JPWO2020059172A1

JPWO2020059172A1 - アンプモジュール

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Publication number: JPWO2020059172A1
Application number: JP2020547916A
Authority: JP
Inventors: 英太中山; 一司小舟; 吉田　睦; 睦吉田
Original assignee: Alps Electric Co Ltd; Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-03-08
Publication date: 2021-08-30
Anticipated expiration: 2039-03-08
Also published as: US20210194527A1; WO2020059172A1; JP7130763B2; EP3855627B1; EP3855627A4; EP3855627A1; CN112534728A; US11277164B2; CN112534728B

Abstract

無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に設けても、無線通信装置の本体部が無線通信用のアンテナの接続状態を検出できるアンプモジュールを提供する。
アンプモジュールは、無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に配置され、前記アンテナ及び前記本体部と配線部材を介して接続される、アンプモジュールであって、前記アンテナに接続されるアンテナ側端子と、前記本体部に接続される本体側端子と、前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に設けられる増幅回路と、前記アンテナ側端子の電気特性を検出するアンテナ検出回路と、前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性に基づいて、前記本体側端子の電気特性を変化させる特性可変回路と、を含む。

Description

本発明は、アンプモジュールに関する。

従来より、無線通信用のアンテナと、前記アンテナとは物理的に離れた位置に配置される無線通信装置の本体部と、前記アンテナと前記本体部とを接続する通信ケーブルと、を備える車両用の無線通信装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０４６７８９号公報

ところで、従来の無線通信装置は、アンテナと無線通信装置の本体部との間の通信ケーブルが長い場合には、信号の損失が大きくなり、通信特性が劣化する。

このような信号の損失を補償するために、アンテナと本体部との間に、送信用の増幅回路である送信アンプと、受信用の増幅回路である受信アンプと、を備えたアンプモジュールを設けることが考えられる。

しかしながら、本体部がインピーダンスや電流値等に基づいてアンテナの接続状態を検出する機能を有している場合に、アンテナと本体部の間にアンプモジュールを設けると、アンプモジュール内の回路の影響を受けて本体部がアンテナの接続状態を適切に検出できなくなるという課題がある。

そこで、無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に設けても、無線通信装置の本体部がアンテナの接続状態を検出できるアンプモジュールを提供することを目的とする。

本発明の実施の形態のアンプモジュールは、無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に配置され、前記アンテナ及び前記本体部と配線部材を介して接続される、アンプモジュールであって、前記アンテナに接続されるアンテナ側端子と、前記本体部に接続される本体側端子と、前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に設けられる増幅回路と、前記アンテナ側端子の電気特性を検出するアンテナ検出回路と、前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性に基づいて、前記本体側端子の電気特性を変化させる特性可変回路と、を含む。

無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に設けても、無線通信装置の本体部が無線通信用のアンテナの接続状態を検出できるアンプモジュールを提供することができる。

実施の形態のアンプモジュール１００の配置の一例を示す図である。アンプモジュール１００の構成を示す図である。スイッチ回路１４３の構成を示す図である。アンプモジュール１００の構造を示す図である。

以下、本発明のアンプモジュールを適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のアンプモジュール１００の配置の一例を示す図である。車両１には、無線通信用のアンテナ１０、無線通信装置の本体部２０、通信用のケーブル３０、及びアンプモジュール１００が搭載されている。なお、車両１は、典型的には乗用車であるが、どのような形態の車両であってもよい。また、アンテナ１０は、車両１のルーフの後端に配置されたＶ２Ｘ通信（車両間通信及び路車間通信の総称）用のアンテナであるが、このタイプに限定されるものではない。ケーブル３０は、アンテナ１０及びアンプモジュール１００を接続するケーブル３０Ａと、アンプモジュール１００及び本体部２０を接続するケーブル３０Ｂと、を含む。

本体部２０は、無線通信装置の主要な機能を有する部分であり、アンテナ１０、ケーブル３０、及びアンプモジュール１００と組み合わされて、無線通信装置を構成する。本体部２０は、一例として、無線通信機能を備えたナビゲーションＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）などであり、通常、車両１のダッシュボード付近に配置される。そして、アンテナ１０がケーブル３０Ａを介してアンプモジュール１００に接続され、アンプモジュール１００がケーブル３０Ｂを介して本体部２０に接続される。

本体部２０は、ケーブル３０Ｂが接続される端子２０Ａを有する。端子２０Ａは、アンプモジュール１００を用いない場合には、ケーブル３０Ａ及び３０Ｂと同様の１本のケーブルを用いて、アンテナ１０と接続される端子である。本体部２０は、アンプモジュール１００を用いない場合には、端子２０Ａの電気特性（インピーダンス、電流値等）に基づいて、端子２０Ａへのアンテナ１０の接続状態を判別する機能を含む。

