JP2015186071A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動する送信アンテナのＱ値の増加に伴って駆動回路から送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がり遅れが発生するのを解決することを目的とする。【解決手段】送信アンテナ１に駆動電流を供給する駆動回路３を主駆動回路部２１と補助駆動回路部２２とにより構成し、主駆動回路部２１の作動に加え、補助駆動回路部２２が駆動電流の立ち上がりの間の所定時間作動して駆駆動電流を供給することにより、送信アンテナ１に供給される駆動電流の立ち上がり時間を短縮することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、送信アンテナを用いて送信データを電波によって送信するアンテナ装置に関し、特に、車両のスマートキーシステムに用いて好適なアンテナ装置に関する。

車両側に設置された本体機と使用者が携帯する携帯機との間で双方向無線通信により車両ドアのロック開閉動作やエンジンの始動・停止を操作するエンジンスイッチなどを制御するスマートキーシステムが知られている。このスマートキーシステムは、携帯機に電波により送信データを送信する送信アンテナが本体機に備えられており、前記送信アンテナは、例えば、各ドアノブ、トランクルーム、リアバンパーなどの車外、ダッシュボードやインパネの内部、シート下などの車内の複数個所に配置される。

このようなスマートキーシステムの車両側に搭載されるアンテナ装置の送信アンテナは、バーアンテナが一般的であり、このバーアンテナはフェライトコアなどの磁心にコイルを巻回して構成される（例えば特許文献１参照）。

ところで、スマートキーシステムの車両側に搭載されるアンテナ装置は、送信アンテナから送信される送信データの送信範囲が重要であり、送信アンテナのＱ値が重要な要素となる。送信アンテナの電波の放射効率の向上を図る場合、送信アンテナのＱ値を大きくすることが有効である。

尚、バーアンテナの送信アンテナにおいては、コイルの巻回数やコイルの巻き方、磁心の材質や形状や体積、コイルの線径や線種、コイルに対する磁心のコイル軸方向の位置関係などによりＱ値が変化する。

特開２０１０−１９９９０８号公報

ところで、駆動する送信アンテナのＱ値が大となると、駆動回路から送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がりに遅れが発生する。

スマートキーシステムのアンテナ装置は、駆動回路によりベースバンド波形の２値のビット信号の送信データをパルス状の搬送波に重畳させて生成されるメイン制御信号が所定期間供給されるようになっている。駆動電流の立ち上がりに遅れが発生すると、所定のビット信号の供給期間内に十分な駆動電流が供給されず、それに応じて送信アンテナから送信される送信電波の電界強度の立ち上がりが遅れ、携帯機による前記送信電波の受信範囲が狭まり、また、携帯機による前記送信電波の誤検出の要因となった。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がり時間を短縮したアンテナ装置を提供することを一つの目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、送信アンテナに駆動電流信号を主駆動回路部と補助駆動回路部とにより供給する駆動回路を備え、主駆動回路部の作動に加え、補助駆動回路部が駆動電流の立ち上がりの間の所定時間作動して駆動電流を供給するようにしている。

また、本発明に係るアンテナ装置は、駆動回路に印加する電源電圧を主電源回路と補助電源回路とにより発生する電源回路を備え、主電源回路により発生されて駆動回路に印加される主電源電圧に加算される補助電源電圧を補助電源回路により発生させると共に、駆動回路により送信アンテナに供給する駆動電流の発生期間の発生開始時から途中まで補助電源回路により補助電源電圧を発生させるようにしている。

本発明に係るアンテナ装置は、送信アンテナを駆動する駆動回路を主駆動回路部と補助駆動回路部とにより構成し、主駆動回路部の作動に加え、補助駆動回路部が駆動電流の立ち上がりの間の所定時間作動して駆動電流を供給することにより、主駆動回路部から発生される駆動電流に加え補助駆動回路部から発生される駆動電流が供給され、送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がり時間を短縮することができる。

