JP7055698B2 - 通信装置、通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置、及び通信システムに関する。

インターネットなどのネットワークに接続する通信機能を有する車両や、通信機能を利用して車両の情報を送信したりネットワーク上の情報を取得したりする車両が増えている。一定の定義はないが通信機能を利用して種々のサービスを実現する車両をコネクテッドカーという。コネクテッドカーにより実現されるサービスの１つとして、緊急状態を検知して運転者本人が通報しなくても自動で警察や消防又は担当施設に通報するシステムが知られている。このようなシステムを「eCall」といい、国や地域によっては車両が「eCall」に対応することが義務づけられている。

コネクテッドカーが搭載する通信装置の名称はメーカなどによって必ずしも同じでないが、テレマティクスコントールユニット（ＴＣＵ）又はデータコミュニケーションモジュール（ＤＣＭ）などといい、通信装置はアンテナを介して通信事業者の基地局と通信する。

通信装置が使用するアンテナの形状は、電波の周波数帯や技術開発によって、ロッドアンテナからルーフアンテナなどに変遷し、現在ではシャークフィンアンテナが搭載される車両が増えつつある。

図１は、通信装置に接続されたシャークフィンアンテナの外観図の一例を示し、図２は、通信装置の概略構成図を示す。なお、シャークフィンアンテナ２０と通信装置１０をまとめて通信システム１００という場合がある。シャークフィンアンテナ２０は図示するようにケース２１に内蔵されている。ケース２１は意匠性や車高抑制等を考慮して車両のルーフの後部に設置されることが多いが、電波の受信感度が基準を満たせば設置される位置は図１に示す位置に限られない。通信装置１０は車両に設置される。通信装置１０の設置位置にも決まりはないが、シャークフィンアンテナ２０に電気信号を送信するＲＦケーブル２２の長さを考慮するとシャークフィンアンテナ２０に近い場所に設置されることが好ましい。また、ＲＦケーブル２２の長さが短いほど切断の可能性を低減でき、切断箇所の特定も容易になる。図１では車室の天井部分に設置されている。

ところで、「eCall」では車両に大きな衝撃が加わった場合に外部と通信することが必要になるが、事故などで大きな衝撃が加わった場合、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じたり又はＲＦケーブル２２が切断されたりするおそれがある。このため、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じたりＲＦケーブル２２が切断したりしても通信が可能となるように、通信装置１０のプリント基板上に、第一のアンテナであるシャークフィンアンテナ２０のバックアップ手段として、第二のアンテナであるバックアップアンテナ１１（ＢＵＡ）が内蔵されている。

図２に示すように、通信モジュール１３はＲＦスイッチ１２を介してシャークフィンアンテナ２０又はバックアップアンテナ１１と接続されているが、ＲＦスイッチ１２により同時にはどちらか一方とのみ電気的に接続される。つまり、ＲＦスイッチ１２はシャークフィンアンテナ２０又はバックアップアンテナ１１を切り替える。仮にシャークフィンアンテナ２０に異常が生じたり又はＲＦケーブル２２が切断されたりしても、通信装置１０はバックアップアンテナ１１によりネットワークに接続できる（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には電界強度により外部アンテナの故障を検出して、内部アンテナに切り替える車両盗難通報装置が開示されている。

特開２００４－１２３０５５号公報

しかしながら、従来の通信装置１０は、バックアップアンテナ１１に切り替えられた場合にバックアップアンテナ１１のアンテナ特性が劣化するという問題があった。図を用いて説明する。まず、図２のような構成では、通信装置１０のメーカの担当者が設計時にシャークフィンアンテナ２０と通信装置１０がケーブルを介して接続された状態でバックアップアンテナ１１のチューニングを行う。なお、バックアップアンテナ１１のチューニングは異常時を想定して行うことがより好ましい。

図３、図４はシャークフィンアンテナ２０に異常が生じるか又はＲＦケーブル２２が切断されることで通信装置１０がシャークフィンアンテナ２０を用いた通信が困難になった状態を示す。車両の事故などにより、シャークフィンアンテナ２０を用いて通信装置１０が通信することが困難になった場合、上記のようにアンテナ特性は周辺金属の影響を受けやすいため、チューニングした時と電気的な状態が異なることで、アンテナ特性が崩れてバックアップアンテナ１１の性能が大幅に低下するおそれがある。

