JP5023960B2 - 車載アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アレーアンテナを用いた車載アンテナ装置に関するものである。

近年自動車には、安全性の向上のため、タイヤ空気圧を監視するシステムであるＴＰＭＳ（Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が普及している。具体的には、空気圧センサを備えた無線通信装置を各タイヤに装着し、車両にも無線通信装置が備えられ、各タイヤ側の無線通信装置が測定したタイヤ内部の空気圧データを無線通信により、車両側の無線通信装置へ送ることで、各タイヤの空気圧情報を提供するシステムである。

従来は、車両側の無線通信装置のアンテナを各タイヤの近傍にそれぞれ設け、タイヤ側の無線通信装置からの送信信号を、車両側のどのアンテナで受信したかなどによりタイヤの位置と受信した空気圧データを対応させていた。
特開２００５−５５３１９号公報

しかしながら、従来の方法では車両のタイヤの本数分だけアンテナを設置しなければならない、アンテナと送受信回路を接続するためのケーブルの配線が必要である、など設置性が悪いという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、１箇所に配置した無線通信装置でタイヤ空気圧センサの位置検知を実現できるアレーアンテナを用いた車載アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の車載アンテナ装置は、不平衡給電手段に接続され、複数の信号に電力分割して出力する分配器と、前記分配器に接続され、入力される各信号の振幅、位相を独立に制御して出力するウェイト制御部と、前記ウェイト制御部に接続され、入力される各信号の平衡不平衡変換やインピーダンス変換を行い、出力する給電回路部と、前記給電回路部に接続され、導体からなる複数のアンテナ素子を配列したアレー
アンテナ部とを、備えた車載アンテナ装置であって、前記アレーアンテナ部は、車の底面の略中央に配置され、前記ウェイト制御部にて前記アレーアンテナ部へ給電する各信号の振幅、位相を制御することにより、前記アレーアンテナ部から放射される電波のビーム方向を切り替える。

以上のように、本発明は、１箇所に配置した無線通信装置でタイヤ空気圧センサの位置検知ができる車載アンテナ装置を実現できる。

第１の発明は、不平衡給電手段に接続され、複数の信号に電力分割して出力する分配器と、前記分配器に接続され、入力される各信号の振幅、位相を独立に制御して出力するウェイト制御部と、前記ウェイト制御部に接続され、入力される各信号の平衡不平衡変換やインピーダンス変換を行い、出力する給電回路部と、前記給電回路部に接続され、導体からなる複数のアンテナ素子を配列したアレーアンテナ部とを、備えた車載アンテナ装置であって、前記アレーアンテナ部は、車の底面の略中央に配置され、前記ウェイト制御部にて前記アレーアンテナ部へ給電する各信号の振幅、位相を制御することにより、前記アレーアンテナ部から放射される電波のビーム方向を切り替える車載アンテナ装置である。

この構成により、１箇所に配置した無線通信装置でタイヤ空気圧センサの位置検知ができる車載アンテナ装置を実現できる。

第２の発明は、第１の発明の車載アンテナ装置において、前記アレーアンテナ部は、形成するループ面が車の底面の面に対して略垂直になるように設けられ、ループ状の導体からなるループアンテナ素子を配列した車載アンテナ装置である。

この構成により、車の底面の金属によるアンテナ利得劣化の影響をうけない車載アンテナ装置を実現できる。

第３の発明は、第２の発明の車載アンテナ装置において、前記アレーアンテナ部は、前記ループアンテナ素子を格子状に配列した車載アンテナ装置である。

この構成により、ビームを２次元に走査できる車載アンテナ装置を実現できる。

以下、本発明のアンテナを実施するための最良の形態について、図１から図５の各図面に沿って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
以下に、本発明の車載アンテナ装置の実施の形態１の詳細について説明する。

図１は、車載アンテナ装置を用いた通信システムの構成を示す図である。

図１において、車載アンテナ装置１００は、車両に搭載され、後述するタイヤ空気圧センサ３０３と無線通信を行う車載アンテナ装置である。後述するアレーアンテナ部１０５から放射される電波を電子的に走査することにより、後述するタイヤ空気圧センサ３０３の位置検知を行う。

