JP3717741B2 - Automatic tuning antenna system - Google Patents

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  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、小型の移動無線機や、特に自動車のドアをリモコンによりロック、アンロックさせるためのキーレスエントリーシステム等の無線機に使用する自動同調アンテナシステムの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、小型の移動無線機の自動同調アンテナシステムは、無線信号を伝送するため―般に内蔵アンテナを利用するものであるが、この内蔵アンテナは、周囲の物体の影響によって共振周波数が変化(離調)したとき、アンテナが小型であるため帯域幅が狭く、離調によって目的の周波数における利得あるいは感度が低下する問題があった。また、キーレスエントリーシステムに使用する自動同調アンテナシステムは、例えば、300MHz帯送信用携帯無線機、車載内蔵アンテナ、受信機およびコントロ―ル装置によって構成されるものであるが、キーレスエントリーシステムの受信用内蔵アンテナは、金属壁などの構造物に接近して設置されるのが―般的であり、これによってアンテナ同調周波数が設定値から1〜2%程度変化し、場合によっては目的の信号が受信できなくなる問題があった。
【0003】
同調周波数の変化は、内蔵アンテナが共振回路によって構成されており、その電磁界分布が周囲の物体によって変化することによって生じる。内蔵アンテナは、―般に容積が限られているため放射抵抗が小さく、高Q共振回路として動作し、狭帯域である。ここに言うQは共振回路の共振の鋭さを表す量で、高Qにすると周波数選択度が高くなる。(以下、同じ)
アンテナが周囲の物体によって影響を受ける傾向は、回路損失を低減して高感度にするほど顕著である。従来の本現象に対する対策としては、アンテナの組立調整時に、特定の設置場所に対応した周波数オフセットを与えるか、或いは同じ周波数変化が生じる金属体ジグを使用して規定の周波数に合わせるのが普通であった。
【0004】
しかしこの周波数変化は、車種や取り付け位置に依存すると共に、位置を固定してもワイヤーハーネスの微妙な違いによっても或程度変化するため、上記対策だけでは個体差をなくすことが困難であった。即ち、上記内蔵アンテナ同調周波数の変化は、アンテナ形式によって異なる。波長に比較して非常に小さい受信機基板をグランドにした4分の1波長のへリカルアンテナは、基板に接続されたワイヤーハーネスに高周波電流が流れやすい。グランドから外部に流れ出した高周波電流は、放射を助ける反面、アンテナ共振周波数に対する影響も大きい。これは、接続されたワイヤーハーネスの高周波インピーダンスが必ずしも均―でないために、リアクションとしてアンテナ同調周波数を変化させ、感度を変化させるのである。小型化した無線機用のアンテナは、寸法の制限によって、放射抵抗が小さく、アンテナ利得を支配しているアンテナ効率を上げるには、この放射抵抗に対する導体損や、誘電体損失を極カ低減しなければならない。しかしながら、用途上接近物体の影響がある場合、損失を減らすとアンテナQが高くなり、離調しなければ伝送信号に要求される帯域は満たすものであっても、アンテナ帯域幅に対する周波数変化が相対的に増加して、実用上かえって不便になるという問題があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はこの点に着目し、小型化したどのようなアンテナ形式にも適用でき、近接物体による影響を検知して同調周波数を自動的に規定値に合わせるための経済的な手段を提供することを課題としてなされたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、可変容量ダイオードのバイアス電圧を変化して同調周波数を可変にしたアンテナと、基準信号発生器から一定の基準キャリヤを発生してアンテナに結合させる回路と、アンテナを経由し受信機で増幅されたキャリヤの強度を検出するキャリヤ強度検出回路と、バイアス電圧を掃引したとき受信したキャリヤ強度が最大となる同調点のバイアス電圧を記録する機能とを備え、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるように可変容量ダイオードのバイアス電圧を修正して保持させることを特徴としている。
【0007】
また、基準キャリヤを作成する際、信号源として、無線機の信号処理用マイクロプロセッサーの水晶発振器の高調波を利用するのがよい。
【0008】
さらに、基準キャリヤは、受信信号周波数に一致させたものを使用して定期的な動作で、基準信号受信レべルが最大になるよう同調を取ると共に、受信機のキャリヤ強度または、受信機復調信号の変化によって、正規送信波の到来を検知したとき、基準キャリヤの入力を停止させるようにするのがよい。
【0009】
さらにまた、可変容量ダイオードのバイアス電圧を変化して同調周波数を可変にしたアンテナと、リモコン送信機からアンテナを経由し受信機で増幅された信号に対するキャリヤの強度を検出するキャリヤ強度検出回路と、キャリヤ強度が一定レベル以上であるときこれをアンテナ同調用の基準信号として利用する判断回路と、バイアス電圧を掃引したとき受信したキャリヤ強度が最大となる同調点のバイアス電圧を記録する機能とを備え、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるように可変容量ダイオードのバイアス電圧を修正して保持させることもできる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明は、小型化したどのようなアンテナ形式にも適用でき、近接物体による影響を検知して同調周波数を自動的に規定値に合わせるための経済的な手段を提供するという課題を簡単構造で実現した。
【0011】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。
図1は、本発明を適用したキーレスエントリーシステム受信機のブロック図であり、受信機は、アンテナl、受信用高周波モジュール14および制御用CPU(コンピュータユ二ット)19、DA変換器20、基準電圧切替器27、基準信号発生器22および受信波レべルを検出するためのコンパレータ28によって構成されている。
【0012】
受信用高周波モジュール14は、通常の受信機と同様に、低雑音アンプ、局部発振器、ミクサ、中間周波増幅器、復調回路によって構成され、その機能は受信した無線信号を増幅、検波・復調して元の送信データを再生させるものである。また受信用高周波モジュール14は、中間周波倍増幅部に、無線信号強度表示(RSSI)機能を備えている。制御用CPU19は、送信者のIDコードとコマンドを解読して車のドアを開閉するための制御信号(Ctrl)を端子29に出カする。
