JP2020102706A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を抑制した通信装置を提供する。【解決手段】通信装置は、車両の壁部を挟んで互いに対向するように配置されるアンテナユニットと通信ユニットとを備えた通信装置であって、前記アンテナユニットは、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆うケースと、を有し、前記通信ユニットは、電子回路が設けられた回路基板と、前記回路基板を収容する筐体と、を有し、前記電子回路は、前記複数のアンテナ素子が接続されるアンテナ端子と、信号線を介して前記アンテナ端子に接続される複数の通信回路部と、前記複数の通信回路部を制御する制御部と、を含み、前記回路基板には、金属部材が挿通する開口部が更に設けられ、前記アンテナ端子と前記制御部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置に関する。

従来より、車両の屋根の上に配置されるアンテナユニットと、アンテナユニットに接続される通信ユニットとを含む通信装置がある。通信ユニットは、アンテナユニットに接続されるアンテナ端子と、アンテナユニットを介して送信又は受信する信号を処理する回路等を含む（例えば、特許文献１参照）。

特許第６３１４２７７号

ところで、通信ユニットの内部に、アンテナユニットで送信又は受信される信号に影響を与え得るノイズを生じるノイズ発生源がある場合には、アンテナ端子とアンテナユニットとを接続する配線等からノイズが侵入し、配線で伝送される信号にノイズが乗るおそれがある。このようなノイズは、車両側から無線通信でデータを受信したサーバ等におけるデータ処理、又は、車両側におけるデータ処理に影響を与えるおそれがある。

そこで、ノイズの影響を抑制した通信装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態の通信装置は、車両の壁部を挟んで互いに対向するように配置されるアンテナユニットと通信ユニットとを備えた通信装置であって、前記アンテナユニットは、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆うケースと、を有し、前記通信ユニットは、電子回路が設けられた回路基板と、前記回路基板を収容する筐体と、を有し、前記電子回路は、前記複数のアンテナ素子が接続されるアンテナ端子と、信号線を介して前記アンテナ端子に接続される複数の通信回路部と、前記複数の通信回路部を制御する制御部と、を含み、前記回路基板には、金属部材が挿通する開口部が更に設けられ、前記アンテナ端子と前記制御部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている。

ノイズの影響を抑制した通信装置を提供することができる。

実施の形態１の通信装置１０を示す図である。 通信ユニット１００を分解した状態を示す図である。 回路基板１０５の下面側の構成を示す図である。 電子回路モジュール１７０の構成を示す図である。 通信ユニット１００の断面図である。 実施の形態の第１変形例の通信ユニット１００Ｍ１を示す図である。 実施の形態の第２変形例の通信装置１０Ｍを示す図である。

以下、本発明の通信装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１の通信装置１０を示す図である。通信装置１０は、アンテナユニット５０と通信ユニット１００とを含む。アンテナユニット５０は、車両のルーフ（屋根）１の上面１Ａに配置され、通信ユニット１００は、車両のルーフ１の下面１Ｂの下にアンテナユニット５０と対向するように配置される。通信ユニット１００は、ネジ留め等でルーフ１に吊り下げられた状態で固定される。車両のルーフ１は、車両の壁部の一例である。

以下では、車両のルーフ１に取り付けられた状態における通信装置１０の上下関係を用いて説明を行う。また、平面視とは上から下に向かって見ることをいう。また、回路基板１０５、サブ基板１７１、ユニットケース１０１Ｍ等の表面のことを下面と称し、裏面のことを上面と称する場合もある。なお、これらの方向性は発明に係る通信装置１０の使用時の方向を限定するものではない。

アンテナユニット５０は、複数のアンテナ素子であるアンテナ５１、５２、５３と、ケース５４とを含む。アンテナ５１は、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)通信用のアンテナ素子であり、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から位置情報と時間情報を含むＧＰＳ信号を受信するために設けられている。

アンテナ５２は、ＬＴＥ(Long Term Evolution)通信用のアンテナ素子であり、携帯電話基地局と通信するために設けられている。ここでは一例としてＬＴＥを用いて説明するが、５Ｇ(Fifth Generation)やその他の形式であってもよい。

アンテナ５３は、Ｖ２Ｘ通信用のアンテナ素子であり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｐ規格に基づいて、車両同士の間での通信(V to V)や車両と路上設備との間での通信(V to I)の他に、車両と携帯端末との間の通信等に用いるために設けられている。

アンテナ５１、５２、５３は、それぞれ、ケーブル５１Ａ、５２Ａ、５３Ａを介して通信ユニット１００に接続されている。ケーブル５１Ａ、５２Ａ、５３Ａは、ケース５４の開口部５４Ａと、ルーフ１に設けられた開口部（貫通孔）１Ｃとに挿通されて、車両の内部側（車室内側）に引き回されている。

通信ユニット１００は、主な構成要素として、ユニットケース１０１、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ(Gateway)処理部１２１、制御部１２２、Ｉ／Ｆ(interface)１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ(Wireless Local Area Network)／ＢＴ(Bluetooth（登録商標）)モジュール１３３を含む。