制御回路１０６は、車載アンテナ装置１００全体の動作を制御する制御回路であり、後述する送受信回路１０１の送受信動作の制御や送受信データのやり取り、方位情報信号により後述するアレーアンテナ部１０５から放射される電波のビーム方向の制御、後述するタイヤ空気圧センサ３０３の位置の判定処理などを行う。

送受信回路１０１は、制御回路１０６により制御され、制御回路１０６から入力された送信データから送信信号を生成し出力し、入力された受信信号の電力を測定し、また入力された受信信号を処理して受信データを生成し、制御回路１０６へ出力する送受信回路である。送受信回路１０１から入出力される送受信信号は不平衡信号であり、送受信回路１０１は不平衡給電手段である。なお、送受信回路１０１は、送信回路のみ、または受信回路のみであってもよい。

分配器１０２は、送受信回路１０１から出力された送信信号を、複数の信号に電力分割して後述するウェイト制御部１０３へ出力し、また後述するウェイト制御部１０３から入力される複数の信号を電力合成して送受信回路１０１へ出力する分配器である。また、後述するアレーアンテナ部１０５を構成するすべてのアンテナ素子へ給電する必要がない場合、分配器１０２は制御回路１０６により指定された方位情報に基づいて、後述するウェイト制御部１０３を構成する複数のウェイト制御回路のうちいくつかを選択し、選択され
たウェイト制御回路と電力のやりとりを行う。選択されたウェイト制御回路に対応するアンテナ素子のみに給電することになる。これにより、後述するアレーアンテナ部１０５を構成する複数のアンテナ素子のうち、どのアンテナ素子に給電するかを選択する。

ウェイト制御部１０３は、制御回路１０６により指定された方位情報に基づいて、分配器１０２もしくは後述する給電回路部１０４から入力される複数の信号それぞれに対して振幅、位相を独立に制御するウェイト制御部である。ウェイト制御部１０３は、分配器１０２より入力される信号の位相制御をおこなうウェイト制御回路６１１、６１２、６１３、６１４を備え、それぞれ後述するループアンテナ素子４１１、４１２、４１３、４１４に対応する。

給電回路部１０４は、後述するアレーアンテナ部１０５へ給電するために、ウェイト制御部１０３とアレーアンテナ部１０５の間にて、平衡不平衡変換やインピーダンス整合などを行う給電回路部である。給電回路部１０４は、後述するループアンテナ素子４１１、４１２、４１３、４１４に対応した平衡不平衡変換やインピーダンス整合などを行う給電回路７１１、７１２、７１３、７１４を備える。

アレーアンテナ部１０５は、導体からなるアンテナ素子を後述する底面３０８に複数個並べたアレーアンテナ部である。後述する底面３０８は導体であるため、アンテナ素子は導体が近接しても利得が大きく劣化しないアンテナ素子、例えばループアンテナやパッチアンテナ、スロットアンテナ、モノポールアンテナなどから構成される。アンテナ素子がループアンテナの場合を例として記載し、アレーアンテナ部１０５は、後述するループアンテナ素子４１１、４１２、４１３、４１４を備えるものとする。

タイヤ空気圧センサ３０３は、車両のタイヤの空気圧を測定し、無線通信にて測定したデータ出力する、各タイヤに設置されるタイヤ空気圧センサである。タイヤ空気圧センサ３０３は、アンテナと、送信信号を生成し出力し、入力された受信信号の電力を測定し、また入力された受信信号を処理する送受信回路と、タイヤ空気圧センサ３０３全体の動作を制御する制御回路、タイヤの空気圧を測定する空気圧センサなどを備える。なお、送受信回路は、送信回路のみ、または受信回路のみであってもよい。

次に車載アンテナ装置１００の配置箇所について説明する。

図２ａは、車載アンテナ装置１００の配置を示すＸＹ平面図である。

図２ｂは、車載アンテナ装置１００の配置を示すＺＸ平面図である。

図２ｃは、車載アンテナ装置１００の配置を示すＹＺ平面図である。

Ｘ、ＹおよびＺは、各々の座標軸を示す。車両３００は４輪の自動車であり、４本のタイヤ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄと、タイヤが装着された４本のホイール３０２、４本のタイヤそれぞれに設置されたタイヤ空気圧センサ３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ、車体の構成要素であるフロントピラー３０４ａ、３０４ｂ、センターピラー３０５ａ、３０５ｂ、リアピラー３０６ａ、３０６ｂ、導体からなる天井３０７、導体からなる底面３０８、前方ドアノブ３０９ａ、３０９ｂから構成される。図２に示すように車載アンテナ装置１００は、車両３００の底である底面３０８に配置する。各タイヤのほぼ中央に車載アンテナ装置１００を配置する。