【0013】
アンテナ1は、誘電体基板2上のループ導体3と導体先端部6a、6bの間に挿入されたコンデンサー4、障壁容量を利用した可変容量ダイオードであるバリキャップ5によって、ループ状の回路として形成される。アンテナの動作周波数は、これらの回路素子によって概略決定される。
【0014】
次に結合容量8、中央導体9は、アンテナ回路素子と共に整合回路を形成し、アンテナインピーダンスを給電線の特性インピーダンスに整合させる。
【0015】
整合されたアンテナインピーダンスは、中央導体9の端部で同軸コード11の中心導体11aに接続される。また同軸導体の外部導体11bは、ループ導体3上で、高周波電圧が最も小さい位置であるところのループ導体基部10に接地されており、同軸コード11の外部導体に高周波電流が漏洩するのを防止する。同軸コード11からの高周波信号は、コンデンサ13を経て受信用高周波モジュール14の入力端子15に伝達される。なお、16は受信用高調波モジュール(RF−Module)14のグランド端子、17は受信用高調波モジュール14の復調信号出力端子、18は受信用高調波モジュール14の無線周波(信号)レベル検出器の信号出力端子である。アンテナ1のバリキャップ5には、同軸コード11の中心導体11aを経由して直流バイアス電圧が加えられる。ここで、直流バイアスを供給するための抵抗7,12は、lkΩ程度またはそれ以上の高抵抗値のものを使用し、バイアス電圧供給側に高周波電流が流れて損失が発生することがないようにする。
【0016】
ここで、図2は、図1のアンテナ1の等価回路であって、これによってアンテナの動作原理を説明する。本アンテナは、本出願人が出願済みの特願平10−366229号に記載のバランス型のループアンテナを基本形式としており、これにバリキャップ同調機能を与えた場合の実施例である。
【0017】
アンテナ1の導体先端部6a、6bから見たループアンテナの等価回路は、図2(a)に示す並列共振回路で表すことができる。ここで、L0はループ導体3のインダクタンス、アンテナ容量C1は、コンデンサー4とバリキャップ5の容量に、対向した導体先端部6a、6b周辺が呈する容量を加えたものである。また並列共振抵抗Rshは、ループアンテナの等価的な損失抵抗を表すもので、アンテナの放射抵抗とアンテナ回路全体の導体損失と誘電体損失によって決まる値である。
【0018】
小型ループアンテナは、ループに流れる電流に対する放射抵抗が小さいので、等価回路の並列共振抵抗Rshとリアクタンス成分も含むアンテナインピーダンスは、非常に大きい値になる。
【0019】
高抵抗を低インピダンス変換する整合回路の等価回路を図2(b)に示す。
【0020】
この等価回路は、中央導体9の同軸回路接続点からアンテナ側をみた回路である。図2(a)に示したアンテナ本体の等価回路はその共振周波数では高抵抗すなわち、小さなコンダクタンスG1となる。
【0021】
G1は、給電線のコンダクタンス(特性インピーダンスの逆数)より小さいので、そのままでは電流があまり流れ込まない。そこで、整合回路の構成を次のようにする。
まず、G1に対し、容量素子によるサセプタンスB1を並列に入れて流れ込む電流を増加させて低インピーダンス化してアンテナインピーダンスの実数部を所望の低抵抗に変換させ、次に直列リアクタンスの挿入で虚数部を零にすることで整合をとるのである。
【0022】
上記サセプタンスB1は、実際には並列サセプタンス素子を付加するする代わりに、図2(a)のアンテナ容量C1を減じて高い周波数に離調させればよく、G1に誘導性の素子を並列に挿入したものと等価になる。図2(b)でC2は結合容量8のキャパシタンス、L2は中央導体9のインダクタンス、R2は整合回路の損失を表す。
結局、整合方法は、アンテナ本体の離調度と、L2と結合容量8、C2との組合せを適当に選ぶことによって、アンテナインピーダンスを任意の抵抗値に変換させるものである。
上記設定例では、直列素子が容量性になるようにしたのは、素子定数の選択範囲が広いコンデンサーが使用できるためである。場合によっては、離調を逆にして素子を誘導性にすることもできる。
【0023】
図1,及び図2に示した形式を持つアンテナで、簡単のためバリキャップ5の代わりに3pPFのトリマーコンデンサーを使用した実験例では、同調を完全に取った後コンデンサの容量を変化させると、給電線から見たアンテナにリターンロスが20dB以下の同調帯域幅が315MHzを中心にして、±20MHz程度であり、これによって、物体が接近したときのアンテナ周波数変化の代表値−3MHzに十分対応できることがわかった。
【0024】
本実施例と異なるアンテナを使用した場合も、小型のアンテナには同調用コンデンサーを使用するのが―般的であるので、そのコンデンサー容量の一部をバリキャップで作成するようにすれば、任意の形式のアンテナをバリキャップ同調型にすることができ、本発明を適用することができる。
【0025】
次に本発明の無線機において、接近物体によるアンテナ周波数の変化を検知し、自動的に同調を取る手順について説明する。
【0026】
物体が接近したときのアンテナ1の共振周波数の変化は、バリキャップ5のバイアスを掃引して、基準キャリヤに対する受信機の無線周波レべルの検出信号を調べ、基準キャリヤに対する同調点の変化を決定するのである。
バリキャップ5の容量を変化させるには、DA変換器26と基準電圧切替器27とバイアス用の基準電圧V1とによって供給するバイアス電圧を制御する。
【0027】
また、基準信号発生器22からの信号に対する受信用高周波モジュール14の無線信号強度表示器出力を調べるには、基準電圧切替器27でレべル検出用の基準電圧V2を選択し、DA変換器26で発生した電圧をコンパレータ28で比較するようにしたキャリヤ強度検出回路とすれば決定できる。ここで無線強度信号を最大にするバリキャップのバイアス電圧はCPU19によってその内臓メモリに記録する。
この回路機能によって、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるようにバリキャップバイアス電圧を修正して保持させることができる。
【0028】
本実施例では、DA/AD変換器にディジタル方式の回路を使用したが、これらの部分は一般に使用されている他の回路方式、例えば積分回路を使用したアナログ回路に置き換えて、より円滑な掃引電圧を供給するようにしてもよい。
【0029】
基準信号発生器22は、水晶発振器の信号の目的の高調波に対し、インダクタンス23と容量24によって同調を取っており、アンテナ1に接続される信号源インピーダンスが高い。従って高周波モジュールの入力端子上の電圧は、アンテナインピーダンスに依存して変化する。すなわち同調時は最大であり、離調と共に短絡に近づく。正確な同調点は、同調曲線の左右傾斜部で一定のレべルを超える2点の平均値を取ることによって見出すことができる。