一方、車両のメーカはバックアップアンテナ１１に対して非常に高い性能を要求しており、車両の事故等が生じてもバックアップアンテナ１１を用いた通信性能が低下しないよう配慮することが通信装置１０のメーカに求められている。

本発明は、上記課題に鑑み、バックアップ用の第二のアンテナのアンテナ特性が劣化することが抑制された通信装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、第一のケーブルを介して第一のアンテナと電気的に接続された通信装置であって、前記第一のアンテナの代用となりうる第二のアンテナと、前記第一のアンテナを接地するための第二のケーブルが接続される第一のグラウンド部分と、前記第一のアンテナの状態を検出するアンテナ検出回路と、前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のアンテナから前記第二のアンテナに切り替えるアンテナ切替部と、前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のグラウンド部分を、前記第一のグラウンド部分の周囲の第二のグラウンド部分から絶縁させる絶縁部と、を有し、前記第二のアンテナが前記第二のグラウンド部分に接地されていることを特徴とする。

バックアップ用の第二のアンテナのアンテナ特性が劣化することが抑制された通信装置を提供することができる。

通信装置に接続されたシャークフィンアンテナの外観図の一例を示す。 通信装置の概略構成図の一例である。 通信装置と断線したシャークフィンアンテナの外観図の一例を示す。 シャークフィンアンテナと断線した通信装置の概略構成図の一例である。 従来の通信装置の不都合を説明する図の一例である。 本実施形態の通信装置の概略構成図の一例である。 アンテナ検出回路の一例の構成図である。 マイコンが有する機能をブロック状に示す機能ブロック図の一例である。 主にマイコンの動作を説明する一例のフローチャート図である。 通信装置におけるベタグラウンドの形成例を示す図である。 バックアップアンテナのチューニング時の通信装置の状態を説明する図の一例である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

＜用語について＞
電気的な接続・切断とは、物理的な接点の有無にかかわらず、電気信号（電流）が流れるか否かをいう。電気信号（電流）が流れる状態を接続、流れない状態を切断という。

第一のアンテナの状態とは通信に関する状態をいい、少なくとも通信できる状態かどうかを推定できればよい。また、第一のアンテナの異常とは第一のアンテナを用いた通信が困難になることをいう。

第二のアンテナは第一のアンテナによる通信が困難になった場合のバックアップ手段（バックアップ用のアンテナ）である。本実施形態ではバックアップアンテナ１１という用語で説明する。

何らかのケーブルが切断されることを、破損、損傷、ダメージ、又は断線などといってもよい。

代用とは他のものに変えて使用することをいい、本実施形態ではバックアップという用語で説明される。代替と称してもよい。

＜従来の通信装置に関する補足＞
図５を用いて従来の通信装置１０に関する不都合について補足して説明する。図５は、従来の通信装置１０の不都合を説明する図の一例である。図５（ａ）に示すようにシャークフィンアンテナ２０と通信装置１０がケーブル２４を介して接続されている。ケーブル２４にはＲＦケーブル２２（第一のケーブル）とグラウンドケーブル２３（第二のケーブル）の信号経路が確保されており、ＲＦケーブル２２とグラウンドケーブル２３はそれぞれシャークフィンアンテナ２０と接続されている。

通信装置１０はプリント基板に各部品が配置されている構造になっており、グラウンド１５を広く設けることで、ノイズ対策が施されている。このようなグラウンド１５をベタグラウンドという場合がある。ベタグラウンドには銅箔が貼付されている。図５（ａ）では部品がない部分はほぼベタグラウンド（グラウンド１５）である。ＲＦケーブル２２はシャークフィンアンテナ２０と接続され、シャークフィンアンテナ２０はグラウンドケーブル２３と接続され、グラウンドケーブル２３はグラウンド１５に接地されている。したがって、シャークフィンアンテナ２０はグラウンドを利用したモノポールアンテナの一種であり、こうすることでダイポールアンテナよりも短いアンテナで良好な通信を可能にする。