次にウェイト制御部１０３の構成要素であるウェイト制御回路の構成について説明する。

図３はウェイト制御回路の構成例を示す図である。入力される方位情報に基づいて、複数の異なる移相量を有する移相器と異なる減衰量もしくは増幅量を有する振幅可変器をスイッチにて切り替えることにより振幅、位相を可変する。

振幅、位相が固定で変化させる必要がない場合は、振幅可変器、移相器は１つでよく、入力される方位情報信号とスイッチを省くことができる。

振幅が固定で変化させる必要がない場合は、ウェイト制御回路の入力側もしくは出力側に振幅可変器を１つ設ければよい。

位相が固定で変化させる必要がない場合は、ウェイト制御回路の入力側もしくは出力側に移相器を１つ設ければよい。

振幅が固定で変化させる必要がない場合は、振幅可変器を省き、分配器１０２にて所定の振幅を得られるように分配比を設定することでも実現できる。

次に給電回路部１０４の構成要素である給電回路の構成について説明する。

図４（ａ）は、アンテナ素子へ平衡給電する場合の給電回路の構成例を示す図である。

入力される不平衡信号を平衡不平衡変換回路により平衡信号へ変換し、整合回路によりインピーダンス整合を行い、出力する。

図４（ｂ）は、アンテナ素子へ不平衡給電する場合の給電回路の構成例を示す図である。

入力される不平衡信号を整合回路によりインピーダンス整合を行い、出力する。

次にアレーアンテナ部１０５について説明する。

図５はアレーアンテナ部１０５におけるアンテナ素子の配置および各タイヤを位置検知する場合のアレーアンテナ部１０５の放射パターンを示した図である。車載アンテナ装置１００においてアレーアンテナ部１０５以外の構成要素は省略し、図示しない。

ループアンテナ素子４１１、４１２、４１３、４１４は、形成するループ面が底面３０８の面に対して略垂直になるように設けられ、２つの給電端が給電回路部１０４の各給電回路に接続され、ループ状の導体からなるループアンテナ素子である。ループの巻き数は、１回巻きとしているが、いくらでもよい。また、ループの形状は矩形でなくてもよい。形成するループ面が底面３０８の面に対して略垂直になるループアンテナ素子を用いることで、導体からなる底面３０８へ配置してもアンテナ利得が低下することはない。形成するループ面が底面３０８の面に対して略垂直であればよいので、ループの軸方向はＸＹ平面内であればよい。

ループアンテナ素子４１１、４１２、４１３、４１４は、各タイヤのほぼ中央に、図のように格子状に配列する。ループアンテナ素子を格子状に配置することにより、放射電波のビーム方向をＸＹ面内にて走査することができる。

アレイアンテナ部１０５を構成するループアンテナ素子が、Ｘ軸方向のアンテナ数Ｍが２個、Ｙ軸方向のアンテナ数Ｎが２個、ループアンテナ素子の合計が４個の場合について
記載しているが、Ｍ、Ｎともに２以上であればいくらであっても良い。

以上のように構成された車載アンテナ装置１００について、その動作を説明する。

送信の場合、制御回路１０６は、電波を放射したい方向、つまり送信ビーム方向を表す方位情報を分配器１０２、ウェイト制御部１０３へ出力する。送受信回路１０１から出力された送信信号は、入力された方位情報に基づいて分配器１０２により複数の信号に電力分割され、入力された方位情報に基づいてウェイト制御部１０３により各信号の振幅、位相が変化され、給電回路部１０４により平衡不平衡変換、インピーダンス変換され、アレーアンテナ部１０５により送信電波としてタイヤ空気圧センサ３０３へ出力する。

受信の場合、制御回路１０６は、電波を受けたい方向、つまり受信ビーム方向を表す方位情報を分配器１０２、ウェイト制御部１０３へ出力する。タイヤ空気圧センサ３０３から受信された電波はアレーアンテナ部１０５により電気信号へ変換され、給電回路部１０４により平衡不平衡変換、インピーダンス変換され、入力された方位情報に基づいてウェイト制御部１０３により各信号の振幅、位相を変化され、入力された方位情報に基づいて分配器１０２により複数の信号が１つの信号に合成され、送受信回路１０１に受信信号として入力される。