ここで、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３は、それぞれ、通信回路部の一例である。ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３は、後述する回路基板１０５の信号線１０７や前述したケーブル５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ等を介してアンテナ５１、５２、５３に接続される。また、ＧＷ処理部１２１と制御部１２２は、一例として１つのＣＰＵ(Central Processing Unit：中央演算処理装置)１２０によって実現される。

ユニットケース１０１は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ処理部１２１、制御部１２２、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３等を収納する金属製の筐体である。ユニットケース１０１には、コネクタ１３４、１３５等が設けられており、ケーブル５１Ａ、５２Ａ、５３Ａ、及びアンテナ１３３Ａが接続されている。

ＧＮＳＳモジュール１１１は、アンテナ５１とＧＷ処理部１２１とに接続されており、アンテナ５１が受信するＧＰＳ信号に増幅や復調等の信号処理を行い、ＧＷ処理部１２１に出力する。

ＬＴＥモジュール１１２は、アンテナ５２とＧＷ処理部１２１とに接続されており、アンテナ５２が受信する信号に増幅や復調等の信号処理を行い、ＧＷ処理部１２１に出力する。また、ＬＴＥモジュール１１２は、ＧＷ処理部１２１から伝達された信号に変調や増幅等の信号処理を行い、送信信号としてアンテナ５２に出力する。

Ｖ２Ｘモジュール１１３は、アンテナ５３とＧＷ処理部１２１とに接続されており、アンテナ５３が受信する信号に増幅や復調等の信号処理を行い、ＧＷ処理部１２１に出力する。また、Ｖ２Ｘモジュール１１３は、ＧＷ処理部１２１から伝達された信号に変調や増幅等の信号処理を行い、送信信号としてアンテナ５２に出力する。

ＧＷ処理部１２１は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に接続されている。ＧＷ処理部１２１は、ＧＮＳＳモジュール１１１から入力されるＵＡＲＴ用のプロトコルのＧＰＳ信号をイーサネット（登録商標）、ＣＡＮ(Controller Area Network)、又はＰＣＩｅ(PCI Express)用のプロトコルのデータに変換して、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、又はＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に出力する。すなわち、ＧＷ処理部１２１は、ＧＮＳＳモジュール１１１に対応したプロトコルと、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に対応したプロトコルとの間のプロトコル変換を行う。

また、ＧＷ処理部１２１は、ＬＴＥモジュール１１２から入力されるＬＴＥ用のプロトコル（ＵＳＢ等）の信号をイーサネット、ＣＡＮ、又はＰＣＩｅ用のプロトコルのデータに変換して、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、又はＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に出力するとともに、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、又はＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３から入力されるイーサネット、ＣＡＮ、又はＰＣＩｅ用のプロトコルのデータをＬＴＥ用のプロトコルの信号に変換して、ＬＴＥモジュール１１２に出力する。すなわち、ＧＷ処理部１２１は、ＬＴＥモジュール１１２に対応したプロトコルと、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に対応したプロトコルとの間のプロトコル変換を行う。

また、ＧＷ処理部１２１は、Ｖ２Ｘモジュール１１３から入力されるＶ２Ｘ用のプロトコル（ＵＳＢ等）の信号をイーサネット、ＣＡＮ、又はＰＣＩｅ用のプロトコルのデータに変換して、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、又はＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に出力するとともに、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、又はＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３から入力されるイーサネット、ＣＡＮ、又はＰＣＩｅ用のプロトコルのデータをＶ２Ｘ用のプロトコルの信号に変換して、Ｖ２Ｘモジュール１１３に出力する。すなわち、ＧＷ処理部１２１は、Ｖ２Ｘモジュール１１３に対応したプロトコルと、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に対応したプロトコルとの間のプロトコル変換を行う。なお、ＧＷ処理部１２１は、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３の間のプロトコル変換を更に行っても構わない。

制御部１２２は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ処理部１２１、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３を制御し、これらの電子回路の動作管理を行う。

Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２は、それぞれ、車両のイーサネット及びＣＡＮ用のバスを介して車両に搭載されたＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御装置)に接続され、データの送受信を行う。Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２は、車内通信ネットワークに接続される送受信部のうちの有線送受信部の一例である。

ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３は、アンテナ１３３Ａに接続され、車両に搭載された無線通信を行うＥＣＵ等とＷＬＡＮ又はBluetoothによるデータの送受信を行う。ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３は、車内通信ネットワークに接続される送受信部のうちの無線送受信部の一例である。

図２は、通信ユニット１００を分解した状態を示す図である。ユニットケース１０１は、上側のケース部１０１Ａと下側のケース部１０１Ｂとに分割可能であり、ケース部１０１Ａとケース部１０１Ｂとを接合して生じる内部空間には回路基板１０５が収納される。回路基板１０５には、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ処理部１２１、制御部１２２、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３、及び、後述するアンテナ端子１４０、電源回路１５０、１６０等の電子回路を構成するための電子部品が実装されるが、図２では省略する。なお、以下の説明では、電子回路を構成するための電子部品を実装することを、「電子回路を設ける」と称して説明を進める。