端子２０Ａへのアンテナ１０の接続状態には、ケーブルの短絡等の異常が生じることなく、アンテナ１０がケーブルを介して端子２０Ａに正常に接続されている状態（正常な接続状態）、アンテナ１０及びケーブルが端子２０Ａに接続されておらず、端子２０Ａが開放となっている状態（非接続状態）、及び、本来接続されるべきアンテナ１０とは異なるタイプのアンテナが接続される等の理由によって、端子２０Ａと接地電位点（基準電位点）との間に短絡が生じている状態（短絡状態）が含まれる。

ケーブル３０は、配線部材の一例である。ケーブル３０としては、電磁波ノイズの影響等を考慮して同軸ケーブル等が用いられるが、このタイプに限定されるものではない。

ケーブル３０Ａは、一例として、車両１のルーフの裏側に通されており、ケーブル３０Ｂは、車両１のＡピラーの内部と、ルーフの裏側に通されている。ケーブル３０Ａ及びケーブル３０Ｂは、一例としてＦＡＫＲＡプラグを有しており、アンテナ１０、本体部２０、アンプモジュール１００は、ＦＡＫＲＡジャックを有しているため、容易に挿抜可能である。

アンプモジュール１００は、一例として、車両１のルーフの裏側に配置されている。アンプモジュール１００は、アンテナ１０と本体部２０との間（中間）に設けられていればよく、アンテナ１０と本体部２０の中間でケーブル３０Ａとケーブル３０Ｂの長さが等しくなる位置であってもよい。ケーブル３０Ａとケーブル３０Ｂの長さが等しい場合には、アンプモジュール１００は、ケーブル３０の長さの中点に配置されることになる。このような配置は、送信信号の損失と受信信号の損失とをバランスよく補償する場合に特に好適である。

また、アンプモジュール１００は、必ずしもケーブル３０の長さの中点に配置される必要はなく、ケーブル３０Ｂの方がケーブル３０Ａよりも短く、アンプモジュール１００がＡピラーの内側に配置されていてもよい。

また、反対に、ケーブル３０Ａの方がケーブル３０Ｂよりも短くてもよい。この場合には、アンテナ１０と本体部２０との間でケーブル３０が配置される経路において、アンテナ１０及び本体部２０からの距離が等しい点よりもアンテナ１０の近くにアンプモジュール１００を配置することができ、アンテナ１０の近くで信号レベルの補償を行うことができる。通常、受信信号は、送信信号と比較して信号レベルが低く、電磁波ノイズ等の影響を受け易いので、アンテナ１０の近くにアンプモジュール１００を配置することによって、受信信号への電磁波ノイズ等の影響を抑制し易くなる。そのため、このような配置は、送信信号の損失と受信信号の損失とをバランスよく補償するよりも、受信信号への電磁波ノイズ等の影響を抑制することを優先したい場合に特に好適である。

アンプモジュール１００は、ケーブル３０Ｂを介して本体部２０に接続されている状態で、アンプモジュール１００のアンテナ側端子１０１へのアンテナ１０の接続状態に応じて、本体側端子１０２の電気特性（インピーダンス、電流値等）を、アンプモジュール１００を利用しない場合と同様に変化させる。

アンテナ側端子１０１へのアンテナ１０の接続状態には、ケーブルの短絡等の異常が生じることなく、アンテナ１０がケーブル３０Ａを介してアンテナ側端子１０１に正常に接続されている状態（正常な接続状態）、アンテナ１０及びケーブル３０Ａがアンテナ側端子１０１に接続されておらず、アンテナ側端子１０１が開放となっている状態（非接続状態）、及び、本来接続されるべきアンテナ１０とは異なるタイプのアンテナが接続される等の理由によって、アンテナ側端子１０１と接地電位点との間に短絡が生じている状態（短絡状態）が含まれる。

そして、本体側端子１０２の電気特性を、アンプモジュール１００を利用しない場合と同様に変化させることにより、本体部２０は、アンプモジュール１００の本体側端子１０２の電気特性に基づいて、アンプモジュール１００を利用しない場合と同様に、アンテナ１０の接続状態（正常な接続状態、非接続状態、短絡状態）を判別することができる。以下、このようなアンプモジュール１００の機能について説明する。

図２は、アンプモジュール１００の構成を示す図である。アンプモジュール１００は、アンテナ側端子１０１、本体側端子１０２、分岐回路１０３、ＢＰＦ(Band Pass Filter)１０４、アンテナ検出回路１１０、ＬＮＡ(Low Noise Amplifier)１２１、ＰＡ(Power Amplifier)１２２、スイッチ(SW: Switch)回路１２３、１２４、及びアッテネータ(ATT: Attenuator)１２５を含む。

アンプモジュール１００は、さらに、方向性結合器１３１、信号検出回路(DET: Detector)１３２、コンパレータ(COMP: Comparator)１３３、インバータ１３４、分岐回路１４１、ＤＣＤＣ(Direct Current Direct Current)コンバータ１４２、スイッチ回路１４３、及びＬＤＯ(Low Dropout)１４４を含む。

