JP2018500807A

JP2018500807A - 自動車用ｒｆ信号カバレッジのためのシステム、方法、およびモジュール

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Publication number: JP2018500807A
Application number: JP2017526498A
Authority: JP
Inventors: スティーブン・ダブリュー・キム; 落井　紀宏; 紀宏落井
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-12-05
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: US10044415B2; WO2016090211A1; US20170250738A1; JP6508335B2; CN107005258A; EP3228014A1; EP3228014A4; CN107005258B; EP3228014B1

Abstract

自動車用アンテナシステムは、自動車の外側に配置された外側アンテナ、ＲＦ放射ケーブルを含み自動車の内側に配置された内側アンテナ、および無線通信モジュールを含む。内側アンテナは、外側アンテナにより受信および送信された全ての信号が内側アンテナを介して受信および送信されるように、外側アンテナと無線通信モジュールとの間に接続される。

Description

本発明は、車両用のＲＦ信号カバレッジを提供することに関し、さらに特に、本発明は、同時に自動車の内側および外側の両方のＲＦ信号カバレッジ（到達範囲）を提供することに関する。

ネットワークおよび自動車技術における最近の開発は、内側および外側の両方のＲＦ信号カバレッジを自動車に提供する願望をもたらした。種々の技術は、自動車の内側および外側両方のＲＦ信号カバレッジを提供することを試み、特に、典型的には金属から作られ、それゆえ２つの望ましいＲＦ信号カバレッジエリアに分離する電磁気的シールドを提供する、自動車の車体に関連づけられた問題に対処しようとしている。

自動車の内側および外側の両方のＲＦ信号カバレッジを提供する公知の方法は、ＲＦコンバイナ、またはＲＦ信号を２つの信号経路、すなわち、自動車の外側にＲＦ信号カバレッジを提供する外側のアンテナのための第１の信号経路、および自動車の内側にＲＦ信号カバレッジを提供する内側アンテナのための第２の経路、に分離するＲＦスイッチを簡易に使用することを含む。例えば、内側アンテナは、ポータブルコンピュータ、後部座席エンターテイメントコンソール、ユーザのゲーム装置などの、無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）に自動車内のＷＬＡＮを利用できる装置を接続することを提供し、または、セルラーフォン用ハンズフリーのブルートゥース（登録商標）接続のような、または他の同様の装置など、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）にＰＡＮを利用できる装置を提供する。外側アンテナは、例えば、ＷｉＦｉホットスポット、住宅におけるアクセスポイント、商用のサービスセンタなどの無線接続を提供する。

ＲＦスイッチは、低挿入損失と内側および外側のアンテナとの間の高いアイソレーションを提供するが、ＲＦスイッチは、任意の時間に内側および外側のアンテナの一つだけに接続を許可する。外側アンテナ１０１および内側アンテナ１０２は、例えば、図６に示される単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチ１１０の時分割制御により典型的には切り替えされ、また、外側アンテナ１０１と内側アンテナ１０２が同時に通信を行うことはできないから、総合的な通信スループットは低い。すなわち、内側アンテナ１０２と外側アンテナ１０１に信号経路を結合するＳＰＤＴ１１０に依存することにより、内側アンテナ１０２と外側アンテナ１０１がＲＦ信号を同時に送信または受信できないという問題を引き起こす。

ＲＦコンバイナ、またはＲＦディバイダまたはＲＦスプリッタのような同様の装置は、外側アンテナ１０１および内側アンテナ１０２の両方が同時に通信を行うことを可能にする。しかしながら、図７に例示される、ＲＦコンバイナ、ディバイダ、またはスプリッタのような装置１１１は、典型的には高挿入損失と外側アンテナ１０１および内側アンテナ１０２との間の低いアイソレーションを有する。これは信号の品質を低下させ、スループットの損失と接続距離の減少を引き起こす。特に、内側アンテナ１０２および外側アンテナ１０１への信号経路を結合するような装置１１１を使用することにより、外側アンテナ１０１に対して、例えば、約３．５ｄＢの、高挿入損失と、例えば、約３．５ｄＢの、内側アンテナ１０２および外側アンテナ１０１との間の低いアイソレーションを引き起こす。