ここで、スイッチ25は、基準信号を中心導体11aを介してアンテナ1に加えるためのものであって、素子としては一般的なPINダイオードを用い、そのバイアス電圧によって加える基準信号のオン・オフ制御ができるようにしたものである。
【0030】
また共振点を見出す別法としては、周波数掃引を積分回路の使用などによって、アナログ的に高速に行い、無線レベル検出信号を微分回路に通す信号処理によって、その変曲点から共振点を知る方法を用いてもよい。
【0031】
本実施例の基準信号発生器22は、CPU用の水晶発振器を利用して信号を分圧容量21から導き、その高調波から受信周波数に近い基準キャリヤを取り出す回路である。水晶発振器の基本周波数は、一例としてf=l5.9MHzに設定し、19倍高調波の318MHzを基準キャリヤとする。CPUによっては、本実施例のように、水晶発振器の出力を直接クロックとして与える代わりに、分周器で4分周して約4MHzにして与えてもよい。
【0032】
水晶の基本周波数を比較的高くするのは、バイアス電圧の掃引幅に一個のアンテナ同調点が現れるよう制限し、同時に近接物体による周波数変化を十分カバーできるようにするためである。またCPUの水晶発振周波数は、高調波が受信周波数に一致して、妨害を生じないようにすべきである。
【0033】
次に、基準キャリヤが規定の受信周波数と一致していなくても同調制御の精度が損なわれないことを示す。
【0034】
周波数が元の周波数f0からΔfだけ変化したとき、アンテナ容量がC0からΔC変化したとすると、変化が微小なとき、共振周波数の変化は、次の近似式であらわすことができる。
Δf/f0=−ΔC/(2C0)
近接物体による周波数変化は、等価回路上では、上式から計算される等価容量変化ΔCをC0に並列に挿入することで表現できる。ここで、ΔC0を正規受信周波数を用いて測定したときの容量変化であるとする。
【0035】
次に、送信信号とΔftだけずらせた基準キャリヤを用いて、アンテナをこの基準キャリヤに対してC1で同調を取り、基準キャリヤを用いて検出される等価容量変化のΔC1の値を計算し、上記の正しい値と比較することにする。
すなわち
C1=C0(1−2Δft/f0)
Δf1/f1=−ΔC0/C1=−ΔC0/(2C0)・(1+2Δft/f0)となり、
アンテナの共振周波数を調べて、元の同調容量からの容量変化ΔC0を検出するときの測定精度は、テスト周波数を微少量変化に対して2次の微小量の影響しか及ぼさない。例えば、近接物体による周波数変化を1%、基準キャリヤの信号の偏差を1%に取ったとき、測定された容量変化は、真の値0.02C0に対し、0.0204C0である。
【0036】
以上の検算結果により、この基準キャリヤによって近接物体の影響を補償したときの容量変化量は、そのまま正規信号受信時に補正のための容量変化としても誤差が非常に小さいことが明らかである。
【0037】
一方、より正確な制御のためには、上記関係式を用いて、設定したテスト周波数により決定された、同調容量の変化から、正規受信周波数での正確な容量値変化量を換算して求めることも可能である。
【0038】
本システムでは、バリキャップのバイアス電圧によって制御を行っているので、バイアス電圧を容量値に換算する際、変換テーブルの使用を基本とする。しかし微小な変化に対しては、ほぼ直線的であるため大抵の場合換算は容易であり、実際の制御は簡単にできる。
【0039】
水晶発振器の高調波を基準キャリヤにした方式の場合、一定の周波数間隔で高調波がでるので、水晶発振器の発信周波数の選択によって、バリキャップアンテナの同調周波数範囲内に複数の高調波が現れるようにすることもできる。これらをマーカーに利用すれば、主としてバリキャップのバイアス電圧対容量値に関係するところのアンテナ同調特性の個体差が校正できることになり、システムの信頼性を向上することができる。
【0040】
別の実施例として、送信周波数と同じ周波数の基準キャリヤを発生する部品を追加すれば、同調の制御がより簡単になる。
【0041】
この場合には、バイアス電圧を掃引する代わりに、到来波受信に待機しながら、定期的にバイアス電圧の微調整によってアンテナを絶えず最良の同調状態の付近に維持させて置くことが可能であり、即応性をたかめることができる。基準キャリヤを送信波と―致させる方式を取った場合は、キャリヤ強度の変化または、受信き復調信号の変化を判定して、正規送信波の到来を検知したとき、直ちに基準キャリヤを切るようにすればよい。
【0042】
さらに、別の実施例(請求項4)としては、基準信号発生器22を省略して、自動同調機能を与えることも可能である。この場合は、リモコン送信機からの信号波をそのまま基準信号としてアンテナ同調に利用するため、信号が一定値以上であることをキャリヤ強度検出回路とCPUで判断させ(判断回路)、あらかじめ定めた自動同調モードのシーケンスに従ってアンテナを到来波に同調させるのである。
このとき、対向して置かれた送信機のアンテナとその間の空間は、図1の基準信号発生器22と信号をアンテナ1に導く結合回路の作用を代行する。
【0043】
本方式の場合、受信機の無線周波レベル検出器からの出力を雑音レベルから十分高くしてその変化を正確に測定するようにしなければならないが、キーレスエントリーシステムでは、受信アンテナに例えば1m以内とごく接近した位置でキャリヤ強度が著しく強くなるように、送信波を送ることができるものであるため、送信波レベルが高く自動同調モードにすべきタイミングを容易に判断することができる。
そして、受信用高周波モジュール14を、可変容量ダイオードのバイアス電圧を固定した本来の機能、受信・復調を行う標準モードと、そのバイアス電圧を掃引して検出される無線信号レベルが最大になるバイアス電圧を見出す掃引モードとの切り替えができるようにすればよい。
【0044】
本同調機能を利用したバイアス電圧を更新する手順としては、まず、キーレスのリモコン送信機は、一つの制御コマンドに対して複数回信号波を送ることにする。
そして、受信機は普通標準モードで動作させ、受信機がドアをアンロック信号を検知したときはドアをアンロックすると共に受信機を一定時間掃引モードにする。
掃引モードで到来波から最適バイアス電圧を見出したときは、そのバイアス電圧を仮設定する。
そして、この更新されたバイアス電圧によって、次に到来した信号波を正しく復調されたときは、仮設定した電圧を保持固定させ、更新されたバイアス電圧による復調が正しく行われないときは、元のバイアス電圧に戻す。
この場合、操作者が車のドアの近くで、アンロック信号を1度か2度送信することが要求されるが、それによって受信アンテナの最良の受信ができる同調状態に保つことができる。