ケース部１０１Ａとケース部１０１Ｂは、平面視で矩形状であり、合わせた状態で直方体状である。すなわち、ユニットケース１０１のＺ軸方向の厚さは、ユニットケース１０１の全体で略一定である。

ケース部１０１Ａ、１０１Ｂは、平面視における中央部に、円筒部１０２Ａ、１０２Ｂをそれぞれ有する。ケース部１０１Ａと１０１Ｂとを合わせた状態では、円筒部１０２Ａの下端と円筒部１０２Ｂの上端とが当接し、ユニットケース１０１の平面視での中央を上下方向に貫通する円筒部１０２を構築する。一例として、円筒部１０２Ａは円筒部１０２Ｂよりも上下方向の長さが長い。

回路基板１０５は、平面視における中央に、円筒部１０２Ａを挿通させるための開口部１０６を有する。

図３は、回路基板１０５の下面側の構成を示す図である。回路基板１０５は、一例としてＦＲ−４(Flame Retardant type 4)規格のプリント基板であり、複数の金属層と絶縁層とを重ね合わせた構成を有する。複数の金属層は、回路基板１０５の上面と下面に加えて、絶縁層同士の間の内層にも設けられていてもよい。金属層には、信号伝達用の信号線１０７や接地用のグランドパターン１０８等が設けられている。回路基板１０５の中央に設けられる開口部１０６の周囲は、グランドパターン１０８で囲まれている。開口部１０６は、平面視で円形であり、中心は、回路基板１０５の中心と一致する。

以下では、ＸＹＺ座標を用いて説明する。＋Ｚ方向は上方向であり、−Ｚ方向は下方向である。

図３は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＣＰＵ１２０（ＧＷ処理部１２１、制御部１２２）、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３に加えて、アンテナ端子１４０、電源回路１５０、１６０等の回路基板１０５上の配置を示している。

アンテナ端子１４０は、開口部１０６の−Ｘ方向側に配置されている。アンテナ端子１４０は、複数の端子１４１を有する。複数の端子１４１は、回路基板１０５を貫通しており、各端子１４１には、＋Ｚ方向側でアンテナユニット５０のケーブル５１Ａ、５２Ａ、５３Ａが接続される。図３には、各端子１４１の−Ｚ方向側の端部を示す。

また、アンテナ端子１４０は、信号線１０７を介してＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３に接続される。

アンテナ端子１４０の平面視での中心（アンテナ端子１４０が配置される領域の中心）は、開口部１０６の中心１０６Ｃを通るＸ軸に平行な直線（仮想線）上に位置し、複数の端子１４１は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な四辺で囲まれる矩形状の領域内に配置されている。

ＬＴＥモジュール１１２は、アンテナ端子１４０の−Ｘ方向側に設けられている。Ｖ２Ｘモジュール１１３は、ＬＴＥモジュール１１２の−Ｙ方向側に設けられている。ＧＮＳＳモジュール１１１は、開口部１０６の−Ｙ方向側に設けられている。

ＣＰＵ１２０は、ＧＷ処理部１２１及び制御部１２２を含み、開口部１０６の＋Ｘ方向側に配置されている。ＣＰＵ１２０の周辺にはメモリ等が更に設けられていてもよい。

ＣＰＵ１２０の平面視での中心（ＣＰＵ１２０が配置される領域の中心）は、開口部１０６の中心１０６Ｃを通るＸ軸に平行な直線（仮想線）上に位置しており、アンテナ端子１４０の平面視での中心とＣＰＵ１２０の平面視での中心とを通る直線が、平面視で開口部１０６を通るような位置関係となっている。以下、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが、このような位置関係にあることを、「アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが、開口部１０６を挟んだ位置にある」と称して説明を進める。アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０との位置関係以外の位置関係についても同様である。

Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２は、アンテナ端子１４０とＩ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２とが開口部１０６を挟んだ位置となるように、ＣＰＵ１２０の＋Ｙ方向側に配置されている。Ｉ／Ｆ１３１は、ＧＷ処理部１２１に接続されるとともに、車内通信用のコネクタ１３４を介して車両のイーサネット用のバスに接続される。Ｉ／Ｆ１３２は、ＧＷ処理部１２１に接続されるとともに、車内通信用のコネクタ１３５を介して車両のＣＡＮ用のバスに接続される。

ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３は、ＧＮＳＳモジュール１１１とＶ２Ｘモジュール１１３との間に設けられている。ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３は、ＧＷ処理部１２１に接続されるとともに、ＷＬＡＮ／ＢＴ用のアンテナ１３３Ａ（図１参照）に接続される。図３では、ＷＬＡＮ／ＢＴ用のアンテナ１３３Ａを省略するが、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３の近くに設ければよい。また、ユニットケース１０１は、ＷＬＡＮ／ＢＴ用のアンテナ１３３Ａに対応する位置に、開口部を有すればよい。開口部は、樹脂等の絶縁部材で覆われていてもよい。