アンテナ側端子１０１は、一例としてＦＡＫＲＡジャックであり、アンテナ１０に接続されるケーブル３０ＡのＦＡＫＲＡプラグが差し込まれて接続される。アンテナ側端子１０１には、分岐回路１０３を介してＢＰＦ１０４とアンテナ検出回路１１０が接続される。

本体側端子１０２は、一例としてＦＡＫＲＡジャックであり、本体部２０（図１参照）に接続されるケーブル３０ＢのＦＡＫＲＡプラグが差し込まれて接続される。本体側端子１０２は、分岐回路１４１を介して方向性結合器１３１とＤＣＤＣコンバータ１４２に接続される。

分岐回路１０３は、インダクタ１０３Ａとコンデンサ１０３Ｂとを有する。分岐回路１０３は、アンテナ側端子１０１とＢＰＦ１０４との間でＴ字型に分岐した線路を有する。インダクタ１０３Ａは、分岐線路に直列に挿入され、アンテナ検出回路１１０に接続されている。コンデンサ１０３Ｂは、分岐点とＢＰＦ１０４との間に直列に挿入されている。

このようにして、アンテナ側端子１０１からの電気信号のうち、交流成分である受信信号がＢＰＦ１０４側に伝達され、直流成分がアンテナ検出回路１１０側に伝達されるようになる。また、アンテナ検出回路１１０側からの電気信号の直流成分がアンテナ側端子１０１に伝達され、ＢＰＦ１０４側からの電気信号の交流成分である送信信号がアンテナ側端子１０１に伝達されるようになる。

ＢＰＦ１０４は、分岐回路１０３のコンデンサ１０３Ｂとスイッチ回路１２３との間に設けられており、送信信号又は受信信号のうちの所定の帯域のみを通過させる帯域通過フィルタである。

アンテナ検出回路１１０は、分岐回路１０３のインダクタ１０３Ａを介してアンテナ側端子１０１に接続されている。アンテナ検出回路１１０は、一例として、ＩＣ(Integrated Circuit)等を用いた電流モニタである。アンテナ検出回路１１０は、インダクタ１０３Ａに電圧を出力し、インダクタ１０３Ａに流れる電流値を検出する。インダクタ１０３Ａに流れる電流値は、アンテナ側端子１０１における電流値を表す。

また、アンテナ検出回路１１０は、例えば、正常な接続状態に対応した電流値と、非接続状態に対応した電流値と、短絡状態に対応した電流値とに対応したデータを内部メモリに格納している。

具体的には、図２に示す事例では、アンテナ１０と接地電位点との間に抵抗器が接続されており、正常な接続状態では、この抵抗器を所定の電流が流れるので、アンテナ側端子１０１における電流値はこの抵抗器の抵抗値に対応した所定の値となる。一方、非接続状態では、アンテナ側端子１０１が開放状態となるので、アンテナ側端子１０１における電流値は、正常な接続状態における電流値よりも小さい値（ほぼゼロ）となる。また、短絡状態では、アンテナ側端子１０１が接地電位点と短絡されるので、正常な接続状態における電流値よりも大きい値となる。

すなわち、この構成のアンプモジュール１００では、非接続状態に対応したアンテナ側端子１０１における電流値が最も少なく、正常な接続状態に対応したアンテナ側端子１０１における電流値がその次に少なく、短絡状態に対応したアンテナ側端子１０１における電流値が最も多くなる。このことは、インピーダンスの視点で捉えると、非接続状態に対応したアンテナ側端子１０１のインピーダンスが最も高く、正常な接続状態に対応したアンテナ側端子１０１のインピーダンスがその次に高く、短絡状態に対応したアンテナ側端子１０１のインピーダンスが最も低くなることを意味する。

そして、アンテナ検出回路１１０は、アンテナ側端子１０１における電流値を検出するとともに、検出された電流値に対応して、２つの信号Ａ、Ｂを出力するようになっている。

具体的には、アンテナ検出回路１１０は、正常な接続状態に対応した電流値を検出すると、Ｈレベル（高電位）の信号Ａと、Ｌレベル（低電位）の信号Ｂと、をスイッチ回路１４３に出力する。また、アンテナ検出回路１１０は、非接続状態に対応した電流値を検出すると、Ｌレベルの信号Ａと、Ｌレベルの信号Ｂと、をスイッチ回路１４３に出力する。また、アンテナ検出回路１１０は、短絡状態に対応した電流値を検出すると、Ｌレベルの信号Ａと、Ｈレベルの信号Ｂと、をスイッチ回路１４３に出力する。

なお、アンテナ検出回路１１０がアンテナ側端子１０１における電流値を検出することは、アンテナ側端子１０１のインピーダンスを検出することとして捉えることもできる。このため、アンテナ検出回路１１０は、アンテナ側端子１０１における電流値を検出する電流検出回路であるとともに、アンテナ側端子１０１のインピーダンス（特に直流抵抗値）を検出するインピーダンス検出回路でもある。