さらに、自動車の外側および内側の両方のＲＦ信号カバレッジを提供する上記の方法は、２つの異なるアンテナとＲＦケーブル線の実体的長さを必要とし、そのことが高コストと当該方法を実施するための複雑さを招く。

公知のＲＦ放射ケーブルは、トンネル用またはビルディング用のＲＦ信号カバレッジを提供するが、例えば、ＲＦ放射ケーブルは、自動車用アンテナを提供するように設計または配置されていない。

上記の問題を解決するため、本発明の好適な実施形態は、自動車の外側および内側両方のＲＦ信号カバレッジを提供するための、システム、方法、およびモジュールを提供する。本発明の好適な実施形態によれば、自動車の内側および外側のＲＦ信号カバレッジを提供するために使用される、アンテナの数、および／またはＲＦケーブル線の長さは、ＲＦ放射ケーブル、および／または方向性結合器の配置次第で減少する。このため、通信は、データ速度またはスループットを大幅に低下させることなく、同時に自動車の内側および外側の両方について行われる。

さらに、本発明の好適な実施形態は、費用対効果の高い自動車の外側および内側の両方のＲＦ信号カバレッジを提供する。

本発明の好適な実施形態の自動車用のアンテナシステムは、自動車の外側に配置された外側アンテナ、ＲＦ放射ケーブルを含み自動車の内側に配置された内側アンテナ、および無線通信モジュールを含む。内側アンテナは、外側アンテナにより受信および送信するすべての信号が内側アンテナを介して受信および送信されるように外側アンテナと無線通信モジュール間に接続される。

好ましくは、無線通信モジュールは、第１の受信回路および第１の送信回路を有するＩＣを含み、また第１の受信回路および第１の送信回路が第１の周波数を用いて第１の信号を受信および送信する。

無線通信モジュールは、好ましくは、第１の受信回路が第１の送信回路から分離されるように、また第１の信号が内側アンテナおよび外側アンテナを使用して受信および送信されるように、内側アンテナとＩＣとの間に接続されるデュープレクサを含む。無線通信モジュールは、好ましくは、デュープレクサと第１の送信回路との間に接続されるパワーアンプを含む。無線通信モジュールは、デュープレクサと第１の受信回路との間に接続される低ノイズアンプを含む。

好ましくは、ＩＣは、第２の受信回路および第２の送信回路を含み、第２の受信回路および第２の送信回路は、第２の周波数を用いて第２の信号を受信および送信する。好ましくは、無線通信モジュールは、内側アンテナとＩＣとの間に接続されるダイプレクサを含み、ダイプレクサは、第１信号および第２信号を分離および結合する。

無線通信モジュールは、好ましくは、ダイプレクサ、第１の受信回路、および第１の送信回路に接続された第１のスイッチを含む。無線通信モジュールは、好ましくは、第１のスイッチと第１の送信回路との間に接続された第１のパワーアンプを含む。無線通信モジュールは、好ましくは、第１のスイッチと第１の受信回路との間に接続された第１の低ノイズアンプを含む。

無線通信モジュールは、好ましくは、ダイプレクサ、第２の受信回路、および第２の送信回路に接続された第２のスイッチを含む。無線通信モジュールは、好ましくは、第２のスイッチと第２の送信回路との間に接続された第２のパワーアンプを含む。無線通信モジュールは、好ましくは、第２のスイッチと第２の受信回路との間に接続された第２の低ノイズアンプを含む。

好ましくは、ＩＣは、第３の受信回路および第３の送信回路を含み、第３の受信回路および第３の送信回路は、第３の周波数を用いて第３の信号を受信および送信する。

好ましくは、ＩＣは、第３の受信回路および第３の送信回路を含み、第３の受信回路および第３の送信回路は、第３の周波数を用いて第３の信号を受信および送信する。第２のスイッチは、第３の受信回路および第３の送信回路に接続される。

本発明の上記および他の特徴、要素、特性、ステップ、および利点は、添付された図面を参照することによって、本発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