図５（ｂ）に示すように、シャークフィンアンテナ２０とグラウンドケーブル２３の信号経路が確保されたケーブル２４が断線した場合を考える。車両への衝撃時にケーブル２４がどのように切断されるかは衝撃の生じ方によって異なる場合が多いが、ケーブル２４と通信装置１０の境界（コネクタ）でケーブル２４が断線しない限り、グラウンドケーブル２３の一部が通信装置１０と接続されたままになる。

シャークフィンアンテナ２０を用いた通信が困難になった場合、ＲＦスイッチ１２により通信モジュール１３はバックアップアンテナ１１と接続されるため、ＲＦケーブル２２には信号が流れない。しかし、バックアップアンテナ１１はグラウンド１５に接地されているため、グラウンドケーブル２３の一部が通信装置１０から延接されていることにより、周辺金属の影響によりアンテナ特性が劣化し（例えば、グラウンドケーブル２３の一部がアンテナのように動作し）、バックアップアンテナ１１の通信性能が低下してしまう。

＜本実施形態の通信装置の構造＞
以上のような不都合を解決するため、本実施形態の通信装置１０はグラウンドケーブル２３を絶縁する仕組みを有する。図６を用いて詳細に説明する。

図６は、本実施形態の通信装置１０の概略構成図を示す。なお、ケーブル２４を介して接続されたシャークフィンアンテナ２０と通信装置１０を通信システム１００という。まず、図６（ａ）はケーブル２４が切断される前の状態を説明する図である。通信装置１０は、マイコン１８、アンテナ検出回路１４、バックアップアンテナ１１、ＲＦスイッチ１２、通信モジュール１３、及び、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７を有している。またグラウンド１５は絶縁部１６を介して第一のグラウンド部分１５ａと、第一のグラウンド部分１５ａの周囲の第二のグラウンド部分１５ｂに分離されている。

マイコン１８は、通信装置１０の全体を制御する制御装置として機能する。マイコン１８にはアンテナ検出回路１４、ＲＦスイッチ１２、通信モジュール１３、及び、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７が電気的に接続されている。なお、当然ながら、マイコン１８と各部品間の接続線８はグラウンド１５から絶縁されている。マイコン１８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及び、入出力Ｉ/Ｆ等の一般的な構成を有するものとする。マイコン１８をコンピュータ又は情報処理装置等という場合がある。

アンテナ検出回路１４は、シャークフィンアンテナ２０の状態を検出する回路である。通信の可否に関して異常が生じているかどうかを検出する。少なくとも接続されているかどうかを検出できればよいが、どの程度の通信性能があるかを検出できてもよい。本実施例ではＲＦケーブル２２の切断を検出するものとして説明する。なお、ＲＦケーブル２２が切断されていなければ、グラウンドケーブル２３を含めケーブル２４も切断されていないと推定することができるため、アンテナ検出回路１４はケーブル２４の切断を検出していると考えることもできる（ＲＦケーブル２２だけが切断される場合もある）。アンテナ検出回路１４はＲＦケーブル２２に流れる電流又は電圧を常時検出し、マイコン１８に出力する。これにより、マイコン１８はＲＦケーブル２２が切断されていないことを検出し、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じていないことを検出できる。なお、アンテナ検出回路１４の詳細は図７にて説明する。

バックアップアンテナ１１は、通信モジュール１３が無線通信を行うためのアンテナであり、例えば、ＧＳＭ（登録商標）（global system for mobile communications）に代表される２Ｇ、３Ｇ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の４Ｇ、などの無線周波数に対応している。シャークフィンアンテナ２０についても同様であるが、更に、ラジオやテレビなどの地上波、ＧＰＳなどの衛星波に対応していることが好ましい。

ＲＦスイッチ１２は、高周波信号の経路を切り替えるスイッチである（アンテナ切替部の一例）。高周波スイッチとよばれる場合もある。一般のスイッチと異なり、高周波信号を通過させるために、通信モジュール１３側とＲＦケーブル２２側の特性インピーダンスを整合している。方式としては機械式（高周波リレー、同軸スイッチ等）と電子式（ＰＩＮダイオードスイッチ、ＭＥＳＦＥＴスイッチ、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ等）があるが、本実施形態ではどちらを採用してもよい。一般に電子式の方が小型であるため好ましい。