電源回路１５０は、アンテナ端子１４０と電源回路１５０とが開口部１０６を挟んだ位置となるように、ＣＰＵ１２０の−Ｙ方向側に配置されている。

電源回路１５０は、ＣＰＵ１２０等に電力を供給する電源回路であり、電源用のコネクタ１３６を介して車両のバッテリから供給される電力の電圧を変換してＣＰＵ１２０等に供給する。電源回路１５０としては、高速のスイッチング動作により電圧変換を行うスイッチングレギュレータ等を含む回路が用いられる。電源回路１５０は、電源部の一例である。

電源回路１６０は、ＬＴＥモジュール１１２の＋Ｙ方向側に設けられている。

電源回路１６０は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３等に電力を供給する電源回路であり、電源用のコネクタ１３６を介して車両のバッテリから供給される電力の電圧を変換してＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３等に供給する。

電源回路１６０は、並列接続された複数のコンデンサ１６１を有する。コンデンサ１６１は大容量の電解コンデンサであり、ノイズ低減等の目的で用いられる。通常、電解コンデンサが大容量である程、ノイズ低減効果を得易いが、高背化し易い。それに対し、複数の電解コンデンサを並列に接続することにより、大容量化を実現しつつ、高背化を抑制でき、通信ユニット１００の高さを抑制し易くなる。コンデンサ１６１は、高背型の電子部品の一例である。

以上のように、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ処理部１２１、制御部１２２、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３、アンテナ端子１４０、電源回路１５０、１６０等が、回路基板１０５の下面に設けられている。このため、回路基板１０５の下面側は、ルーフ１とは反対側であるため、各構成要素の高さが異なる場合に設計し易い。

また、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３、ＧＷ処理部１２１、制御部１２２、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２、ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール１３３、アンテナ端子１４０、電源回路１５０、１６０等の電子回路を回路基板１０５に設けた状態での重心が、開口部１０６の内側に位置するように、これらの電子回路を配置すればよい。重心は、開口部１０６の中心１０６Ｃと一致することが最も望ましい。

通信ユニット１００は、ネジ留め等でルーフ１に吊り下げられた状態で固定されるため、車両が走行して車両に振動が発生しても、通信ユニット１００を安定的に保持し易くなる。

図４は、電子回路モジュール１７０の構成を示す図である。電子回路モジュール１７０は、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３等として用いられる。電子回路モジュール１７０は、サブ基板１７１、ＩＣ(Integrated Circuit:集積回路)チップ１７２等の電子部品、金属カバー１７３、及び信号端子１７４を有する。

サブ基板１７１は、一例としてＦＲ−４規格等の回路基板であり、回路基板１０５よりも平面視でのサイズは格段に小さく、回路基板１０５の下面に実装される。ＩＣチップ１７２は、サブ基板１７１の下面に実装される。ＩＣチップ１７２には、サブ基板１７１の配線を介して信号端子１７４が接続される。

金属カバー１７３は、サブ基板１７１の下面側で、サブ基板１７１及びＩＣチップ１７２を覆う金属製のカバーである。信号端子１７４は、サブ基板１７１の上面に設けられる複数の信号端子であり、アンテナ５２又は５３に接続される信号端子を含む。

このような電子回路モジュール１７０は、回路基板１０５の下面（図３に示す面）に実装され、信号端子１７４のうちのアンテナ５２又は５３に接続される信号端子がアンテナ端子１４０側を向くように配置される。このため、信号端子１７４とアンテナ端子１４０とを接続する信号線の長さを抑制できる。

電子回路モジュール１７０は、回路基板１０５の下面に実装されるため、回路基板１０５とは別に設計できる。このため、電子回路モジュール１７０を用いることにより、回路設計（特に設計変更）の自由度が拡大する。しかも、金属カバー１７３を有しているので、ＣＰＵ１２０等が発生するノイズの影響を受け難い。

図５は、通信ユニット１００の断面図である。図５に示す断面は、回路基板１０５の開口部１０６の中心１０６Ｃを通り、Ｘ軸に平行な断面である。図５に示すように、回路基板１０５の開口部１０６の中心１０６Ｃを通り、Ｘ軸に平行な断面には、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０が含まれる。また、ＬＴＥモジュール１１２も含まれ、円筒部１０２には、金属部材１８０が挿入されている。金属部材１８０は、一例として、通信ユニット１００を車両に固定する際の固定部材として利用される。なお、円筒部１０２及び金属部材１８０は、回路基板１０５のグランドパターン１０８に接続され、グランドパターン１０８とともに車両のグランド端子を介して接地される。

ここで、図３及び図５を用いて、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０との位置関係と、それによるノイズ抑制効果について説明する。

ＣＰＵ１２０は、ＧＷ処理部１２１及び制御部１２２を含み、この中でも制御部１２２では、高速のデジタル処理に伴って発生する電気信号が高周波ノイズとなる。すなわち、制御部１２２はノイズ発生源となる。

このような制御部１２２が発生するノイズは、信号線間や電極間の電磁界結合等により他の電子回路（特にアンテナ端子１４０やＬＴＥモジュール１１２等の通信回路部）に伝搬して影響を与え易い。