また、本発明に係るアンテナ装置は、駆動回路により送信アンテナに供給する駆動電流の発生期間の発生開始時から途中まで補助電源回路により発生される補助電源電圧を駆動回路の電源電圧に加算するようにしているので、駆動回路による駆動電流の発生開始時から途中までの期間、駆動回路の電源電圧を高くでき、これにより送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がり時間が短縮できる。

本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置を示す回路図 車両のスマートキーシステムに用いるアンテナ装置の概要を説明するための回路ブロック図 第１の実施形態における送信アンテナに供給される駆動電流波形を説明するための図 本発明の第２の実施形態におけるアンテナ装置を示す回路図 第２の実施形態のアンテナ装置における入出力信号波形を説明するための図

本発明に係るアンテナ装置の第１の実施形態について、図１〜図５を用いて以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置を示す回路図、図２は車両のスマートキーシステムに用いるアンテナ装置の概要を説明するための回路ブロック図である。

図２は、車両側に設置された本体機と使用者が携帯する携帯機との間で双方向無線通信により車両ドアのロック開閉動作やエンジンの始動・停止を操作するエンジンスイッチなどを制御するスマートキーシステムにおいて、本体機の一部であり、電波により送信データを携帯機に送信する送信アンテナのアンテナ装置を示している。

図２に示すアンテナ装置は、複数ｎ個の送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎを備え、送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎはアンテナ選択回路２による接続切り替えにより駆動される送信アンテナが切り替えられるようになっている。

各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎは、それぞれバーアンテナとセラミックコンデンサにより構成され、インダクタンス成分Ｌ、キャパシタンス成分Ｃおよび内部抵抗成分ｒを直列に接続した構成の等価回路で示され、前記ＬＣの直列共振回路となっている。

尚、各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎのそれぞれのインピーダンスは（ｒ＋ｊωＬ＋１／ｊωＣ）となる。但し、ωは角周波数、ｊは虚数単位である。

また、各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎのそれぞれの共振周波数は、１／（２π√ＬＣ）であり、例えば１２５ｋＨｚに設定されている。

駆動回路３は各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎを選択的に駆動する駆動電流を供給し、アンテナ選択回路２により選択された送信アンテナに駆動電流を供給する。

電源回路４は駆動回路３に印加する電源電圧を発生し、例えば定電圧電源により構成されている。

制御回路５は駆動回路３を制御する制御信号を出力する。制御回路５はマイコンにより構成され、パルス状の搬送波にスマートキーシステムの認証に基づく２値のビット信号を重畳させて生成されるパルス波形の制御信号を発生する。また、制御回路５はアンテナ選択回路２による各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎの接続切り替えを制御し、使用者の携帯機７が各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎのいずれかの送信データを受けて受信部６へ返信する。

ところで、送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎは、電波の放射効率を考慮して選定され、特定のＱ値を有している。駆動回路３から送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎに供給される駆動電流の立ち上がり時間は送信アンテナのＱ値によって変化する。その為、電波の放射効率を良くするため送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎとしてＱ値を大きくした送信アンテナを使用すると、従来通りの駆動回路３の場合、各送信アンテナ１ａ，１ｂ〜１ｎに個別に供給される駆動電流の立ち上がり、すなわち送信アンテナから送信される送信電波の電界強度の立ち上がりが不十分となる。

本発明の第１の実施形態のアンテナ装置においては、駆動回路３により駆動電流の立ち上がり遅れを対策している。

以下に、本発明の第１の実施形態について図１に示す回路図を用いて説明する。

図１において、送信アンテナ１は図２における複数の送信アンテナのうちアンテナ選択回路２により選択された１つの駆動対象の送信アンテナを示している。
駆動回路３は、主駆動回路部２１と補助駆動回路部２２とにより構成されている。主駆動回路部２１は、コンプリメンタリ接続されるパワートランジスタ対により出力段が構成され、本実施形態においてはｎ型およびｐ型の一対のＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２１ａおよび２１ｂのドレイン同士で接続したコンプリメンタリ接続によりプッシュプル駆動されるように構成されている。主駆動回路部２１の一対のＭＯＳＦＥＴ２１ａおよび２１ｂのドレイン同士の接続点の出力端は、電流制限抵抗２３を介して送信アンテナ１に接続されている。