ＲＦスイッチ１２は、マイコン１８からの制御信号に応じて高周波信号が通過する経路のオンとオフを切り換える。より詳細には、シャークフィンアンテナ２０が使用される場合はシャークフィンアンテナ２０との経路をオン、バックアップアンテナ１１との経路をオフする。バックアップアンテナ１１が使用される場合はバックアップアンテナ１１との経路をオン、シャークフィンアンテナ２０との経路をオフする。

通信モジュール１３は、２Ｇ、３Ｇ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の４Ｇ、などの無線通信に関する処理を行う。データの送信時にはマイコン１８が送信したデータをＤＳＰが圧縮して一次変調し、ＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、又はＯＦＤＭＡなどの無線方式にしたがって二次変調する。そして、シャークフィンアンテナ２０又はバックアップアンテナ１１から送信する。音声信号の送信時はマイクが取得した音声データをＰＣＭ変換してから変調する。受信時にはシャークフィンアンテナ２０又はバックアップアンテナ１１が受信する高周波無線をＦＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＣＤＭＡ、又はＯＦＤＭＡなどの無線方式にしたがって逆拡散して、一次変調と同じ方式で復調する。これでデジタルデータが得られるのでＤＳＰ（Digital Signal Processor）で情報を展開して復元する。復元されたデータはマイコン１８に送信され、マイコン１８は内容に応じた制御を行う。音声信号を受信した場合は、ＰＣＭ変換の後、アンプを介してスピーカから音声を出力する。

第一のグラウンド部分１５ａは通信装置１０のベタグラウンドのうちケーブル２４が接続されている部分である。第一のグラウンド部分１５ａにはベタグラウンドが施されている。一方、第一のグラウンド部分１５ａは、ケーブル２４が通信装置１０と接続される矩形領域を取り囲む絶縁部１６により、第二のグラウンド部分１５ｂと絶縁されている。すなわち、絶縁部１６には銅箔が形成されていないので、第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂとは電気的に接続されていない。

なお、第一のグラウンド部分１５ａの形状は矩形である必要はなく、半円形状や三角形状でもよい。また、不定形でもよいし、多角形でもよい。また、第一のグラウンド部分１５ａの広さは適宜設計できるが、バックアップアンテナ１１を用いた通信時のノイズを低減するという観点からは第二のグラウンド部分１５ｂを広く取ることが好ましい。また、絶縁部１６の幅は、絶縁が維持されるために必要十分であればよいものとする。

ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７は第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂの電気的な接続をオン又はオフする高周波スイッチ（ＲＦスイッチ）である。ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７は接続状態切替部の一例である。

高周波スイッチなので、第二のグラウンド部分１５ｂ側とグラウンドケーブル２３側の特性インピーダンスの整合が取られている。したがって、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオンの状態ではグラウンドケーブル２３と通信装置１０のグラウンド１５の間のインピーダンスはほぼゼロと見なせる。これに対し、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフの状態ではグラウンドケーブル２３と通信装置１０のグラウンド１５との間のインピーダンスは無限大又は無限大と見なせる程度に大きくなる。

マイコン１８は、アンテナ検出回路１４によりシャークフィンアンテナ２０に異常が生じたことを検出すると、ＲＦスイッチ１２を制御して、シャークフィンアンテナ２０からバックアップアンテナ１１に切り替える。また、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７をオフにする。これにより、第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂが絶縁される。また、マイコン１８は必要に応じて緊急状態である旨を通信モジュール１３に送信させる（eCall）。なお、シャークフィンアンテナ２０の異常には、ケーブル２４の一部又は全体が接続されたままシャークフィンアンテナ２０が故障して通信が困難になること、及び、ケーブル２４の一部又は全体が切断されることで通信が困難になることのいずれも含む。

図６（ｂ）はＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフに制御された状態の通信装置１０の構成例を示す。車両の事故など、何らかの原因によってシャークフィンアンテナ２０に異常が生じるか又はケーブル２４が切断されたため、アンテナ検出回路１４によりシャークフィンアンテナ２０の異常（ＲＦケーブル２２の切断）が検出された。このため、マイコン１８がＲＦスイッチ１２を制御してシャークフィンアンテナ２０からバックアップアンテナ１１に切り替えると共に、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７をオフに制御する。これにより、ＲＦケーブル２２には電流が流れない。また、第二のグラウンド部分１５ｂと第一のグラウンド部分１５ａが切断される。