このようなノイズの影響を抑制するために、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０（制御部１２２を含む）とは、回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置されている。このことは、前述したように、アンテナ端子１４０の平面視での中心とＣＰＵ１２０の平面視での中心とを通る直線（仮想線）が、平面視で開口部１０６を通るような位置関係となっていることを意味する。

開口部１０６には、ユニットケース１０１の円筒部１０２が挿通され、円筒部１０２には金属部材１８０が挿通される。円筒部１０２及び金属部材１８０は、回路基板１０５のグランドパターン１０８とともに接地されるため、ＣＰＵ１２０の制御部１２２が発生するノイズに対して、円筒部１０２及び金属部材１８０（特に円筒部１０２）がシールド（遮蔽部）の役割を果たし、制御部１２２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝搬が抑制される。

この結果、ケーブル５１Ａ〜５３Ａによってノイズが拾われる（受信される）ことを抑制でき、通信装置１０が送受信する様々な信号にノイズの影響が生じることを抑制することができる。円筒部１０２及び金属部材１８０は、回路基板１０５の開口部１０６を挿通する金属部材の一例である。

ここで、ノイズ発生源のうちでは制御部１２２が発生するノイズのレベルが特に高いため、制御部１２２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝搬を更に抑制し易い配置となっていることが望ましい。

例えば、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とは、回路基板１０５の開口部１０６を挟んで反対側に配置されていれば更によい。「アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが開口部１０６を挟んで反対側にある」とは、アンテナ端子１４０の平面視での中心とＣＰＵ１２０の平面視での中心とを通る直線が、平面視で開口部１０６の中心１０６Ｃ付近を通るような位置関係となっていることを意味する。アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０との位置関係以外の位置関係についても同様である。

アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んで反対側に配置されている場合には、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが単に回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置されている場合と比較して、アンテナ端子１４０から見てＣＰＵ１２０が金属部材１８０に隠される部分を多くでき、制御部１２２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝播を更に抑制し易くなる。

また、アンテナ端子１４０が配置される領域やＣＰＵ１２０が配置される領域や開口部１０６の形状等を適宜調整することにより、アンテナ端子１４０から見て、ＣＰＵ１２０の半分以上が金属部材１８０に隠れているようにできれば更によい。なお、回路基板１０５における様々な構成要素の配置上の制約等によって、ＣＰＵ１２０の半分以上が金属部材１８０に隠れるような配置が困難な場合には、アンテナ端子１４０から見て、ＣＰＵ１２０の少なくとも一部が金属部材１８０に隠れるような配置であってもよい。

また、電源回路１５０は、スイッチングレギュレータ等を含み、高速のスイッチング動作に伴って発生する電気信号が高周波ノイズとなる。すなわち、電源回路１５０もノイズ発生源となる可能性がある。そのため、ＣＰＵ１２０に加えて電源回路１５０も、アンテナ端子１４０と電源回路１５０とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置となるように配置されていれば更によい。これにより、電源回路１５０からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝播を抑制し易くなる。なお、電源回路１６０は、コンデンサ１６１を有しており、電源回路１５０と比較してノイズを発生し難くなっている。そのため、電源回路１６０を電源回路１５０のような位置に配置しなくてもよい。

また、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２は、ＣＰＵ１２０に接続されており、これらもノイズ発生源になる可能性がある。そのため、ＣＰＵ１２０及び電源回路１５０に加えてＩ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２も、アンテナ端子１４０とＩ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置となるように配置されていれば更によい。これにより、Ｉ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝播を抑制し易くなる。

また、ＣＰＵ１２０は、ＧＷ処理部１２１と制御部１２２を含むため、ＧＷ処理部１２１がノイズ発生源となる場合には、前述したような構成によって、アンテナ端子１４０とＧＷ処理部１２１とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置となる。そのため、ＧＷ処理部１２１からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝播を抑制し易くなる。なお、ＧＷ処理部１２１がＣＰＵ１２０から独立した電子回路として構成されている場合には、ＧＷ処理部１２１も、アンテナ端子１４０とＧＷ処理部１２１とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置となるように配置されていれば更によい。これにより、ＧＷ処理部１２１がＣＰＵ１２０から独立した電子回路であっても、ＧＷ処理部１２１からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝播を抑制し易くなる。

また、ＬＴＥモジュール１１２等の通信回路部は、アンテナ端子１４０に接続されており、アンテナ端子１４０と同様にノイズの影響を受ける可能性がある。そのため、アンテナ端子１４０に加えて、ＬＴＥモジュール１１２等の通信回路部も、ＣＰＵ１２０と通信回路部とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置となるように配置されていれば更によい。これにより、制御部１２２から通信回路部へのノイズの伝播を抑制し易くなる。

また、回路基板１０５は、開口部１０６の周囲に設けられたグランドパターン１０８を有している。そのため、制御部１２２が発生したノイズの一部がグランドパターン１０８に吸収され、制御部１２２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝搬が更に抑制される。

また、実施の形態の通信ユニット１００では、アンテナユニット５０を車両のルーフ１の上面１Ａに設けることで送受信が容易な配置になり、ルーフ１を挟んで互いに対向するようにアンテナユニット５０と通信ユニット１００を配置することで、ユニット間の配線を短くできる。これにより、効率的な配線を実現できるだけでなく、配線を介したノイズの侵入も抑制できるので、ノイズの影響を更に抑制することができる。