また、補助駆動回路部２２は、主駆動回路部２１と同様にｎ型およびｐ型の一対のＭＯＳＦＥＴ２２ａおよび２２ｂのドレイン同士で接続したコンプリメンタリ接続によりプッシュプル駆動されるように構成されている。補助駆動回路部２２の一対のＭＯＳＦＥＴ２２ａおよび２２ｂのドレイン同士の接続点の出力端は、電流制限抵抗２３を介さずに送信アンテナ１に接続されている。

すなわち、主駆動回路部２１の駆動電流を供給する出力端は電流制限抵抗２３を介して駆動対象の送信アンテナ１と接続され、補助駆動回路部２２の駆動電流を供給する出力端は電流制限抵抗２３を介さずに駆動対象の送信アンテナ１と接続されている。

制御回路２４は主駆動回路部２１および補助駆動回路部２２を制御する制御信号を発生し、主駆動回路部２１にはスマートキーシステムの認証に基づくベースバンド波形の２値のビット信号の送信データをパルス状の搬送波に重畳させて生成されるメイン制御信号が所定期間供給される。一方、補助駆動回路部２２には前記メイン制御信号と同等のパルス波形状のサブ制御信号が前記メイン制御信号と同時に発生が開始されると共に、前記メイン制御信号の発生期間より短い所定期間供給される。

ここで、主駆動回路部２１から供給される駆動電流は電流制限抵抗２３を介して駆動対象の送信アンテナ１に供給され、補助駆動回路部２２から供給される駆動電流は電流制限抵抗２３を介さずに駆動対象の送信アンテナ１に供給される。その為、送信アンテナ１に供給される駆動電流の立ち上がり特性は主駆動回路部２１から供給される駆動電流において電流制限抵抗２３が関係し、補助駆動回路部２２から供給される駆動電流において電流制限抵抗２３が無関係となる。すなわち、補助駆動回路部２２から供給される駆動電流によって、主駆動回路部２１のみの駆動電流の場合より送信アンテナ１の駆動電流が所定の値に達するまでの立ち上がり時間が短く設定されていることになる。その為、補助駆動回路部２２は主駆動回路部２１に比べて送信アンテナ１に供給される駆動電流の立ち上がりが早くなり、送信アンテナ１は、駆動当初、補助駆動回路部２２による駆動が支配的となり、その後、補助駆動回路部２２による駆動が停止されることにより主駆動回路部２１のみで駆動されることになる。

図３（Ａ）、（Ｂ）は、送信アンテナ１に供給される駆動電流波形を模式的に表した波形図であり、主駆動回路部２１から供給される駆動電流のみの場合と、主駆動回路部２１に加え補助駆動回路部２２を駆動電流立ち上がり時に作動したときの駆動電流の場合とを示している。送信アンテナ１に供給される駆動電流は、立ち上がり時に補助駆動回路部２２が所定時間作動されて増強されることにより、図３（Ａ）の立ち上り時間Ｔ０に対し、図３（Ｂ）の如く立ち上がり時間Ｔ１と、立ち上り時間が早められた信号波形となる。

このように送信アンテナ１を駆動することにより、前記送信アンテナ１に供給される駆動電流の立ち上がり時間、すなわち送信アンテナ１から送信される送信電波の電界強度の立ち上がり時間の短縮が図れる。

なお、送信アンテナ１に供給する駆動電流は、主駆動回路部２１を先に作動させ、その後、補助駆動回路２２を所定時間作動させるなど、主駆動回路２１と補助駆動回路２２を多様な組み合わせで作動させて駆動電流の立ち上がりを早くさせてもよい。