このため、図６（ｂ）の状態では、プリント基板からグラウンドケーブル２３に流れ込む電流が大幅に減少するため、従来と比べてバックアップアンテナ１１のアンテナ性能が改善される。

なお、図６では、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器やバッテリなど、本実施形態の説明に直接関係のない部品は図示が省略されている。ＧＰＳは車両の座標を検出することで自動的に車両の位置をネットワークに通知することを可能にする。また、バッテリは、通信装置１０に電力が供給されなくても、通信装置１０が外部に通信することを可能にする。

＜アンテナ検出回路＞
図７は、アンテナ検出回路１４の一例の構成図を示す。これまで説明したように、アンテナ検出回路１４はシャークフィンアンテナ２０とマイコン１８に接続されている。マイコン１８が有するＡＤＣ３９（Analog Digital Controller）、汎用入出力Ｉ/Ｆ４０がアンテナ検出回路１４と接続されている。また、ＲＦスイッチ１２のアンテナ接続Ｉ/Ｆ３８がシャークフィンアンテナ２０と接続されている。

ＲＦケーブル２２を介してシャークフィンアンテナ２０が接続されているかどうかをマイコン１８が判断する際、マイコン１８は汎用入出力Ｉ/Ｆ４０をＨｉｇｈに設定する。これにより、トランジスタ３３がオンになり、電源３１の電圧が印加されているトランジスタ３２もオンになる。電源３１からの電流は抵抗３４、ダイオード３６、及びＲＦチョークコイル３７を介してＲＦケーブル２２に流れる。ＲＦケーブル２２はコネクタ４１によりシャークフィンアンテナ２０と接続されている。なお、シャークフィンアンテナ２０はＲＦチョークコイル４２と診断用抵抗４３を介して接地されている。

なお、ダイオード３６はＲＦスイッチ１２から電流がマイコンに流れるのを防止するために配置され、ＲＦチョークコイル３７は高周波がＲＦケーブル２２に流れることを防止するために配置されている。

電源３１からの電流がＲＦケーブル２２に流れる際に抵抗３５に生じる電圧は抵抗３４で分圧されてマイコン１８のＡＤＣ３９に入力されるので、マイコン１８は所定の電圧が検出されるかどうかにより（電圧が閾値以上かどうかにより）シャークフィンアンテナ２０に異常が生じているかどうか（ＲＦケーブル２２が切断されているか）を判断できる。

シャークフィンアンテナ２０に異常が生じた場合、マイコン１８が汎用入出力Ｉ/Ｆ４０をＨｉｇｈに設定しても、ＲＦケーブル２２に電流が流れない。電源３１からの電流は抵抗３４を介してグラウンドに流れてしまうため、抵抗３５の電圧はほぼゼロとなる。マイコン１８はＡＤＣ３９に入力された電圧がほぼゼロである（閾値未満である）ことから、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じたこと（ＲＦケーブル２２が切断されたこと）を検出できる。

＜マイコンの機能について＞
続いて、図８を用いて本実施形態のマイコン１８の機能について説明する。図８はマイコン１８が有する機能をブロック状に示す機能ブロック図の一例である。マイコン１８は、アンテナ状態検出部５２、車両状態取得部５３、第一スイッチ制御部５４、第二スイッチ制御部５５、及び、情報送信制御部５６を有している。マイコン１８が有するこれら各機能は、マイコン１８が有するＣＰＵなどの構成要素のいずれかが、ＲＯＭからＲＡＭに展開されたプログラムに従ったＣＰＵからの命令により動作することで実現される機能又は手段である。

まず、アンテナ状態検出部５２は、図７にて説明したようにアンテナ検出回路１４を介して、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じたかどうかを判断する。異常が生じていないことをＲＦケーブル２２とシャークフィンアンテナ２０が接続されていると称し、異常が生じていることをＲＦケーブル２２がシャークフィンアンテナ２０と切断されたと称してもよい。判断結果は第一スイッチ制御部５４と第二スイッチ制御部５５に通知される。