また、過電流の防止の観点から、短絡状態にアンテナ検出回路１１０からインダクタ１０３Ａに流れる電流を制限できる電流制限回路をアンテナ検出回路１１０が有していることが望ましい。

アンテナ側端子１０１における電流値とインピーダンスは、アンテナ側端子１０１の電気特性の一例である。また、電流検出回路とインピーダンス検出回路とは、アンテナ側端子１０１の電気特性を検出するアンテナ検出回路の一例である。

ＬＮＡ１２１は、スイッチ回路１２３と１２４との間でＰＡ１２２及びアッテネータ１２５と並列に接続されており、アンテナ１０からスイッチ回路１２３を介して入力される受信信号を増幅してスイッチ回路１２４に出力する。ＬＮＡ１２１は、受信アンプの一例である。

ＰＡ１２２は、スイッチ回路１２３と１２４との間でアッテネータ１２５と直列に接続されており、ＰＡ１２２及びアッテネータ１２５は、スイッチ回路１２３と１２４との間でＬＮＡ１２１と並列に接続されている。ＰＡ１２２は、アッテネータ１２５を介して入力される送信信号を増幅してスイッチ回路１２３に出力する。ＰＡ１２２は、送信アンプの一例である。

スイッチ回路１２３は、３端子型のスイッチであり、３つの端子は、それぞれ、ＢＰＦ１０４、ＬＮＡ１２１の入力端子、及びＰＡ１２２の出力端子に接続されている。スイッチ回路１２３としては、例えば、ＳＰＤＴ（Single-Pole Double-Throw）スイッチを用いることができる。

スイッチ回路１２３は、コンパレータ１３３から出力される切替信号に応じて、ＢＰＦ１０４の接続先をＬＮＡ１２１の入力端子、又は、ＰＡ１２２の出力端子のいずれか一方に切り替える。

スイッチ回路１２４は、スイッチ回路１２３と同様に３端子型のスイッチであり、３つの端子は、それぞれ、方向性結合器１３１、ＬＮＡ１２１の出力端子、及びＰＡ１２２の入力端子に接続（ＰＡ１２２の入力端子にはアッテネータ１２５を介して接続）されている。スイッチ回路１２４としては、１２３と同様に、例えば、ＳＰＤＴスイッチを用いることができる。

スイッチ回路１２４は、コンパレータ１３３から出力される切替信号に応じて、方向性結合器１３１の接続先をＬＮＡ１２１の出力端子、又は、ＰＡ１２２の入力端子のいずれか一方に切り替える。

アッテネータ１２５は、ＰＡ１２２と直列に接続されており、送信信号の信号レベルを適切な所定のレベルに減衰させてＰＡ１２２に出力する。

方向性結合器１３１は、３端子型の単方向性結合器であり、３つの端子は、スイッチ回路１２４、信号検出回路１３２、及び分岐回路１４１の分岐点に接続されている。方向性結合器１３１は、分岐回路１４１を介して入力される送信信号の一部を取り出して信号検出回路１３２に出力し、スイッチ回路１２４から入力される受信信号は取り出さずに分岐回路１４１に出力する。方向性結合器１３１が信号検出回路１３２に出力する信号の割合（結合度）は、所定値に設定されている。このような方向性結合器１３１を用いることにより、送信状態と受信状態を容易に検出することができる。

信号検出回路１３２は、方向性結合器１３１とコンパレータ１３３との間に設けられる。信号検出回路１３２は、一例として、ＩＣ(Integrated Circuit)等を用いたパワーディテクタである。信号検出回路１３２は、方向性結合器１３１を介して入力される信号（送信信号の一部）の電力に応じた電圧の信号をコンパレータ１３３側に出力する。

コンパレータ１３３は、２つの電位を比較する比較器である。コンパレータ１３３の一方の入力端子は、信号検出回路１３２の出力端子に接続されている。コンパレータ１３３の他方の入力端子は、破線で示す配線を介してＬＤＯ１４４の出力端子に接続されている。また、コンパレータ１３３が比較結果を表す信号を出力する出力端子には、ＰＡ１２２のオン／オフを切り替える切替信号が入力される信号入力端子と、スイッチ回路１２３及び１２４の接続先を切り替える切替信号が入力される２つの信号入力端子のうちの一方とが接続されている。

また、コンパレータ１３３の出力端子には、インバータ１３４の入力端子も接続されている。インバータ１３４の出力端子は、ＬＮＡ１２１のオン／オフを切り替える切替信号が入力される信号入力端子と、スイッチ回路１２３及び１２４に切替信号が入力される２つの信号入力端子のうちの他方とに接続されており、コンパレータ１３３から出力される切替信号がインバータ１３４で反転されて入力される。

そして、コンパレータ１３３は、信号検出回路１３２から入力される電圧を所定の閾値（ＬＤＯ１４４の出力電圧）と比較し、比較結果を表す切替信号をＬＮＡ１２１、ＰＡ１２２、スイッチ回路１２３、１２４に出力する。コンパレータ１３３は、切替信号出力部の一例である。