また、補助駆動回路部２２は駆動回路３（主駆動回路部２１）により送信アンテナ１に駆動電流が供給される期間の途中まで作動、すなわち送信アンテナ１の駆動開始時の駆動電流が所定の値となって駆動電流が立ち上がるまでの所定の時間だけ作動されるので、電流制限抵抗２３が無いことによる補助駆動回路部２２の過負荷状態により補助駆動回路部２２が破壊されることが防止されていると共に、駆動電流が立ち上がった後に無駄に駆動されることがない。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態のアンテナ装置においては、電源回路４（図２参照）により発生される電源電圧により駆動対象の送信アンテナに供給される駆動電流の立ち上がり遅れを対策している。

図４は、本発明の第２の実施形態のアンテナ装置を示す回路図であり、図４において、送信アンテナ１０はスマートキーシステムにおける複数の送信アンテナのうち図２におけるアンテナ選択回路２により選択された１つの送信アンテナを示している。

駆動回路３１は、コンプリメンタリ接続されるパワートランジスタ対により出力段が構成され、本実施形態においてはｎ型およびｐ型の一対のＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂをコンプリメンタリ接続にして前記ＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂのドレイン同士が接続された出力端に電流制限抵抗３２を介在して駆動対象の送信アンテナ１０の一端に接続されている。

駆動回路３１に印加する電源電圧を発生する電源回路４０は、定電圧回路３３および補助電源回路３４により構成され、定電圧回路３３は定電圧＋Ｖｄｄを発生し、補助電源回路３４は補助電源電圧を発生する。

制御回路３５は駆動回路３１を制御する制御信号を生成する信号生成回路部３６を備えており、該信号生成回路部３６はスマートキーシステムの認証に基づくベースバンド波形の２値のビット信号にパルス状の搬送波を重畳させて変調信号を生成する。

前記補助電源回路３４は、前記ビット信号が入力されて作動するアンプ３７と、該アンプ３７の出力電圧に応じて充放電されるコンデンサ３８と、該コンデンサ３８の充放電経路を形成する逆流防止用のダイオード４１，４２とから成るチャージポンプ回路により構成される。

駆動回路３１の電源側のＭＯＳＦＥＴ３１ａのソースには、定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄが逆流防止用のダイオード４３を介して印加されると共に、補助電源回路３４のコンデンサ３８の端子電圧が逆流防止用のダイオード４２を介して印加される。その為、駆動回路３１には、定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄ（ダイオード４３の順方向電圧分を考慮せず）および補助電源回路３４により発生される補助電源電圧が印加される。

制御回路３５には図５（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ示すビット信号、パルス状の搬送波が入力され、信号生成回路部３６は前記ビット信号および前記搬送波のＮＡＮＤをとるＮＡＮＤゲート３９により構成され、該ＮＡＮＤゲート３９からの出力により駆動回路３１の一対のＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂを制御する。前記ビット信号はスマートキーシステムの認証に基づく２値の送信データに対応するので、前記ＭＯＳＦＥＴ３１ａおよび３１ｂは、送信データをパルス状の搬送波に重畳させた制御信号によりオン・オフが制御され、プッシュプル駆動されることになる。

ところで、駆動回路３１を制御する制御信号の生成に使用されるビット信号は、アンプ３７に入力される。前記ビット信号は、対象の送信アンテナ１０の駆動期間、２値のうちの高レベル「Ｈ」となると共に、対象の送信アンテナの駆動期間以外、２値のうちの低レベル「Ｌ」となる２値信号である。すなわち、対象の送信アンテナ１０が駆動される以前において、ビット信号の「Ｌ」信号によりアンプ３７の出力は接地レベルとなっており、コンデンサ３８はダイオード４１を介して定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄにより充電され、前記コンデンサ３８の端子電圧Ａは定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄからダイオード４１の順方向電圧分を差し引いた電圧となる。