第一スイッチ制御部５４は、アンテナ状態検出部５２がシャークフィンアンテナ２０の異常を検出すると、ＲＦスイッチ１２を制御する。すなわち、通信モジュール１３からシャークフィンアンテナ２０への接続経路を、通信モジュール１３からバックアップアンテナ１１への接続経路に切り替える。

第二スイッチ制御部５５は、アンテナ状態検出部５２がシャークフィンアンテナ２０の異常を検出すると、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７を制御する。すなわち、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７をオンからオフに制御する。

一方、車両状態取得部５３は、車両側装置５１から車両に一定以上の衝撃が生じた旨の通知を取得する。車両側装置５１は例えば、加速度センサの信号やエアバッグ展開信号などを検出してマイコン１８に通知するＥＣＵ（Electronic Controller Unit）である。つまり、車両状態取得部５３は車両に何らかの緊急状態が生じたことを検出する。

なお、衝撃に限らず、車両や車内の物品の盗難を検出してもよい。この場合、車両側装置５１は、車室内の赤外線センサの信号やカメラセンサなど画像を解析して侵入者を検出したり、車両の移動を検出したりして車両や車内の物品の盗難を検出する。

情報送信制御部５６は、車両状態取得部５３から衝撃や盗難等、車両の異常を検出した旨の通知を取得すると、通信モジュール１３を制御して緊急状態が生じたことを外部に通知する。例えば、警察や消防又はオペレータが常駐している担当施設等に通知することで、これら施設の担当者が運転者に安否を問い合わせることができる。

なお、アンテナ状態検出部５２がシャークフィンアンテナ２０の異常を検出した場合に、緊急状態が生じたことを情報送信制御部５６が外部に通知してもよい。しかし、シャークフィンアンテナ２０に異常が生じることなく、緊急状態が生じる場合もあるため、別途、車両状態を取得することが好ましい。

＜動作手順＞
図９は、主にマイコン１８の動作を説明する一例のフローチャート図である。図９の処理は、例えば、車両のシステムが起動中（エンジンで走行する車両の場合はＩＧオン、電気モータで走行する車両の場合はシステムオン）だけでなく、駐車中も恒常的に実行されることが好ましい。シャークフィンアンテナ２０を切断して通信不能にし、車両や車室内の物品を盗難しようとする者がいても、通信装置１０はシャークフィンアンテナ２０が切断された直後に外部に通知することが可能になる。

まず、初期設定として、第一スイッチ制御部５４がＲＦスイッチ１２をシャークフィンアンテナ２０側に制御し、第二スイッチ制御部５５がＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７をオンに制御する（Ｓ１０）。これにより、ＲＦケーブル２２はシャークフィンアンテナ２０を介して通信装置１０の第二のグラウンド部分１５ｂに接地された状態になる。

以降、アンテナ状態検出部５２は定期的にシャークフィンアンテナ２０の異常の有無を判断する（Ｓ２０）。定期的とは例えば数秒おきや１分おきなどである。定期的に判断するのでなく、不定期に判断してもよいし、車両側装置５１から車両に不審な振動や異常が生じた旨の通知があった場合に判断してもよい。

シャークフィンアンテナ２０の異常の有無の判断の結果、異常が検出されない場合（ステップＳ３０のＮｏ）、処理は終了する。

シャークフィンアンテナ２０の異常の有無の判断の結果、異常が検出されたる場合（ステップＳ３０のＹｅｓ）、第一スイッチ制御部５４がＲＦスイッチ１２をバックアップアンテナ１１側に制御し、第二スイッチ制御部５５がＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７をオフに制御する（Ｓ４０）。これにより、ＲＦケーブル２２からシャークフィンアンテナ２０には電流が流れない。また、切断されたグラウンドケーブル２３の一部が通信装置１０に接続されていても、通信装置１０の第二のグラウンド部分１５ｂと第一のグラウンド部分１５ａが絶縁されたので、第二のグラウンド部分１５ｂに接続されているバックアップアンテナ１１の周辺金属の状態がチューニング時と同じになり、バックアップアンテナ１１の性能が低下することを抑制できる。

＜ベタグラウンドの形成例＞
図１０は、通信装置１０におけるベタグラウンドの形成例を示す図である。図１０では、説明の便宜上、マイコン１８などの他の部品は省略されている。図１０（ａ）はＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオンの状態を、図１０（ｂ）はＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフの状態を、それぞれ示す。図１０（ｂ）では、第一のグラウンド部分１５ａが第二のグラウンド部分１５ｂと完全に絶縁されている。なお、絶縁部１６は樹脂であるため、電気を通さないと考えてよい。

