   前記アンテナ装置に電力を供給する電池と、
   を備え、
   前記接地部は、前記電池の負極を前記接地点とすることを特徴とするアンテナ装置。
2. 回路基板を備え、
   前記回路基板上に前記電池の負極が接触する導体パターンである負極端子パターンを形成し、
   前記接地部は、前記負極端子パターンに接続される請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 回路基板と、
   前記回路基板上に実装された、前記電池を収容する電池ホルダと、を備え、
   前記接地部は、前記電池ホルダに含まれる、前記電池の負極に接触する負極端子に接続される請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナ素子は、前記回路基板の上面に空隙を空けて該回路基板に略平行に配線された水平面部と、前記水平面部に連続し該回路基板に向けて略垂直に折曲げて形成された少なくとも１個の垂直面部と、を有する請求項２または請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ素子は、前記回路基板の表面上に形成された導体パターンにより構成される第１のアンテナ素子と、前記回路基板の裏面上に形成された導体パターンにより構成される第２のアンテナ素子とを、前記回路基板を厚み方向に貫通するスルーホールにより電気的に接続することにより構成される請求項２または請求項３に記載のアンテナ装置。
6. 車両に搭載される車載装置と、利用者が携帯する携帯機とで構成され、前記車載装置と前記携帯機との間で無線通信を行うことにより、前記車載装置に各種制御を実行させるキーレスエントリーシステムであって、
   前記携帯機は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置を含むことを特徴とするキーレスエントリーシステム。
   

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