以上のように、実施の形態では、ノイズの影響を受け易いアンテナ端子１４０と、ノイズ発生源となるＣＰＵ１２０（制御部１２２を含む）とは、回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置されている。

このため、ＣＰＵ１２０の制御部１２２に対して、開口部１０６を挿通する金属部材である円筒部１０２及び金属部材１８０がシールド（遮蔽部）になり、制御部１２２からアンテナ端子１４０側へのノイズの伝搬が抑制されるので、通信装置１０が送受信する様々な信号にノイズの影響が生じることを抑制することができる。

したがって、ノイズの影響を抑制した通信装置１０を提供することができる。

なお、回路基板１０５における様々な構成要素の配置上の制約等によって、全ての構成要素を前述したように配置することが困難な場合や、ある構成要素から他の構成要素へのノイズの伝搬の影響が問題にならない場合には、一部の構成要素だけを選択して前述したような位置に配置すればよい。

例えば、電源回路１５０やＩ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２が発生するノイズの影響が問題にならない場合には、アンテナ端子１４０と電源回路１５０とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置になっていなくてもよいし、アンテナ端子１４０とＩ／Ｆ１３１、Ｉ／Ｆ１３２とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置になっていなくてもよい。

また、ＣＰＵ１２０と通信回路部とを、回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置する際に、対象となる通信回路部は、ＬＴＥモジュール１１２だけでもよいし、ＧＮＳＳモジュール１１１やＶ２Ｘモジュール１１３を更に含んでもよい。また、ＬＴＥモジュール１１２の代わりに、ＧＮＳＳモジュール１１１又はＶ２Ｘモジュール１１３をこのような位置に配置してもよい。すなわち、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、及びＶ２Ｘモジュール１１３のうちの少なくとも１つを含んでいればよい。また、各通信回路部が十分なシールド特性を有している場合には、このような配置をしなくてもよい。

また、以上では、ユニットケース１０１のＺ軸方向の厚さは、ユニットケース１０１の全体で略一定である形態について説明したが、図６に示すように、厚さが異なる部分を有していてもよい。図６は、実施の形態の第１変形例の通信ユニット１００Ｍ１を示す図である。

通信ユニット１００Ｍ１は、図２に示すユニットケース１０１の代わりにユニットケース１０１Ｍを含む。ユニットケース１０１Ｍは、＋Ｙ方向側の端部がＸ軸方向にわたって下側（−Ｚ方向）に突出している。すなわち、ユニットケース１０１Ｍの下面は、下面１０１Ｍ１と、下面１０１Ｍ１よりも−Ｚ方向側にある下面１０１Ｍ２とを有し、下面１０１Ｍ２は、下面１０１Ｍ１から下方向に突出している。下面１０１Ｍ１と下面１０１Ｍ２との間には、段差１０１Ｍ３がある。

このように下面１０１Ｍ１に対して下面１０１Ｍ２が下側に突出しているユニットケース１０１Ｍは、例えば、電源回路１６０のコンデンサ１６１等が、回路基板１０５の下面に実装される他の構成要素よりもＺ軸方向の背が高く、背の高い構成要素を端辺１０５Ａ（図３参照）側に配置するような場合に有効的である。

すなわち、本実施形態では、回路基板１０５の下面には、端辺１０５Ａ側に偏ってコンデンサ１６１のような高背型の電子部品が実装されており、ユニットケース１０１Ｍには、コンデンサ１６１と対向する領域である下面１０１Ｍ１における上下方向（Ｚ軸方向）の厚さ寸法が、他の領域である下面１０１Ｍ２における上下方向（Ｚ軸方向）の厚さ寸法よりも大きくなるように、段差１０１Ｍ３が設けられている。通信ユニット１００Ｍ１は、ルーフ１の下側（すなわち、車室内）に設けられるため、通信ユニット１００Ｍ１をこのような構成とすることにより、ユニットケース１０１Ｍの厚さが厚い部分を、平面的に寄せて（偏って）構成することができる。それによって、通信ユニット１００Ｍ１全体の体積を小さくすることができ、車室内の限られた空間を効率的に活用できる。なお、前述したように、コンデンサ１６１は高背型の電子部品の一例であり、端辺１０５Ａ側に他の高背型の電子部品（チョークコイル、クリスタル素子等）が更に配置されていてもよい。

また、以上では、通信ユニット１００がＧＷ処理部１２１を含む形態について説明したが、図７に示すような構成であってもよい。図７は、実施の形態の第２変形例の通信装置１０Ｍを示す図である。通信装置１０Ｍは、アンテナユニット５０と通信ユニット１００Ｍ２とを含む。

通信ユニット１００Ｍ２は、図１に示すＧＷ処理部１２１及び制御部１２２の代わりに、Ｉ／Ｆ１９０及び制御部１２２Ｍを含む。Ｉ／Ｆ１９０は、車内通信ネットワーク用のインターフェイスであり、通信ユニット１００Ｍ２の外部のゲートウェイＥＣＵ２００を介して、複数のＥＣＵ２１０に接続されている。複数のＥＣＵ２１０には、互いに異なるプロトコルを用いるＥＣＵ２１０が含まれる。