【0045】
なお、更新手順は上記に限られるものではなく、処理時間の短縮、操作の容易さ、並びに動作の確実さを考慮した種々の制御シーケンスに対応して設定することができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自動同調アンテナシステムは、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるように可変容量ダイオードのバイアス電圧を修正して保持させるようにしたので、無線機の小型アンテナにも容易に適用でき、キーレスエントリーシステムや、一般移動体通信用の高感度・高Qアンテナにおける近接物体による離調にによる感度の低下を防止できる。
【0047】
また、無線ユニット設置時の再調整の手間をなくし、無線伝送システムの性能向上・安定化を図ることができるとともに、高Qアンテナの経時変化による感度低下も救済することができる。
【0048】
更に、CPU用水晶発振器の高調波など、既存の信号源または、それから容易に合成できる信号源を利用すれば、構成部品と消費電カの増加を極カ少なくすることができる。
【0049】
さらにまた、リモコン送信機からのキャリヤ強度が一定レベル以上になったとき、このキャリヤを基準キャリヤとしてアンテナの同調をとれば、基準信号発生器が不要となり、簡単な構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の自動同調アンテナシステムの一形態を示すアンテナ部の斜視図とシステムのブロック図
【図2】本発明の一形態を示すアンテナ部の等価回路で、(a)は導体先端部6a、6bから見たループアンテナの等価回路で(b)は高抵抗を低インピダンス変換する整合回路の等価回路である。
【符号の説明】
1 アンテナ
5 バリキャップ(可変容量ダイオード)
11 同軸コード
14 受信用高周波モジュール
19 CPU
22 基準信号発生器
26 D−A変換器
28 コンパレータ
[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an improvement of an automatic tuning antenna system used for a small mobile radio, particularly a radio such as a keyless entry system for locking and unlocking an automobile door by a remote controller.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a small mobile radio auto-tuning antenna system uses a built-in antenna to transmit a radio signal, and this built-in antenna has a resonant frequency that changes (separates) due to the influence of surrounding objects. Tuned), the bandwidth is narrow because the antenna is small, and there is a problem that the gain or sensitivity at the target frequency decreases due to detuning. The auto-tuning antenna system used for the keyless entry system is composed of, for example, a 300 MHz band transmitting portable radio, an in-vehicle antenna, a receiver, and a control device. The built-in antenna is generally installed close to a structure such as a metal wall. As a result, the antenna tuning frequency changes by about 1 to 2% from the set value. In some cases, the target signal is received. There was a problem that made it impossible.
[0003]
The change in the tuning frequency occurs when the built-in antenna is constituted by a resonance circuit and its electromagnetic field distribution changes depending on surrounding objects. The built-in antenna generally has a limited volume and thus has a small radiation resistance, operates as a high-Q resonance circuit, and has a narrow band. Here, Q is an amount representing the sharpness of resonance of the resonant circuit, and a high Q increases the frequency selectivity. (same as below)
The tendency of the antenna to be affected by surrounding objects becomes more prominent as the circuit loss is reduced and the sensitivity is increased. As a countermeasure against this conventional phenomenon, it is common to provide a frequency offset corresponding to a specific installation location during antenna assembly adjustment, or use a metal jig that causes the same frequency change to match the specified frequency. there were.