図１は、本発明の第１の好適な実施形態にかかる外側および内側アンテナの配置を示す。図２は、本発明の第１の好適な実施形態にかかる無線通信モジュールを示す。図３は、本発明の第１の好適な実施形態にかかる他の無線通信モジュールを示す。図４は、本発明の第２の好適な実施形態にかかる外側および内側アンテナの配置を示す。図５は、本発明の第２の好適な実施形態にかかる無線通信モジュールを示す。図６は、外側および内側アンテナの公知の配置を示す。図７は、外側および内側アンテナの他の公知の配置を示す。

図１−図３に示される本発明の第１の好適な実施形態によれば、ただ一つのアンテナは、自動車の外側および内側両方をカバーするために必要とされる。単一のアンテナは、一端において、好ましくは、例えばホイップアンテナ、ロッドアンテナ、またはシャークフィンアンテナを含む典型的なアンテナである外側アンテナ１を含み、また他端において、ＲＦ放射ケーブルである内側アンテナ２とを含む。内側アンテナ２の一端は、ＲＦポート３に接続される。自動車の内側のＲＦ信号カバレッジは、自動車の内側をカバーしアンテナとして動作する内側アンテナ２により提供される。自動車の外側の無線カバレッジは、好ましくは、外側アンテナ１によりカバーされる。図１により示されるこの配置によれば、ただ一つのＲＦケーブルは、自動車の外側および内側両方のＲＦ信号カバレッジのために必要とされ、単一のアンテナは、両方のエリアをカバーする。

図２は、本発明の第１の好適な実施形態にかかる無線通信システムを示す。図２に示すように、無線通信システムは、外側アンテナ１、内側アンテナ２、および無線通信モジュール１０を含む。図１および２に示すように、内側アンテナ２は、好ましくは、ＲＦ放射ケーブルであり、外側アンテナ１は、好ましくは、典型的なアンテナである。

図２に示される無線通信モジュール１０は、デュープレクサ１１、パワーアンプ１２、低ノイズアンプ１３、および送信回路Ｔｘおよび受信回路Ｒｘを有するＩＣチップ１４をさらに含む。送信回路Ｔｘは、パワーアンプ１２およびデュープレクサ１１を介して内側アンテナ２および外側アンテナ１に接続される。受信回路Ｒｘは、低ノイズアンプ１３およびデュープレクサ１１を介して内側アンテナ２および外側アンテナ１に接続される。デュープレクサ１１は、受信および送信回路ＲｘおよびＴｘが内側アンテナ２および外側アンテナ１の共有を可能にしながら、送信回路Ｔｘから受信回路Ｒｘを分離する。しかしながら、本発明の好適な実施形態によれば、ＲＦスイッチが、高いデータ速度とスループットを維持すると同時に、図２に示されるデュープレクサ１１の代わりに用いられてもよい。

本発明の第１の好適な実施形態によれば、無線通信モジュール１０は、好ましくは、複数の受信回路および／または複数の送信回路を含む結合モジュールである。図３は、本発明の第１の好適な実施形態に従った他の無線通信システムを示す。

図３に示される無線通信システムは、外側アンテナ１、内側アンテナ２、および無線通信モジュール２０を含む。図１および３に示すように、内側アンテナ２は、好ましくは、ＲＦ放射ケーブルであり、外側アンテナ１は、好ましくは、典型的なアンテナである。図３に示す無線通信モジュールは、さらに２．４ＧＨｚ信号および５ＧＨｚ信号を分離および結合するダイプレクサ、スイッチ２５、パワーアンプ２２、低ノイズアンプ２３、およびＩＣチップ２４を含む。ＩＣチップ２４は、好ましくは、例えば、５ＧＨｚのＴｘおよびＲｘ回路、２．４ＧＨｚのＴｘおよびＲｘ回路、およびブルートゥース（ＢＴ）のＴｘ／Ｒｘ回路を含む”システムオンチップ”（ＳｏＣ）である。信号は、図３に示す以下の無線通信システムにより送信および受信される。
１）５ＧＨｚのＴｘ回路は、上部のパワーアンプ２２、上部のスイッチ２５、ダイプレクサ２１、内側アンテナ２、および外側アンテナ１を介して信号を送信する。
２）５ＧＨｚのＲｘ回路は、内側アンテナ２、外側アンテナ１、ダイプレクサ２１、上部のスイッチ２５、および上部の低ノイズアンプ２３から信号を受信する。
３）２．４ＧＨｚのＴｘ回路は、下部のパワーアンプ２２、下部のスイッチ２５、ダイプレクサ２１、内側アンテナ２、および外側アンテナ１を介して信号を送信する。
４）２．４ＧＨｚのＲｘ回路は、内側アンテナ２、外側アンテナ１、ダイプレクサ２１、下部のスイッチ２５、および下部の低ノイズアンプ２３から信号を受信する。
５）ブルートゥースのＴｘ／Ｒｘ回路は、下部のスイッチ２５、ダイプレクサ２１、内側アンテナ２、および外側アンテナ１を介して信号を送信および受信する。