一方、図１０（ａ）では第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂが電気的に接続されている。接続箇所が１箇所ではないのはＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７の構造によるものであり、１箇所以上で第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂが電気的に接続されればよい。

また、図１０に示した第一のグラウンド部分１５ａ及びバックアップアンテナ１１の位置は一例に過ぎず、第一のグラウンド部分１５ａ及びバックアップアンテナ１１の位置は適宜、決定されてよい。例えば、接続線の配線長、ノイズ及び受信感度に有利なように決定される。

＜チューニング時の構成＞
図１１を用いてバックアップアンテナ１１のチューニング時の通信装置１０の構成について説明する。図１１はバックアップアンテナ１１のチューニング時の通信装置１０の状態を説明する図の一例である。図１１の通信装置１０には、通信装置１０にケーブル２４もシャークフィンアンテナ２０も接続されていない。

すなわち、本実施形態の通信装置１０では、ケーブル２４が接続されていない状態でバックアップアンテナ１１のチューニングが行われる。ＲＦスイッチ１２は当然ながらバックアップアンテナ１１側に接続される。また、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７はオフである。ケーブル２４が接続されていないのでＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７はオンでもよいが、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオン又はオフでグラウンド１５の形状が変わるため、バックアップアンテナ１１の性能が変わるおそれがある。したがって、車両の事故等によりシャークフィンアンテナ２０に異常が生じる場合を想定して、この状況と同様にＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフの状態でチューニングされることが好ましい。

なお、チューニングとは、バックアップアンテナ１１の性能が基準を満たすようにバックアップアンテナ１１の長さ、形状、配置位置等をメーカの担当者が調整することをいう。チューニングの方法は様々であるが、現在ではコンピュータシミュレーションを利用したり、スミスチャート（シート状でもコンピュータ画面上でもよい）を利用したりしながら、インピーダンス特性を測定するような方法が用いられる。

＜効果について＞
出願人は、ケーブル２４（シャークフィンアンテナ２０とグラウンドケーブル２３）が切断された際、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がない従来の通信装置１０のバックアップアンテナ１１の無線周波数に対する放射効率と、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフにされた通信装置１０のバックアップアンテナ１１の無線周波数に対する放射効率とをシミュレーションした。なお、所定の長さのグラウンドケーブル２３が通信装置１０に電気的に接続された状態（切れ端が残っている状況）を想定した。シミュレーション結果によれば、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７がオフになることで、ケーブル２４が切断される前と後で特性変化が最小限になり、本実施形態の通信装置１０の方では数十％以上の性能の向上が認められた。

また、本実施形態の通信装置１０によれば、チューニング時の作業負担が低減できるという効果がある。本実施形態を適用しない場合、故障モード(ケーブル２４の切断位置等)を考慮してこの故障モードに有効なチューニングが必要になる。つまり、実際の故障モード(ケーブル２４の切断位置等)はほぼ無限に存在するため、「どの状態でのチューニングが最も効果的か」という追加検討が必要になる。例えば、通信装置１０のコネクタ端から３ｃｍの位置でケーブル２４が切断される場合、４ｃｍの位置でケーブル２４が切断される場合、５ｃｍの位置でケーブル２４が切断される場合等、ケーブル２４の切断位置は事前に確定されにくい。このため、数多くのチューニングを行うか、ケーブル２４の切断位置を想定してチューニングを行う必要があった。

本実施形態の通信装置１０は、車種ごとにシャークフィンアンテナ２０の接続位置やケーブル２４の長さが異なる場合でも、これらの相違による影響を最小限に留めてチューニングしておくことができる。すなわち、チューニングすべき製品状態が明確になり、検討工数を削減できる。

＜その他の適用例＞
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本実施形態では通信装置１０とシャークフィンアンテナ２０が車載される例を説明したが、通信装置１０とシャークフィンアンテナ２０は、車両以外の移動体に搭載されてもよい。例えば、二輪車（自転車、オートバイ）、車椅子、軽車両、一人又は二人乗りのモビリティ、又は、ロボットなどにも搭載できる。また、移動体でなければケーブルが切断される可能性は低いが、非移動体に通信装置１０とシャークフィンアンテナ２０とを搭載することができる。