[0004]
However, this frequency change depends on the vehicle type and the mounting position, and also changes to some extent due to subtle differences in the wire harness even if the position is fixed. Therefore, it is difficult to eliminate individual differences only by the above measures. That is, the change in the built-in antenna tuning frequency varies depending on the antenna type. A quarter-wave helical antenna having a receiver substrate that is very small compared to the wavelength as a ground is likely to cause a high-frequency current to flow through a wire harness connected to the substrate. The high-frequency current flowing out of the ground helps radiation, but has a great influence on the antenna resonance frequency. This is because, since the high frequency impedance of the connected wire harness is not necessarily uniform, the antenna tuning frequency is changed as a reaction to change the sensitivity. Miniaturized radio antennas have small radiation resistance due to size limitations, and in order to increase the antenna efficiency that governs antenna gain, the conductor loss and dielectric loss for this radiation resistance are greatly reduced. There must be. However, when there is an influence from an approaching object in the application, the antenna Q increases when the loss is reduced, and if the frequency is not detuned, the frequency change relative to the antenna bandwidth is relative even if the band required for the transmission signal is satisfied There is a problem that it increases in number and becomes practically inconvenient.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention pays attention to this point, and can be applied to any miniaturized antenna type, and provides an economical means for detecting the influence of a close object and automatically adjusting the tuning frequency to a specified value. Is made as an issue.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an antenna in which a tuning frequency is varied by changing a bias voltage of a variable capacitance diode, a circuit that generates a fixed reference carrier from a reference signal generator and couples the antenna to the antenna, and a receiver via the antenna. A carrier strength detection circuit for detecting the strength of the amplified carrier and a function for recording a bias voltage at a tuning point at which the received carrier strength becomes maximum when the bias voltage is swept. By detecting the influence of an approaching object, the bias voltage of the variable capacitance diode is corrected and held so that the tuning frequency of the antenna is tuned to the reference carrier or a frequency separated from the reference carrier by a certain value.
[0007]
When creating the reference carrier, it is preferable to use the harmonics of the crystal oscillator of the signal processing microprocessor of the radio as a signal source.
[0008]
In addition, the reference carrier is tuned so that the reference signal reception level is maximized in a periodic operation using the one matched to the reception signal frequency, and the carrier strength of the receiver or the receiver demodulation is obtained. It is preferable to stop the input of the reference carrier when the arrival of the regular transmission wave is detected by the change of the signal.
[0009]
Furthermore, an antenna whose tuning frequency is variable by changing the bias voltage of the variable capacitance diode, a carrier strength detection circuit that detects the strength of the carrier with respect to the signal amplified by the receiver from the remote control transmitter via the antenna, A judgment circuit that uses the carrier strength as a reference signal for antenna tuning when the carrier strength is above a certain level, and a function of recording the bias voltage at the tuning point at which the received carrier strength is maximum when the bias voltage is swept. The bias voltage of the variable capacitance diode is corrected so that the tuning frequency of the antenna is tuned to the reference carrier or a frequency away from the reference carrier by detecting the influence of the object approaching the antenna by the change of the antenna tuning point. Can also be held.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention can be applied to any miniaturized antenna type and provides a simple structure to provide an economical means for detecting the influence of a nearby object and automatically adjusting the tuning frequency to a specified value. It was realized.
[0011]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a keyless entry system receiver to which the present invention is applied. The receiver includes an antenna l, a receiving high-frequency module 14, a control CPU (computer unit) 19, a DA converter 20, A reference voltage switch 27, a reference signal generator 22, and a comparator 28 for detecting the received wave level are included.
[0012]
The reception high-frequency module 14 is composed of a low-noise amplifier, a local oscillator, a mixer, an intermediate frequency amplifier, and a demodulation circuit, as in a normal receiver. The function is to amplify, detect, and demodulate the received radio signal. The transmission data is reproduced. The reception high-frequency module 14 includes a radio signal strength display (RSSI) function in the intermediate frequency amplification section. The control CPU 19 outputs a control signal (Ctrl) for opening and closing the door of the car by decoding the sender's ID code and command to the terminal 29.
[0013]
The antenna 1 is formed as a loop circuit by a loop conductor 3 on a dielectric substrate 2, a capacitor 4 inserted between the conductor tips 6a and 6b, and a varicap 5 that is a variable capacitance diode using a barrier capacitance. Is done. The operating frequency of the antenna is roughly determined by these circuit elements.
[0014]
Next, the coupling capacitor 8 and the central conductor 9 form a matching circuit together with the antenna circuit element to match the antenna impedance to the characteristic impedance of the feeder line.
[0015]
The matched antenna impedance is connected to the center conductor 11 a of the coaxial cord 11 at the end of the center conductor 9. Further, the outer conductor 11b of the coaxial conductor is grounded to the loop conductor base 10 where the high-frequency voltage is the lowest position on the loop conductor 3, and prevents the high-frequency current from leaking to the outer conductor of the coaxial cord 11. To do. The high frequency signal from the coaxial cord 11 is transmitted to the input terminal 15 of the receiving high frequency module 14 through the capacitor 13. Reference numeral 16 denotes a ground terminal of the receiving harmonic module (RF-Module) 14, 17 denotes a demodulated signal output terminal of the receiving harmonic module 14, and 18 denotes a radio frequency (signal) level detector of the receiving harmonic module 14. This is a signal output terminal. A DC bias voltage is applied to the varicap 5 of the antenna 1 via the center conductor 11 a of the coaxial cord 11. Here, the resistors 7 and 12 for supplying the DC bias are those having a high resistance value of about 1 kΩ or higher so that a high-frequency current does not flow on the bias voltage supply side to cause loss. To do.