したがって、本発明の第１の好適な実施形態によれば、通信は、外側アンテナから送信および受信される信号の低減衰を伴って、自動車の内側と外側の両方で同時に行うことができる。

図４および５に示される本発明の第２の好適な実施形態によれば、自動車用のＲＦ信号カバレッジは、方向性結合器３４により無線通信モジュール４０のＲＦポート３３に結合された内側アンテナ３２および外側アンテナ３１により提供される。

図５は、本発明の第２の好適な実施形態に従った無線通信システムを示す。図５に示すように、無線通信システムは、内側アンテナ３２、外側アンテナ３１、および無線通信モジュール４０を含む。方向性結合器３４は、ＲＦ信号コンバイナおよび無線通信モジュール４０のＲＦ信号スプリッタとして動作し、好ましくは、図５に示されるような無線通信モジュール４０に含まれる。しかしながら、方向性結合器３４は、無線通信モジュールのＲＦポート（すなわち、アンテナポート）に接続された分離要素として含まれてもよい。

図５に示される無線通信モジュール４０は、２．４ＧＨｚの信号および５ＧＨｚの信号を分離および結合するダイプレクサ４１、スイッチ４５、パワーアンプ４２、低ノイズアンプ４３、およびＩＣチップ４４をさらに含む。好ましくは、ダイプレクサ４１、スイッチ４５、パワーアンプ４２、低ノイズアンプ４３、およびＩＣチップ４４は、図２および３を参照して上述したものである。

図５に示されるように、無線通信システムは、内側アンテナ３２および外側アンテナ３１の１または２つのＲＦケーブル３５を含んでもよい。例えば、内側アンテナ３２および外側アンテナ３１は、両方とも典型的なアンテナであることができ、または外側アンテナ３１は、ＲＦ放射アンテナとして配置された内側アンテナ３２を持つ典型的なアンテナであることができる。典型的な外側アンテナは、例えば、ホイップアンテナ、ロッドアンテナ、シャークフィンアンテナを含む。典型的な内側アンテナは、例えば、パターンアンテナ、チップアンテナ、逆Ｆアンテナを含む。

図４および５に示されるように、方向性結合器３４は、入力ポートＩ、出力ポートＯ、および結合ポートＣを含む、３つのポートを含む。入力ポートＩは、例えば、無線通信モジュール４０のＲＦポートを経由して、無線通信モジュールのダイプレクサ４１に接続される。出力ポートＯは、外側アンテナ３１、および内側アンテナ３２に接続された結合ポートＣに接続される。

好ましくは、入力ポートＩに提供される信号は、わずか約数十ｄＢの減衰で出力ポートＯから出力される。入力ポートＩに提供される信号は、また、結合ポートＣからの出力であり、しかし、好ましくは、約６から１５ｄＢ減衰される。しかしながら、結合ポートＣでの減衰は、必要に応じて調整してもよい。

好ましくは、出力ポートＯに提供される信号は、わずか約数十ｄＢの減衰で入力ポートＩから出力される。出力ポートＯに提供される信号は、また、結合ポートＣからの出力であり、しかし、好ましくは、例えば、約２０ｄＢから約４０ｄＢの減衰を伴った、小さな信号としてのみ結合ポートＣから出力される。