ゲートウェイＥＣＵ２００は、ＧＷ処理部１２１と同様にプロトコルの変換を行う中継装置であり、Ｉ／Ｆ１９０と、複数のＥＣＵ２１０との間で、データのプロトコルを変換して中継する。

制御部１２２Ｍは、ＧＮＳＳモジュール１１１、ＬＴＥモジュール１１２、Ｖ２Ｘモジュール１１３と、Ｉ／Ｆ１９０との動作管理を行う。

このような通信ユニット１００Ｍ２においても、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０（制御部１２２Ｍを含む）とは、回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置されていることが望ましく、回路基板１０５の開口部１０６を挟んで反対側に配置されていれば更によい。

これにより、図１乃至図５を用いて説明した通信ユニット１００と同様に、ＣＰＵ１２０の制御部１２２Ｍに対して、開口部１０６を挿通する金属部材である円筒部１０２及び金属部材１８０がシールド（遮蔽部）になり、制御部１２２Ｍからアンテナ端子１４０側へのノイズの伝搬が抑制されるので、通信装置１０が送受信する様々な信号にノイズの影響が生じることを抑制することができる。

したがって、ノイズの影響を抑制した通信装置１０Ｍを提供することができる。

なお、以上では、アンテナ端子１４０とＣＰＵ１２０とが回路基板１０５の開口部１０６を挟んだ位置に配置されている場合の構成と効果を中心に説明したが、実施の形態１の通信装置１０は、複数の車内通信ネットワーク規格に対応したプロトコル変換を行うＧＷ処理部１２１（ゲートウェイ処理部）を有しているという特徴も有しているので、この構成に関する効果についても、実施の形態の第２変形例の通信装置１０Ｍと比較しながら説明する。

第２変形例に記載の通信装置１０Ｍでは、通信ユニット１００ＭがＧＷ処理部１２１（ゲートウェイ処理部）を有しておらず、車両が複数の規格に対応した通信ネットワークを有している場合には、車両側に配置されたゲートウェイＥＣＵ２００を中継する必要がある。そして、通常、ゲートウェイＥＣＵ２００は、車両のフロントパネル付近に配置されており、通信装置１０Ｍから車両の後部に配置された電子装置にデータを送信する場合でも、車両のフロントパネル付近を経由しなければならず、車内通信ネットワークの効率的な配線ができなかった。

それに対して、実施の形態１に記載の通信装置１０では、通信ユニット１００がＧＷ処理部１２１（ゲートウェイ処理部）を有している。そのため、車両が複数の規格に対応した通信ネットワークを有している場合に、通信ユニット１００を基点として車内通信ネットワークを構築することができる。その結果、車内通信ネットワークの効率的な配線が可能になる。

このように、ゲートウェイ処理部を有していない場合の課題は、車内通信ネットワークの効率的な配線ができないことである。

また、このような課題を解決するための構成は、車両の壁部を挟んで互いに対向するように配置されるアンテナユニットと通信ユニットとを含む通信装置であって、前記アンテナユニットは、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆うアンテナケースと、を有し、前記通信ユニットは、電子回路が設けられた回路基板と、前記回路基板を収容するユニットケースと、を有し、前記電子回路は、前記複数のアンテナ素子が接続されるアンテナ端子と、信号線を介して前記アンテナ端子に接続される複数の通信回路部と、前記通信回路部を制御する制御部と、複数の規格の車内通信ネットワークに対応したプロトコル変換を行うゲートウェイ処理部と、前記ゲートウェイ処理部と前記車内通信ネットワークとの間で信号を送受信する送受信部と、を含む、という構成になる。

また、このような構成によって得られる効果は、車内通信ネットワークの効率的な配線が可能になることであり、アンテナ端子と制御部とが、回路基板の開口部を挟んだ位置にあるか否かによらない。

以上、本発明の例示的な実施の形態の通信装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１０ １０Ｍ 通信装置
５０ アンテナユニット
１００、１００Ｍ１、１００Ｍ２ 通信ユニット
１０１、１０１Ｍ ユニットケース
１０１Ｍ３ 段差
１０２ 円筒部
１０５ 回路基板
１０６ 開口部
１０７ 信号線
１０８ グランドパターン
１１１ ＧＮＳＳモジュール
１１２ ＬＴＥモジュール
１１３ Ｖ２Ｘモジュール
１２０ ＣＰＵ
１２１ ＧＷ処理部
１２２、１２２Ｍ 制御部
１３１、１３２ Ｉ／Ｆ
１３３ ＷＬＡＮ／ＢＴモジュール
１３４、１３５、１３６ コネクタ
１４０ アンテナ端子
１５０、１６０ 電源回路
１６１ コンデンサ
１７０ 電子回路モジュール
１７１ サブ基板
１７２ ＩＣチップ
１７３ 金属カバー
１７４ 信号端子
１８０ 金属部材
１９０ Ｉ／Ｆ