[0016]
Here, FIG. 2 is an equivalent circuit of the antenna 1 of FIG. 1, and the operation principle of the antenna will be described. This antenna is an embodiment in which the balance type loop antenna described in Japanese Patent Application No. 10-366229 filed by the present applicant is used as a basic type, and a varicap tuning function is provided thereto.
[0017]
An equivalent circuit of the loop antenna viewed from the conductor tips 6a and 6b of the antenna 1 can be represented by a parallel resonance circuit shown in FIG. Here, L0 is the inductance of the loop conductor 3, and the antenna capacitance C1 is the capacitance of the capacitor 4 and the varicap 5 plus the capacitance exhibited by the opposing conductor tips 6a and 6b. The parallel resonance resistance Rsh represents an equivalent loss resistance of the loop antenna, and is a value determined by the radiation resistance of the antenna, the conductor loss of the entire antenna circuit, and the dielectric loss.
[0018]
Since the small loop antenna has a small radiation resistance to the current flowing through the loop, the antenna impedance including the parallel resonance resistance Rsh and the reactance component of the equivalent circuit has a very large value.
[0019]
FIG. 2B shows an equivalent circuit of a matching circuit that converts high resistance into low impedance.
[0020]
This equivalent circuit is a circuit seen from the coaxial circuit connection point of the central conductor 9 to the antenna side. The equivalent circuit of the antenna body shown in FIG. 2A has a high resistance, that is, a small conductance G1 at the resonance frequency.
[0021]
Since G1 is smaller than the conductance of the feeder line (the reciprocal of the characteristic impedance), current does not flow much as it is. Therefore, the configuration of the matching circuit is as follows.
First, with respect to G1, the susceptance B1 due to the capacitive element is put in parallel to increase the current flowing in to reduce the impedance so that the real part of the antenna impedance is converted to the desired low resistance, and then the imaginary part is inserted by inserting series reactance. Matching is achieved by setting it to zero.
[0022]
The susceptance B1 may actually be detuned to a higher frequency by reducing the antenna capacitance C1 of FIG. 2A instead of adding a parallel susceptance element, and an inductive element is inserted in parallel with G1. Is equivalent to In FIG. 2B, C2 represents the capacitance of the coupling capacitor 8, L2 represents the inductance of the central conductor 9, and R2 represents the loss of the matching circuit.
Eventually, the matching method is to convert the antenna impedance to an arbitrary resistance value by appropriately selecting the detuning degree of the antenna body and the combination of L2 and the coupling capacitance 8, C2.
In the above setting example, the series element is made capacitive because a capacitor having a wide selection range of element constants can be used. In some cases, detuning can be reversed to make the element inductive.
[0023]
In the experimental example in which a trimmer capacitor of 3 pPF is used instead of the varicap 5 for the sake of simplicity with the antenna having the form shown in FIGS. 1 and 2, when the capacitance of the capacitor is changed after being completely tuned, The tuning bandwidth with a return loss of 20 dB or less for the antenna viewed from the feeder line is about ± 20 MHz centered on 315 MHz, and this can sufficiently cope with the representative value of −3 MHz of the antenna frequency change when an object approaches. I understood.
[0024]
Even when an antenna different from this example is used, a tuning capacitor is generally used for a small antenna. Therefore, if a part of the capacitor capacity is created with a varicap, it is optional. This type of antenna can be varicap tuning type, and the present invention can be applied.
[0025]
Next, a procedure for detecting a change in antenna frequency due to an approaching object and automatically tuning in the wireless device of the present invention will be described.
[0026]
When the object approaches, the resonance frequency of the antenna 1 is changed by sweeping the bias of the varicap 5 and examining the detection signal of the radio frequency level of the receiver with respect to the reference carrier, and changing the tuning point with respect to the reference carrier. To decide.
In order to change the capacity of the varicap 5, the bias voltage supplied by the DA converter 26, the reference voltage switch 27, and the bias reference voltage V1 is controlled.
[0027]
Further, in order to check the output of the radio signal strength indicator of the receiving high-frequency module 14 with respect to the signal from the reference signal generator 22, the reference voltage V2 for level detection is selected by the reference voltage switch 27, and the DA converter is selected. It can be determined by using a carrier intensity detection circuit in which the voltage generated at 26 is compared by the comparator 28. Here, the bias voltage of the varicap that maximizes the radio intensity signal is recorded by the CPU 19 in its internal memory.
This circuit function detects the effect of an object approaching the antenna due to a change in the antenna tuning point, and adjusts the varicap bias voltage so that the tuning frequency of the antenna is tuned to the reference carrier or a frequency away from the reference carrier by a certain value. It can be modified and retained.
[0028]
In this embodiment, a digital circuit is used for the DA / AD converter, but these parts are replaced with other commonly used circuit systems, for example, an analog circuit using an integration circuit, so that a smoother sweep is possible. A voltage may be supplied.
[0029]
The reference signal generator 22 is tuned by the inductance 23 and the capacitor 24 with respect to the target harmonic of the signal of the crystal oscillator, and the signal source impedance connected to the antenna 1 is high. Therefore, the voltage on the input terminal of the high frequency module varies depending on the antenna impedance. That is, it is maximum at the time of tuning and approaches a short circuit with detuning. The exact tuning point can be found by taking the average of two points above a certain level at the left and right slopes of the tuning curve.
Here, the switch 25 is for applying a reference signal to the antenna 1 through the central conductor 11a, and uses a general PIN diode as an element, and on / off control of the reference signal applied by the bias voltage is used. It is made to be able to.
[0030]
Another method for finding the resonance point is to perform frequency sweep at high speed in an analog manner by using an integration circuit, etc., and know the resonance point from the inflection point by signal processing that passes the radio level detection signal through the differentiation circuit. May be used.