コンパレータ１３３は、信号検出回路１３２から入力される電圧が所定の閾値以上の場合（本体側端子１０２から送信信号が入力された場合）にはＨレベルの切替信号を出力し、所定の閾値未満の場合（本体側端子１０２から送信信号が入力されない場合）にはＬレベルの切替信号を出力する。

コンパレータ１３３がＨレベルの切替信号を出力すると、ＬＮＡ１２１はオフにされ、ＰＡ１２２はオンにされ、スイッチ回路１２３、１２４は、ＰＡ１２２及びアッテネータ１２５に接続される。これは、送信信号を増幅するモードであり、スイッチ回路１２３、１２４は送信接続状態になる。

また、コンパレータ１３３がＬレベルの切替信号を出力すると、ＬＮＡ１２１はオンにされ、ＰＡ１２２はオフにされ、スイッチ回路１２３、１２４は、ＬＮＡ１２１に接続される。これは、受信信号を増幅するモードであり、スイッチ回路１２３、１２４は受信接続状態になる。

なお、このような信号検出回路１３２とコンパレータ１３３を用いてスイッチ回路１２３、１２４を切り替えることにより、ＬＮＡ１２１とＰＡ１２２を効率的に動作させることができる。

スイッチ回路１２３と１２４は、信号送信時にアンテナ側端子１０１と本体側端子１０２との間に送信アンプであるＰＡ１２２を接続する送信接続状態と、信号受信時にアンテナ側端子１０１と本体側端子１０２との間に受信アンプであるＬＮＡ１２１を接続する受信接続状態とを切り替える、送受信切替回路の一例である。

分岐回路１４１は、インダクタ１４１Ａとコンデンサ１４１Ｂとを有する。分岐回路１４１は、本体側端子１０２と方向性結合器１３１との間でＴ字型に分岐した線路を有する。インダクタ１４１Ａは、分岐線路に直列に挿入され、ＤＣＤＣコンバータ１４２に接続されている。コンデンサ１４１Ｂは、分岐点と方向性結合器１３１との間に直列に挿入されている。

このようにして、本体側端子１０２からの電気信号のうち、交流成分である送信信号が方向性結合器１３１側に伝達され、直流成分がＤＣＤＣコンバータ１４２側に伝達されるようになる。また、方向性結合器１３１側からの電気信号の交流成分である受信信号が本体側端子１０２に伝達されるようになる。

ＤＣＤＣコンバータ１４２は、分岐回路１４１のインダクタ１４１Ａと、スイッチ回路１４３との間に接続されている。ＤＣＤＣコンバータ１４２には、分岐回路１４１のインダクタ１４１Ａを介して送信信号に重畳された直流の電気信号が入力され、入力された電気信号の電圧を所定の電圧に変換してスイッチ回路１４３に出力する。

スイッチ回路１４３は、アンテナ検出回路１１０、ＤＣＤＣコンバータ１４２、ＰＡ１２２、及びＬＤＯ１４４に接続されており、２つのスイッチを有する。スイッチ回路１４３に関しては、図２に加えて図３を用いて説明する。図３は、スイッチ回路１４３の構成を示す図である。スイッチ回路１４３は、スイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂを有する。

スイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂは、並列に設けられており、スイッチ素子１４３Ａは、ＤＣＤＣコンバータ１４２と、ＰＡ１２２及びＬＤＯ１４４との間に設けられている。スイッチ素子１４３Ｂは、ＤＣＤＣコンバータ１４２と、接地電位点との間に抵抗器を介して接続されている。

スイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂは、それぞれ、アンテナ検出回路１１０が出力する信号Ａ、Ｂによってオン／オフが切り替えられる。スイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂは、それぞれ、信号Ａ、ＢがＨレベルであればオンとなり（閉成され）、Ｌレベルであればオフとなる（開放される）。

アンテナ１０がケーブル３０Ａを介してアンテナ側端子１０１に正常に接続されている状態（正常な接続状態）では、Ｈレベルの信号Ａと、Ｌレベルの信号Ｂとによって、図３（Ａ）に示すように、スイッチ素子１４３Ａがオンとなるとともに、スイッチ素子１４３Ｂがオフとなる。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１４２から出力される電力がＰＡ１２２に供給されるとともに、ＬＤＯ１４４で電圧変換された電力がＬＮＡ１２１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３に供給される。

また、アンテナ１０及びケーブル３０Ａがアンテナ側端子１０１に接続されていない状態（非接続状態）では、Ｌレベルの信号Ａ及び信号Ｂによって、図３（Ｂ）に示すように、スイッチ素子１４３Ａ及び１４３Ｂがオフにされ、ＰＡ１２２、ＬＮＡ１２１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３には電力が供給されない状態になる。