また、本実施形態ではシャークフィンアンテナ２０がアンテナの一例として説明されているに過ぎず、アンテナの形状、アンテナのケースの形状、アンテナ又はケースの素材、又は、アンテナの呼称は特に限定されずに本実施形態の通信装置１０に適用できる。

なお、シャークフィンアンテナ２０はドルフィンアンテナとも呼ばれる場合があり、その呼称はどのようなものでもよい。

また、シャークフィンアンテナ２０はルーフに設置されていなくてもよく、バンパーなどにどこに設置されてもよい。

また、バックアップアンテナ１１は一般にプリント基板内に設置されるが、バックアップアンテナ１１が通信装置１０とケーブルを介して接続されてもよい。この場合、ケーブルは車内側に延設されるなど、切断されにくいように構成されることが好ましい。

また、プリント基板が多層構造の場合、第一のグラウンド部分１５ａと第二のグラウンド部分１５ｂは同じ層にある必要はない。

また、ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ１７はＲＦスイッチに限られず、電気的な切断と接続を切り替えられれば単純なスイッチでよい。

１０ 通信装置
１１ バックアップアンテナ
１２ ＲＦスイッチ
１３ 通信モジュール
１４ アンテナ検出回路
１５ グラウンド
１５ａ 第一のグラウンド部分
１５ｂ 第二のグラウンド部分
１６ 絶縁部
１７ ＧＮＤ－ＧＮＤ間スイッチ
１８ マイコン
２０ シャークフィンアンテナ
２２ ＲＦケーブル
２３ グラウンドケーブル
２４ ケーブル
１００ 通信システム

Claims (6)

1. 第一のケーブルを介して第一のアンテナと電気的に接続された通信装置であって、
   前記第一のアンテナの代用となりうる第二のアンテナと、
   前記第一のアンテナを接地するための第二のケーブルが接続される第一のグラウンド部分と、
   前記第一のアンテナの状態を検出するアンテナ検出回路と、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のアンテナから前記第二のアンテナに切り替えるアンテナ切替部と、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のグラウンド部分を、前記第一のグラウンド部分の周囲の第二のグラウンド部分から絶縁させる絶縁部と、を有し、
   前記第二のアンテナが前記第二のグラウンド部分に接地されている、ことを特徴とする通信装置。
2. 前記絶縁部をまたいで配置された接続状態切替部を有し、
   前記接続状態切替部は、前記第一のグラウンド部分と前記第二のグラウンド部分とが電気的に接続された状態と切断された状態を切り替え、
   前記接続状態切替部は、前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出するまでは、前記第一のグラウンド部分と前記第二のグラウンド部分とを電気的に接続し、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のグラウンド部分と前記第二のグラウンド部分とを電気的に切断する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記第二のアンテナのチューニングは、前記接続状態切替部により前記第一のグラウンド部分と前記第二のグラウンド部分とを電気的に切断された状態で行われており、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のグラウンド部分と前記第二のグラウンド部分とが電気的に切断されることで、チューニング時と同じ周辺金属の状態で、前記第二のアンテナを用いて通信することを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記アンテナ検出回路は、前記第一のケーブルの切断を検出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の通信装置。
5. 前記第一のアンテナはシャークフィンアンテナであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の通信装置。
6. 第一のケーブルを介して第一のアンテナと通信装置とが電気的に接続された通信システムであって、
   前記第一のアンテナの代用となりうる第二のアンテナと、
   前記第一のアンテナを接地するための第二のケーブルが接続される第一のグラウンド部分と、
   前記第一のアンテナの状態を検出するアンテナ検出回路と、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のアンテナから前記第二のアンテナに切り替えるアンテナ切替部と、
   前記アンテナ検出回路が前記第一のアンテナの異常を検出した場合、前記第一のグラウンド部分を、前記第一のグラウンド部分の周囲の第二のグラウンド部分から絶縁させる絶縁部と、を有し、
   前記第二のアンテナが前記第二のグラウンド部分に接地されている、ことを特徴とする通信システム。

Images