対象の送信アンテナ１０の駆動期間となり、ビット信号が「Ｈ」信号に切り替わると、アンプ３７の出力は定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄの高レベルとなる。その為、前記コンデンサ３８は前記アンプ３７の出力により充電されて前記コンデンサ３８の端子電圧Ａは定電圧＋Ｖｄｄからダイオード４１の順方向電圧分を差し引いた電圧に定電圧＋Ｖｄｄを加算した電圧となる。

したがって、駆動回路３１の電源電圧は、補助電源回路３４から補助電源電圧が発生された際には定電圧＋Ｖｄｄの２倍からダイオード４１，４２の各順方向電圧分を差し引いた電圧に達する。

補助電源回路３４は、駆動回路３１を制御する制御信号の生成に使用されるビット信号に対応して補助電源電圧を発生し、対象の送信アンテナ１０の駆動開始に伴って駆動回路３１の電源電圧を高める。その為、駆動回路３１による駆動力が高まった状態で前記送信アンテナ１０の駆動が開始される。そして、駆動回路３１が駆動されることに伴ってコンデンサ３８が放電され、駆動回路３１は定電圧回路３３により発生される定電圧＋Ｖｄｄからダイオード４３の順方向電圧分を差し引いた定常の電圧を電源電圧として駆動されるようになる。図５（Ｃ）は駆動回路３１に印加される電源電圧を示すものである。

駆動回路３１の電源電圧が定常の電圧となる時点において、送信アンテナ１０に供給される駆動電流は所定の値まで十分に立ち上がった状態になっているので、送信アンテナ１０に供給される駆動電流は図５（Ｄ）に示すようになり、送信アンテナ１０からは立ち上がりが早められた電界強度の電波により送信データが送信される。

前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本発明に係るアンテナ装置は、複数の送信アンテナを駆動するのに用いられ、車両側の本体機および使用者側の携帯機間の双方向無線通信において車両側に設置される送信アンテナを駆動するのに有用である。

１ａ，１ｂ〜１ｎ，１，１０ 送信アンテナ
３，３１ 駆動回路
４，４０ 電源回路
５，２４，３５ 制御回路
２１ 主駆動回路部
２２ 補助駆動回路部
２３，３２ 電流制限抵抗
３３ 定電圧回路（主電源回路）
３４ 補助電源回路

Claims (6)

1. 送信アンテナを用いて送信データを電波によって送信するアンテナ装置であって、前記送信アンテナに駆動電流を供給する駆動回路を主駆動回路部と補助駆動回路部とにより構成し、前記主駆動回路部の作動に加え、前記補助駆動回路部が前記駆動電流の立ち上がりの間の所定時間作動して前記駆動電流を供給することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記主駆動回路部の駆動電流を出力する出力端は、電流制限抵抗を介して前記送信アンテナに接続されると共に、前記補助駆動回路部の駆動電流を供給する出力端は、電流制限抵抗を介さずに前記送信アンテナに接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記所定時間は前記駆動電流が所定の値となる時間であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のアンテナ装置。
4. 送信アンテナを用いて送信データを電波によって送信するアンテナ装置であって、前記送信アンテナに駆動電流を供給する駆動回路と、前記駆動回路に印加する電源電圧を主電源回路と補助電源回路とにより発生する電源回路とを備え、前記補助電源回路は前記主電源回路により発生されて前記駆動回路に印加される主電源電圧に加算される補助電源電圧を発生すると共に、前記駆動回路により前記送信アンテナに供給する前記駆動電流の発生期間の発生開始時から途中まで補助電源電圧を発生することを特徴とするアンテナ装置。
5. 前記補助電源回路はチャージポンプ回路により構成されることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記送信アンテナから送信する前記送信データに対応するビット信号にパルス状の搬送波を重畳させて変調信号を生成すると共に、その変調信号に応じて前記駆動回路を制御する制御回路を備え、前記チャージポンプ回路は前記ビット信号に基づいて該チャージポンプ回路のコンデンサがスイッチ制御されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。

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