また、アンテナ側端子１０１と接地電位点との間に短絡が生じている状態（短絡状態）では、Ｌレベルの信号Ａと、Ｈレベルの信号Ｂとによって、図３（Ｃ）に示すように、スイッチ素子１４３Ａがオフにされるとともに、スイッチ素子１４３Ｂがオンにされる。これにより、ＤＣＤＣコンバータ１４２から出力される電流は、スイッチ素子１４３Ｂを介して接地電位点に流れる。そして、スイッチ素子１４３Ｂを介して接地電位点に流れる電流が、正常な接続状態において、本体側端子１０２からＰＡ１２２、ＬＮＡ１２１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３等の各回路に流れる電流よりも多くなるように、スイッチ素子１４３Ｂに直列に接続される抵抗器の抵抗値が設定されている。なお、この抵抗器は、過電流防止の観点から、所定の上限値以上の電流が流れないように構成された電流制限素子であることが好ましい。

このように、スイッチ回路１４３のスイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂを切り替えると、本体部２０から本体側端子１０２に流れる電流値、すなわち、本体側端子１０２における電流値が制限される。このことは、インピーダンスの視点で捉えると、スイッチ回路１４３のスイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂを切り替えると、本体部２０から見た本体側端子１０２のインピーダンスが変化することを意味する。

すなわち、この構成のアンプモジュール１００では、非接続状態に対応した本体側端子１０２における電流値が最も少なく、正常な接続状態に対応した本体側端子１０２における電流値がその次に少なく、短絡状態に対応した本体側端子１０２における電流値が最も多くなる。この傾向は、正常な接続状態、非接続状態、短絡状態のそれぞれに対応したアンテナ側端子１０１における電流値の傾向と同じである。

また、この構成のアンプモジュール１００では、非接続状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスが最も高く、正常な接続状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスがその次に高く、短絡状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスが最も低くなる。この傾向は、正常な接続状態、非接続状態、短絡状態のそれぞれに対応したアンテナ側端子１０１のインピーダンスの傾向と同じである。

このように構成されたスイッチ回路１４３は、アンテナ検出回路１１０によって検出されるアンテナ側端子１０１の電流値に基づいて、本体側端子１０２における電流値を制限する電流制限回路であり、アンテナ検出回路１１０によって検出されるアンテナ側端子１０１のインピーダンスに基づいて、本体側端子１０２のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変回路でもある。

ＬＤＯ１４４は、スイッチ回路１４３のスイッチ素子１４３Ａと、ＬＮＡ１２１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３の電源端子との間に設けられており、ＤＣＤＣコンバータ１４２から出力される電力の電圧をＬＮＡ１２１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３に合わせた電圧に降圧して出力する。ＬＤＯ１４４は、低損失型リニアレギュレータ又は低飽和型リニアレギュレータである。

なお、本実施形態では、ＬＮＡ１２１、ＰＡ１２２をアンプモジュール１００の狭義の増幅回路として捉えることもできるし、ＬＮＡ１２１、ＰＡ１２２、スイッチ回路１２３、１２４、アッテネータ１２５、及びコンパレータ１３３をまとめて広義の増幅回路として捉えることもできる。また、このような増幅回路を用いることにより、アンプモジュール１００全体の構成を簡易にすることができる。

また、スイッチ回路１２３、１２４は、送受信切替回路の一例である。コンパレータ１３３は、スイッチ回路１２３、１２４の送信接続状態と受信接続状態とを切り替える切替信号を出力する切替信号出力部の一例である。

なお、スイッチ回路１２３、１２４では、２つの切替信号を用いて送信接続状態と受信接続状態とを切り替えているが、１つの切替信号を用いてこのような切り替えを行なっても構わない。また、他の構成のスイッチ回路を用いて送受信切替回路を構成しても構わない。

また、スイッチ回路１４３は、特性可変回路の一例であり、スイッチ素子１４３Ａ、１４３Ｂは、それぞれ、第１スイッチ素子、第２スイッチ素子の一例である。

なお、本実施形態の特性可変回路では、スイッチ回路を用いて本体側端子１０２における電流値やインピーダンスを変化させているが、例えばＩＣ（集積回路素子）等を用いて、本体側端子１０２を流れる電流値をデジタル的に制御しても構わない。また、その場合に、アンテナ検出回路１１０から特性可変回路に伝達される信号は、２つの信号Ａ、Ｂではなく、アンテナ側端子１０１の電気特性（インピーダンス、電流値等）の大きさに対応して直線的に電圧が変化する１つの信号であっても構わない。

図４は、アンプモジュール１００の構造を示す図である。図４（Ａ）は、組み立てた状態を示し、図４（Ｂ）は分解状態を示す。

アンプモジュール１００は、筐体１５１（１５１Ａ、１５１Ｂ）、回路基板１５２、金属カバー１５３、アンテナ側端子１０１、本体側端子１０２を含む。

筐体１５１は、樹脂製であり、筐体１５１Ａと１５１Ｂに分割可能となっている。回路基板１５２には、図２に示す分岐回路１０３、ＢＰＦ１０４、アンテナ検出回路１１０、ＬＮＡ１２１、ＰＡ１２２、スイッチ回路１２３、１２４、アッテネータ１２５、方向性結合器１３１、信号検出回路１３２、コンパレータ１３３、インバータ１３４、分岐回路１４１、ＤＣＤＣコンバータ１４２、スイッチ回路１４３、及びＬＤＯ１４４を構成するための所定の電子部品が実装される。実装面は、図４（Ｂ）における上面である。