Claims (19)

1. 車両の壁部を挟んで互いに対向するように配置されるアンテナユニットと通信ユニットとを備えた通信装置であって、
   前記アンテナユニットは、複数のアンテナ素子と、前記アンテナ素子を覆うケースと、を有し、
   前記通信ユニットは、電子回路が設けられた回路基板と、前記回路基板を収容する筐体と、を有し、
   前記電子回路は、前記複数のアンテナ素子が接続されるアンテナ端子と、信号線を介して前記アンテナ端子に接続される複数の通信回路部と、前記複数の通信回路部を制御する制御部と、を含み、
   前記回路基板には、金属部材が挿通する開口部が更に設けられ、前記アンテナ端子と前記制御部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、通信装置。
2. 前記アンテナユニットは、前記車両の屋根の上に配置され、前記通信ユニットは、前記車両の屋根の下に配置される、請求項１記載の通信装置。
3. 前記複数の通信回路部のうちの少なくとも１つは、前記アンテナ端子の周囲に配置され、前記信号線を介してアンテナ端子に接続される、請求項１又は２記載の通信装置。
4. 前記複数の通信回路部のうちの少なくとも１つと前記制御部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、請求項１又は２記載の通信装置。
5. 前記複数の通信回路部のうちの少なくとも１つは、
   前記回路基板の表面に実装されたサブ基板と、
   前記サブ基板の表面を覆う金属カバーと、
   を有する電子回路モジュールである、請求項１又は２記載の通信装置。
6. 前記電子回路モジュールは、アンテナ接続用の信号端子を有し、
   前記アンテナ接続用の信号端子が前記回路基板の前記アンテナ端子側を向くように、前記電子回路モジュールが前記回路基板の表面に配置されている、請求項５記載の通信装置。
7. 前記通信ユニットは、前記回路基板の表面に、前記回路基板の一端側に偏って配置される高背型の電子部品を更に有し、
   前記筐体には、前記高背型の電子部品と対向する領域における厚さ寸法が、他の領域における厚さ寸法よりも大きくなるように段差が設けられている、請求項１乃至６のいずれか一項記載の通信装置。
8. 前記高背型の電子部品は、並列接続された複数の電解コンデンサである、請求項７記載の通信装置。
9. 前記回路基板は、前記開口部の周囲に設けられるグランドパターンを更に含む、請求項１乃至８のいずれか一項記載の通信装置。
10. 前記金属部材は、前記回路基板のグランドパターンに接続される、請求項１乃至９のいずれか一項記載の通信装置。
11. 前記電子回路は、前記通信ユニット内の各回路に電源を供給する電源部を更に含み、
    前記アンテナ端子と前記電源部の少なくとも一部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、請求項１乃至１０のいずれか一項記載の通信装置。
12. 前記電子回路は、車内通信ネットワークとの間でデータを送受信する送受信部を更に含み、
    前記アンテナ端子と前記送受信部の少なくとも一部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、請求項１乃至１１のいずれか一項記載の通信装置。
13. 前記開口部の内側に前記回路基板の重心が位置するように、前記電子回路が配置されている、請求項１乃至１２のいずれか一項記載の通信装置。
14. 前記電子回路は、複数の車内通信ネットワーク規格に対応したプロトコル変換を行うゲートウェイ処理部と、前記ゲートウェイ処理部と車内通信ネットワークとの間でデータを送受信する送受信部と、を更に含む、請求項１記載の通信装置。
15. 前記アンテナ端子と前記ゲートウェイ処理部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、請求項１４記載の通信装置。
16. 前記送受信部は、イーサネット規格に対応した有線送受信部とＣＡＮ規格に対応した有線送受信部とを有し、
    前記ゲートウェイ処理部は、イーサネット規格に対応したプロトコル変換とＣＡＮ規格に対応したプロトコル変換とが可能である、請求項１４又は１５記載の通信装置。
17. 前記送受信部は、ＷＬＡＮ規格又はBluetooth規格に対応した無線送受信部を有し、
    前記ゲートウェイ処理部は、ＷＬＡＮ規格又はBluetooth規格に対応したプロトコル変換を行う、請求項１４乃至１６のいずれか一項記載の通信装置。
18. 複数のアンテナ素子を有するアンテナユニットと車両の壁部を挟んで対向するように配置される通信ユニットであって、
    電子回路が設けられた回路基板と、前記回路基板を収容する筐体と、を有し、
    前記電子回路は、前記複数のアンテナ素子が接続されるアンテナ端子と、信号線を介して前記アンテナ端子に接続される複数の通信回路部と、前記複数の通信回路部を制御する制御部と、を含み、
    前記回路基板には、金属部材が挿通する開口部が更に設けられ、前記アンテナ端子と前記制御部とは、前記開口部を挟んだ位置に配置されている、通信ユニット。
19. 前記電子回路は、複数の車内通信ネットワーク規格に対応したプロトコル変換を行うゲートウェイ処理部と、前記ゲートウェイ処理部と車内通信ネットワークとの間でデータを送受信する送受信部と、を更に含む、請求項１８記載の通信ユニット。

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