次に位置検知の手順について説明する。

車載アンテナ１００にある制御回路１０６は、４本のタイヤ３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄのそれぞれの領域をカバーする受信ビームの方向を切り替えながら、タイヤ空気圧センサ３０３からの送信信号を受信する。受信電力がもっとも高いときの受信ビームがカバーする領域のタイヤを、通信しているタイヤ空気圧センサ３０３の存在する位置とすることで位置判定を行う。

もしくは、車載アンテナ装置１００にある制御回路１０６が送信ビームの方向を切り替えながら送信し、タイヤ空気圧センサ３０３にて受信される受信電力がもっとも高いときの送信ビームがカバーする領域のタイヤを、通信しているタイヤ空気圧センサ３０３の存在する位置とすることで位置判定を行う。

以上により、アレーアンテナ部１０５へ給電する振幅、位相を制御することで、底面３０８に配置した車載アンテナ装置１００の送受信する電波のビーム方向を切り替えることにより、１箇所に配置した無線通信装置で複数のタイヤ空気圧センサ３０３の位置検知ができる車載アンテナ装置を実現できる。

本発明の車載アンテナ装置は、車両近辺の無線通信装置の位置検知ができる。よって、本発明の車載アンテナ装置を、タイヤ空気圧監視システムとして適用できる。

本発明の実施の形態１における車載アンテナ装置を用いた通信システムの構成を示す図 本発明の実施の形態１における車載アンテナ装置１００の配置を示すＸＹ平面図 本発明の実施の形態１における車載アンテナ装置１００の配置を示すＺＸ平面図 本発明の実施の形態１における車載アンテナ装置１００の配置を示すＹＺ平面図 本発明の実施の形態１におけるウェイト制御回路の構成例を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１におけるアンテナ素子へ平衡給電する場合の給電回路の構成例を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるアンテナ素子へ不平衡給電する場合の給電回路の構成例を示す図 本発明の実施の形態１におけるアレーアンテナ部１０５におけるアンテナ素子の配置および各タイヤを位置検知する場合のアレーアンテナ部１０５の放射パターンを示した図

符号の説明

１００ 車載アンテナ装置
１０１ 送受信回路
１０２ 分配器
１０３ ウェイト制御部
１０４ 給電回路部
１０５ アレーアンテナ部
１０６ 制御回路
３０３ タイヤ空気圧センサ
３００ 車両
３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄ タイヤ
３０２ ホイール
３０３ａ、３０３ｂ、３０３ｃ、３０３ｄ タイヤ空気圧センサ
３０４ａ、３０４ｂ フロントピラー
３０５ａ、３０５ｂ センターピラー
３０６ａ、３０６ｂ リアピラー
３０７ 天井
３０８ 底面
３０９ａ、３０９ｂ 前方ドアノブ
４１１、４１２、４１３、４１４ ループアンテナ素子
６１１、６１２、６１３、６１４ ウェイト制御回路
７１１、７１２、７１３、７１４ 給電回路

Claims (3)

1. 不平衡給電手段に接続され、複数の信号に電力分割して出力する分配器と、
   前記分配器に接続され、入力される各信号の振幅、位相を独立に制御して出力するウェイト制御部と、
   前記ウェイト制御部に接続され、入力される各信号の平衡不平衡変換やインピーダンス変換を行い、出力する給電回路部と、
   前記給電回路部に接続され、導体からなる複数のアンテナ素子を配列したアレーアンテナ部とを、
   備えた車載アンテナ装置であって、
   前記アレーアンテナ部は、車の底面の略中央に配置され、前記ウェイト制御部にて前記アレーアンテナ部へ給電する各信号の振幅、位相を制御することにより、前記アレーアンテナ部から放射される電波のビーム方向を切り替える車載アンテナ装置。
2. 前記アレーアンテナ部は、
   形成するループ面が車の底面の面に対して略垂直になるように設けられ、ループ状の導体からなるループアンテナ素子を配列した請求項１記載の車載アンテナ装置。
3. 前記アレーアンテナ部は、
   前記ループアンテナ素子を格子状に配列した請求項２記載の車載アンテナ装置。

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