金属カバー１５３は、回路基板１５２の実装面を覆うように、回路基板１５２に重ねて配置される。回路基板１５２の実装面を金属カバー１５３で覆うのは、回路基板１５２から外部へのノイズの放射を抑制するためであり、また、外部からのノイズの浸入を抑制するためである。

アンプモジュール１００は、図４に示すように、筐体１５１Ａと１５１Ｂの間に、所定の電子部品が実装された回路基板１５２と金属カバー１５３を収容し、端部において筐体１５１Ａと１５１Ｂがアンテナ側端子１０１、本体側端子１０２を挟んだ状態で、組み立てられる。この状態で、アンテナ側端子１０１、本体側端子１０２の少なくとも一部が筐体１５１から表出している。

アンプモジュール１００をこのような構造とすることにより、アンプモジュール１００の軽量化や、車両への取付け性を改善できる。すなわち、筐体１５１を樹脂製とすることにより、筐体１５１を金属製とした場合と比較して、アンプモジュール１００を軽量化し易くなり、車両側の部材を傷付け難くなる。しかも、回路基板１５２の実装面を金属カバー１５３が覆うことで、アンプモジュール１００を軽量化しつつ、必要最低限のシールド性を確保できる。また、アンテナ側端子１０１、本体側端子１０２の少なくとも一部が筐体１５１から表出しているので、ケーブル３０Ａ及び３０Ｂの着脱が容易である。

以上のように、アンプモジュール１００では、アンテナ検出回路１１０が、アンテナ１０の接続状態に対応したアンテナ側端子１０１の電気特性（インピーダンス、電流値等）を検出し、アンテナ検出回路１１０によって検出されるアンテナ側端子１０１の電気特性に基づいて、特性可変回路であるスイッチ回路１４３が、本体側端子１０２の電気特性（インピーダンス、電流値等）を変化させている。

具体的には、この構成のアンプモジュール１００では、非接続状態に対応した本体側端子１０２における電流値が最も少なく、正常な接続状態に対応した本体側端子１０２における電流値がその次に少なく、短絡状態に対応した本体側端子１０２における電流値が最も多くなるように、アンテナ検出回路１１０とスイッチ回路１４３とは動作する。そして、この傾向は、正常な接続状態、非接続状態、短絡状態のそれぞれに対応したアンテナ側端子１０１における電流値の傾向と同じである。

また、この構成のアンプモジュール１００では、非接続状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスが最も高く、正常な接続状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスがその次に高く、短絡状態に対応した本体側端子１０２のインピーダンスが最も低くなるように、アンテナ検出回路１１０とスイッチ回路１４３とは動作する。そして、この傾向は、正常な接続状態、非接続状態、短絡状態のそれぞれに対応したアンテナ側端子１０１のインピーダンスの傾向と同じである。

このため、本体部２０は、アンプモジュール１００の本体側端子１０２の電気特性に基づいて、アンプモジュール１００を利用しない場合と同様に、アンテナ１０の接続状態（正常な接続状態、非接続状態、短絡状態）を判別することができる。

したがって、無線通信用のアンテナ１０と無線通信装置の本体部２０との間に設けても、本体部２０がアンテナ１０の接続状態を検出できるアンプモジュール１００を提供することができる。

アンプモジュール１００は、アンテナ１０及び本体部２０に変更を加えることなく、アンテナ１０と本体部２０との間のケーブルで生じる信号損失の度合に応じて挿入することができるデバイスである。

例えば、サイズやボディ形状の異なる複数種類の車両について、共通のアンテナ１０と本体部２０を用いる場合に、車両１の設計段階において、アンテナ１０と本体部２０との間で引き回すケーブルで生じる信号損失の度合に応じて、必要に応じてアンプモジュール１００を挿入することができる。

このため、複数種類の車両で共通のアンテナ１０及び本体部２０を用いることができる。

なお、以上では、アンプモジュール１００に、ケーブル３０Ａ及び３０Ｂを介して、アンテナ１０及び本体部２０がそれぞれ接続される形態について説明した。しかしながら、アンプモジュール１００には、ケーブル３０Ａ及び／又は３０Ｂが一体的に接続されていてもよい。

以上、本発明の例示的な実施の形態のアンプモジュール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。

なお、本国際出願は、２０１８年９月１８日に出願した日本国特許出願２０１８−１７３９９８に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。