[0031]
The reference signal generator 22 of the present embodiment is a circuit that guides a signal from the voltage dividing capacitor 21 using a crystal oscillator for CPU and extracts a reference carrier close to the reception frequency from its harmonics. As an example, the fundamental frequency of the crystal oscillator is set to f = l5.9 MHz, and 318 MHz of the 19th harmonic is used as a reference carrier. Depending on the CPU, instead of directly supplying the output of the crystal oscillator as a clock as in this embodiment, it may be divided into four by a frequency divider to give about 4 MHz.
[0032]
The reason why the fundamental frequency of the crystal is made relatively high is to limit the sweep width of the bias voltage so that one antenna tuning point appears, and at the same time, to sufficiently cover the frequency change due to the close object. The crystal oscillation frequency of the CPU should be such that the harmonics coincide with the reception frequency and do not cause interference.
[0033]
Next, it is shown that the accuracy of tuning control is not impaired even if the reference carrier does not match the specified reception frequency.
[0034]
If the antenna capacity changes from C0 to ΔC when the frequency changes from the original frequency f0 by Δf, the change in the resonance frequency can be expressed by the following approximate expression when the change is minute.
Δf / f0 = −ΔC / (2C0)
The frequency change due to the proximity object can be expressed on the equivalent circuit by inserting the equivalent capacitance change ΔC calculated from the above equation in parallel with C0. Here, it is assumed that ΔC0 is a change in capacity when measured using the regular reception frequency.
[0035]
Next, using the reference carrier shifted by Δft from the transmission signal, the antenna is tuned with respect to this reference carrier at C1, and the value of ΔC1 of the equivalent capacitance change detected using the reference carrier is calculated. We will compare with the correct value of.
That is, C1 = C0 (1-2Δft / f0)
Δf1 / f1 = −ΔC0 / C1 = −ΔC0 / (2C0) · (1 + 2Δft / f0)
The measurement accuracy when detecting the capacitance change ΔC0 from the original tuning capacitance by examining the resonance frequency of the antenna has only the influence of the secondary minute amount on the minute change of the test frequency. For example, when the frequency change due to the proximity object is 1% and the deviation of the reference carrier signal is 1%, the measured capacitance change is 0.0204 C0 with respect to the true value 0.02 C0.
[0036]
From the above verification results, it is clear that the amount of change in the capacitance when the influence of the proximity object is compensated by this reference carrier has a very small error even if it is the capacitance change for correction when receiving the normal signal as it is.
[0037]
On the other hand, for more accurate control, the above equation is used to calculate and calculate the exact change in capacitance value at the regular reception frequency from the change in tuning capacitance determined by the set test frequency. Is also possible.
[0038]
In this system, since the control is performed by the bias voltage of the varicap, the conversion table is basically used when the bias voltage is converted into the capacitance value. However, for a small change, since it is almost linear, conversion is easy in most cases, and actual control can be simplified.
[0039]
In the case of the method in which the harmonics of the crystal oscillator are used as the reference carrier, the harmonics are generated at regular frequency intervals, so that multiple harmonics appear within the tuning frequency range of the varicap antenna by selecting the oscillation frequency of the crystal oscillator. It can also be. If these are used as markers, individual differences in antenna tuning characteristics mainly related to the bias voltage versus capacitance value of the varicap can be calibrated, and the reliability of the system can be improved.
[0040]
As another example, tuning can be controlled more easily by adding a component that generates a reference carrier having the same frequency as the transmission frequency.
[0041]
In this case, instead of sweeping the bias voltage, it is possible to keep the antenna constantly near the best tuning state by periodically fine-tuning the bias voltage while waiting for the incoming wave reception, Improving responsiveness. When the method of matching the reference carrier with the transmission wave is taken, the change of the carrier strength or the change of the received demodulated signal is judged, and when the arrival of the regular transmission wave is detected, the reference carrier is cut immediately. do it.
[0042]
In another embodiment (claim 4), the reference signal generator 22 may be omitted to provide an automatic tuning function. In this case, since the signal wave from the remote control transmitter is used as a reference signal as it is for antenna tuning, the carrier strength detection circuit and CPU determine that the signal is above a certain value (determination circuit), and a predetermined automatic The antenna is tuned to the incoming wave according to the sequence of tuning modes.
At this time, the transmitter antennas placed opposite to each other and the space between them act as a reference signal generator 22 in FIG.
[0043]
In the case of this method, the output from the radio frequency level detector of the receiver must be made sufficiently high from the noise level to accurately measure the change. In the keyless entry system, for example, the reception antenna is within 1 m. Since the transmission wave can be transmitted so that the carrier strength becomes extremely strong at a very close position, the timing at which the transmission wave level is high and the automatic tuning mode should be made can be easily determined.
Then, the receiving high-frequency module 14 has the original function of fixing the bias voltage of the variable capacitance diode, the standard mode for receiving and demodulating, and the bias voltage that maximizes the radio signal level detected by sweeping the bias voltage. It is only necessary to be able to switch to the sweep mode for finding the image.
[0044]
As a procedure for updating the bias voltage using this tuning function, first, the keyless remote control transmitter transmits a signal wave a plurality of times in response to one control command.
The receiver is normally operated in the standard mode. When the receiver detects the door unlock signal, the receiver unlocks the door and puts the receiver in the sweep mode for a certain time.
When the optimum bias voltage is found from the incoming wave in the sweep mode, the bias voltage is temporarily set.
When the next incoming signal wave is correctly demodulated by this updated bias voltage, the temporarily set voltage is held and fixed, and when the demodulated by the updated bias voltage is not correctly performed, Return to bias voltage.