好ましくは、結合ポートＣに提供される信号は、例えば、約６ｄＢから約１５ｄＢの減衰を伴った入力ポートＩからの出力である。しかしながら、結合ポートＣでの減衰は、必要に応じて調整してもよい。結合ポートＣに提供される信号は、また出力ポートＯからの出力であり、しかし、好ましくは、例えば、約２０ｄＢから約４０ｄＢの減衰を伴った、小さな信号としてのみ出力ポートＯから出力される。

したがって、本発明の第２の好適な実施形態によれば、ＲＦ信号カバレッジは、ＲＦ信号コンバイナおよびＲＦ信号スプリッタとして方向性結合器を使用する自動車の内側および外側両方に提供することができる。よって、外側アンテナにより送信および受信される信号のＲＦ信号損失は、大幅に削減され、または最小限にされる。特に、自動車の内側のＲＦ信号カバレッジエリアは制限されるから、内側アンテナにより送信および受信される信号は、データ速度またはスループットを大幅に削減することなく、方向性結合器を介したＲＦ信号損失に耐えることができる。さらに、方向性結合器は、内側および外側アンテナとの間の高いアイソレーションを提供し、内側および外側アンテナによる送信および受信信号の品質を高める。

前述の説明は、本発明の単なる例示にすぎないことを理解すべきである。本発明から逸脱することなく、様々な代替および変更が当業者により考案することができる。よって、本発明は添付の特許請求の範囲に含まれる全てのそのような代替、修正、および変更を包含することを意図している。

Claims

自動車のアンテナシステムであって、
自動車の外側に配置された外側アンテナと、
ＲＦ放射ケーブルを含みかつ自動車の内側に配置された内側アンテナと、
無線通信モジュールとを備え、
前記内側アンテナは、外側アンテナにより受信および送信される全ての信号が内側アンテナを介して受信および送信されるように、外側アンテナおよび無線通信モジュールとの間に接続される、自動車のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第１の受信回路および第１の送信回路を有するＩＣを含み、
第１の受信回路および第１の送信回路は、第１の周波数を用いて第１の信号を受信および送信する、請求項１のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第１の受信回路が第１の送信回路から分離されるように、また第１の信号が内側アンテナおよび外側アンテナを使用して受信および送信されるように、内側アンテナとＩＣとの間に接続されるデュープレクサを含む、請求項２のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、デュープレクサと第１の送信回路との間に接続されるパワーアンプを含む、請求項３のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、デュープレクサと第１の受信回路との間に接続される低ノイズアンプを含む、請求項３のアンテナシステム。
ＩＣは、第２の受信回路および第２の送信回路を含み、前記第２の受信回路および第２の送信回路は第２の周波数を用いて第２の信号を受信および送信する、請求項２のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、内側アンテナとＩＣとの間に接続されるダイプレクサを含み、ダイプレクサは、第１の信号および第２の信号を分離および結合する、請求項６のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、ダイプレクサ、第１の受信回路、および第１の送信回路に接続された第１のスイッチを含む、請求項７のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第１のスイッチと第１の送信回路との間に接続された第１のパワーアンプを含む、請求項８のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第１のスイッチと第１の受信回路との間に接続された低ノイズアンプを含む、請求項８のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、ダイプレクサ、第２の受信回路、および第２の送信回路に接続された第２のスイッチを含む、請求項７のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第２のスイッチと第２の送信回路との間に接続された第２のパワーアンプを含む、請求項１１のアンテナシステム。
無線通信モジュールは、第２のスイッチと第２の受信回路との間に接続された第２の低ノイズアンプを含む、請求項１１のアンテナシステム。
ＩＣは、第３の受信回路および第３の送信回路を含み、第３の受信回路および第３の送信回路は、第３の周波数を用いて第３の信号を受信および送信する、請求項６のアンテナシステム。
ＩＣは、第３の受信回路および第３の送信回路を含み、第３の受信回路および第３の送信回路は、第３の周波数を用いて第３の信号を受信および送信する、請求項１１のアンテナシステム。
第２のスイッチは、第３の受信回路および第３の送信回路に接続される、請求項１５のアンテナシステム。