１０アンテナ
２０本体部
２０Ａ端子
３０、３０Ａ、３０Ｂケーブル
１００アンプモジュール
１０１アンテナ側端子
１０２本体側端子
１０３分岐回路
１１０アンテナ検出回路
１２１ＬＮＡ
１２２ＰＡ
１２３、１２４スイッチ回路
１２５アッテネータ
１３１方向性結合器
１３２信号検出回路
１３３コンパレータ
１３４インバータ
１４１分岐回路
１４２ＤＣＤＣコンバータ
１４３スイッチ回路
１４３Ａ、１４３Ｂスイッチ素子
１４４ＬＤＯ
１５１、１５１Ａ、１５１Ｂ筐体
１５２回路基板
１５３金属カバー

本発明の実施の形態のアンプモジュールは、無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に配置され、前記アンテナ及び前記本体部と配線部材を介して接続される、アンプモジュールであって、前記アンテナに接続されるアンテナ側端子と、前記本体部に接続される本体側端子と、前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に設けられる増幅回路と、前記アンテナ側端子の電気特性を検出するアンテナ検出回路と、前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性に基づいて、前記本体側端子の電気特性を変化させる特性可変回路と、を含み、前記増幅回路は、送信アンプ、受信アンプ、及び送受信切替回路を有し、前記送受信切替回路は、信号送信時に前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に前記送信アンプを接続する送信接続状態と、信号受信時に前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に前記受信アンプを接続する受信接続状態とを切り替える。

Claims

無線通信用のアンテナと無線通信装置の本体部との間に配置され、前記アンテナ及び前記本体部と配線部材を介して接続される、アンプモジュールであって、
前記アンテナに接続されるアンテナ側端子と、
前記本体部に接続される本体側端子と、
前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に設けられる増幅回路と、
前記アンテナ側端子の電気特性を検出するアンテナ検出回路と、
前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性に基づいて、前記本体側端子の電気特性を変化させる特性可変回路と、
を含む、アンプモジュール。
前記アンテナ検出回路は、前記アンテナ側端子における電流値を検出する電流検出回路であり、
前記特性可変回路は、前記アンテナ検出回路によって検出された前記アンテナ側端子における電流値に基づいて、前記本体側端子における電流値を制限する電流制限回路である、請求項１記載のアンプモジュール。
前記アンテナ検出回路は、前記アンテナ側端子のインピーダンスを検出するインピーダンス検出回路であり、
前記特性可変回路は、前記アンテナ検出回路によって検出された前記アンテナ側端子のインピーダンスに基づいて、前記本体側端子のインピーダンスを変化させるインピーダンス可変回路である、請求項１記載のアンプモジュール。
前記増幅回路は、送信アンプ、受信アンプ、及び送受信切替回路を有し、
前記送受信切替回路は、信号送信時に前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に前記送信アンプを接続する送信接続状態と、信号受信時に前記アンテナ側端子と前記本体側端子との間に前記受信アンプを接続する受信接続状態とを切り替える、請求項１乃至３のいずれか一項記載のアンプモジュール。
前記本体側端子と前記増幅回路との間に接続され、信号送信時に前記本体側端子側から伝達される送信信号の一部が入力される方向性結合器と、
前記送受信切替回路の前記送信接続状態と前記受信接続状態とを切り替える切替信号を出力する切替信号出力部と、をさらに含み、
前記切替信号出力部は、前記方向性結合器から出力される信号に対応して、前記切替信号を出力する、請求項４記載のアンプモジュール。
前記特性可変回路は、
前記本体側端子と前記増幅回路の電源端子との間に接続される第１スイッチ素子と、
前記本体側端子と基準電位点との間に接続される第２スイッチ素子と
を有し、
前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性が、前記アンテナ側端子に前記アンテナが正常に接続されていることを表す状態では、前記第１スイッチ素子が閉成されるとともに、前記第２スイッチ素子が開放される、請求項１乃至５のいずれか一項記載のアンプモジュール。
前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性が、前記アンテナ側端子に前記アンテナが接続されていないことを表す状態では、前記第１スイッチ素子及び前記第２スイッチ素子が開放される、請求項６記載のアンプモジュール。
前記特性可変回路は、
前記基準電位点と前記第２スイッチ素子との間に接続される電流制限用の抵抗部をさらに有し、
前記アンテナ検出回路によって検出される前記アンテナ側端子の電気特性が、前記アンテナ側端子と前記基準電位点との短絡状態を表す状態では、前記第１スイッチ素子が開放されるとともに、前記第２スイッチ素子が閉成される、請求項６又は７記載のアンプモジュール。
前記増幅回路、前記アンテナ検出回路、前記特性可変回路が実装される回路基板と、
前記回路基板の実装面を覆う金属カバーと、
前記回路基板及び前記金属カバーを収容するとともに、前記アンテナ側端子及び前記本体側端子の少なくとも一部を表出させる樹脂製の筐体と
をさらに含む、請求項１乃至８のいずれか一項記載のアンプモジュール。
前記アンプモジュールは、前記アンテナと前記本体部との間で前記配線部材が配置される経路において、前記アンテナ及び前記本体部からの距離が等しい点よりも前記アンテナ側に配置される、請求項１乃至９のいずれか一項記載のアンプモジュール。