In this case, the operator is required to send an unlock signal once or twice near the door of the car, thereby keeping the receiving antenna in tuned state for the best reception.
[0045]
The update procedure is not limited to the above, and can be set in accordance with various control sequences in consideration of shortening of processing time, ease of operation, and certainty of operation.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, the self-tuning antenna system of the present invention detects the influence of an object approaching the antenna due to a change in the antenna tuning point, and sets the tuning frequency of the antenna at a frequency separated from the reference carrier or the reference carrier by a certain value. Because the bias voltage of the variable capacitance diode is modified and held so that it can be tuned to the antenna, it can be easily applied to small antennas for radios, and it has high sensitivity and high Q for keyless entry systems and general mobile communications. It is possible to prevent a decrease in sensitivity due to detuning caused by a close object in the antenna.
[0047]
In addition, it is possible to eliminate the trouble of readjustment when the wireless unit is installed, to improve and stabilize the performance of the wireless transmission system, and it is also possible to relieve a decrease in sensitivity due to a change with time of the high Q antenna.
[0048]
Furthermore, if an existing signal source such as a harmonic of a CPU crystal oscillator or a signal source that can be easily synthesized from the signal source is used, the increase in the number of components and power consumption can be minimized.
[0049]
Furthermore, when the carrier strength from the remote control transmitter exceeds a certain level, if the antenna is tuned using this carrier as a reference carrier, the reference signal generator is not required, and a simple structure can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an antenna unit showing an embodiment of an automatic tuning antenna system of the present invention and a block diagram of the system. FIG. 2 is an equivalent circuit of an antenna unit showing an embodiment of the present invention. An equivalent circuit of a loop antenna viewed from the parts 6a and 6b is an equivalent circuit of a matching circuit for converting high resistance into low impedance.
[Explanation of symbols]
1 Antenna 5 Varicap (variable capacitance diode)
11 Coaxial code 14 High-frequency module for reception 19 CPU
22 Reference signal generator 26 DA converter 28 Comparator

Claims (4)

可変容量ダイオードのバイアス電圧を変化して同調周波数を可変にしたアンテナと、基準信号発生器から一定の基準キャリヤを発生してアンテナに結合させる回路と、アンテナを経由し受信機で増幅されたキャリヤの強度を検出するキャリヤ強度検出回路と、バイアス電圧を掃引したとき受信したキャリヤ強度が最大となる同調点のバイアス電圧を記録する機能とを備え、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるように可変容量ダイオードのバイアス電圧を修正して保持させることを特徴とする自動同調アンテナシステム。An antenna whose tuning frequency is varied by changing the bias voltage of the variable capacitance diode, a circuit for generating a fixed reference carrier from the reference signal generator and coupling it to the antenna, and a carrier amplified by the receiver via the antenna And a function for recording a bias voltage at a tuning point at which the received carrier strength is maximized when the bias voltage is swept. A self-tuning antenna system characterized in that the bias voltage of a variable-capacitance diode is corrected and held so that the influence is detected and the tuning frequency of the antenna is tuned to the reference carrier or a frequency away from the reference carrier by a certain value. 基準キャリヤを作成する際、信号源として、無線機の信号処理用マイクロプロセッサーの水晶発振器の高調波を利用したことを特徴とする請求項1記載の自動同調アンテナシステム。2. The self-tuning antenna system according to claim 1, wherein a harmonic of a crystal oscillator of a signal processing microprocessor of a radio is used as a signal source when creating the reference carrier. 基準キャリヤは、受信信号周波数に―致させたものを使用して定期的な動作で、基準信号受信レべルが最大になるよう同調を取ると共に、受信機のキャリヤ強度または、受信機復調信号の変化によって、正規送信波の到来を検知したとき、基準キャリヤの入力を停止させることを特徴とする請求項1記載の自動同調アンテナシステム。The reference carrier is tuned to maximize the reference signal reception level in a regular operation using the one matched to the received signal frequency, and the carrier strength of the receiver or the demodulated signal of the receiver 2. The automatic tuning antenna system according to claim 1, wherein the input of the reference carrier is stopped when the arrival of the regular transmission wave is detected due to the change of. 可変容量ダイオードのバイアス電圧を変化して同調周波数を可変にしたアンテナと、リモコン送信機からアンテナを経由し受信機で増幅された信号に対するキャリヤの強度を検出するキャリヤ強度検出回路と、キャリヤ強度が一定レベル以上であるときこれをアンテナ同調用の基準信号として利用する判断回路と、バイアス電圧を掃引したとき受信したキャリヤ強度が最大となる同調点のバイアス電圧を記録する機能とを備え、アンテナ同調点の変化によりアンテナに接近した物体の影響を検知して、アンテナの同調周波数を前記基準キャリヤまたは基準キャリヤから一定値離れた周波数に同調させるように可変容量ダイオードのバイアス電圧を修正して保持させることを特徴とした自動同調アンテナシステム。An antenna in which the tuning frequency is varied by changing the bias voltage of the variable capacitance diode, a carrier strength detection circuit for detecting the carrier strength with respect to the signal amplified by the receiver from the remote control transmitter via the antenna, and the carrier strength is It is equipped with a decision circuit that uses this as a reference signal for antenna tuning when it is above a certain level, and a function to record the bias voltage at the tuning point at which the received carrier strength is maximum when the bias voltage is swept, and antenna tuning The effect of an object approaching the antenna is detected by changing the point, and the bias voltage of the variable capacitance diode is corrected and held so that the tuning frequency of the antenna is tuned to the reference carrier or a frequency away from the reference carrier by a certain value. This is an automatic tuning antenna system.
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