(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ（１０）と、
前記アンテナと接地（ＧＮＤ）との間に接続された可変容量素子（１５）と、
前記可変容量素子の値を可変させる制御回路（７０）と、
を備え、
前記アンテナは、回路基板（５１）の上面に空隙を設けて前記回路基板の上面に略平行に配置された、略ループ形状の導体からなる水平エレメント（１１）と、前記水平エレメントから前記回路基板の上面に向けて略垂直に延び、前記水平エレメントの支持部を兼ねる、導体からなる少なくとも２本以上の垂直エレメント（１２，１３，１４）と、により構成され、
前記垂直エレメントの内の１本は、前記回路基板の給電点と接続され、他の１本は前記可変容量素子を介して前記回路基板の接地に接続され、残りの垂直エレメントは前記回路基板の接地と電気的に接続され、
前記制御回路は、前記可変容量素子の値を変化させることで、前記アンテナの放射特性を変化させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記可変容量素子の値を、前記アンテナから見た前記接地がハイインピーダンスとなる値とすることで、前記アンテナを電界型アンテナとして動作させ、一方、前記可変容量素子の値を、前記アンテナから見た前記接地がローインピーダンスとなる値とすることで、前記アンテナを磁界型アンテナとして動作させる請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
アンテナ（１０）と、
前記アンテナと接地（ＧＮＤ）との間に接続された可変容量素子（１５）と、
前記可変容量素子の値を可変させる制御回路（７０）と、
を備え、
前記制御回路は、前記可変容量素子の値を、前記アンテナから見た前記接地がハイインピーダンスとなる値とすることで、前記アンテナを電界型アンテナとして動作させ、一方、前記可変容量素子の値を、前記アンテナから見た前記接地がローインピーダンスとなる値とすることで、前記アンテナを磁界型アンテナとして動作させることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記可変容量素子の値を変化させて、前記アンテナから該可変容量素子を介して前記接地に流れる電流量を変化させることで、前記アンテナの放射特性を変化させる請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
受信信号を、前記アンテナを介して受信する受信回路（３０）と、
前記受信信号の電力を示す電圧値を検出する電圧検出回路（３２）と、
を備え、
前記制御回路は、予め定められた、前記電圧値に基づいて前記受信信号の有無を判定する判定時間内に、前記可変容量素子の値を変化させて前記アンテナの放射特性を変化させ、その際に検出した前記電圧値が最大となるように前記可変容量素子の値を設定する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
車両に搭載される車載装置と、利用者が携帯する携帯機とで構成され、前記車載装置と前記携帯機との間で無線通信を行うことにより、前記車載装置に各種制御を実行させるキーレスエントリーシステムの、前記車載装置の無線受信部に適用される請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一基板上に電界型アンテナと磁界型アンテナとを含むアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のキーレスエントリーシステムにおいては、車両周辺のどの位置からでも動作することが望まれている。従来、車載装置の無線受信部（キーレス受信機ともいう）には電界型アンテナを用いており、例えば車両のボデーのＣピラー周辺に搭載される。しかしながら、ユーザが所持する携帯機から発信された電波と、この電波が車両ボデーによって反射されて生ずる反射波とにより定在波が発生するため、上記構成の無線受信部を適用したシステムにおいては、マルチパスフェージングが発生したり、携帯機からの電波を受信できない、幾つかの不作動点（不作動エリアともいえる）が車両の周囲に発生するという問題があった。
【０００３】
そこで、ホイップアンテナ（電界型アンテナ）とループアンテナ（磁界型アンテナ）をアンテナスイッチなしで直接あるいは分岐・合成器を介して接続することで、アンテナスイッチが不要となり、切替時に発生する雑音を除去できるとともに、コストを大幅に低減できる耐定在波アンテナが考案されている（特許文献１参照）。電界と磁界の腹と節は逆転している（電界の弱い場所では磁界が強い）ため、両者を合成した出力はゼロにならない。すなわち、不作動点を低減することが可能である。
【０００４】
しかし、キーレス受信機のように、ＵＨＦ，ＶＨＦ帯といった比較的波長の長い（数十ｃｍ〜数ｍ）領域の電波を使用する構成においては、アンテナ装置の体格に対してアンテナの大きさが支配的である。したがって、キーレス受信機のような小さな筐体内にアンテナ装置を配置する（すなわちアンテナ装置を小型化する）ためにはアンテナを小型化することが重要である。
【０００５】
そこで、同一周波数の電波を受信するための電界型アンテナと磁界型アンテナとを、同一基板上に設置し、電界型アンテナを、螺旋状の外部エレメントと、外部エレメントの内部に配置された螺旋状内部エレメントとにより構成し、これら外部エレメントと内部エレメントの電気長の総和を、電波に対して共振する長さに設定することで、同一周波数の電波を外部エレメントと内部エレメントとにより受信し、電界型アンテナおよび磁界型アンテナからの信号を、同相もしくは１８０度の位相差で合成するようにしたアンテナ装置が考案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２９１７０５号公報
【特許文献２】特許第４５４６３３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の構成では、キーレス受信機のような小さな筐体内にアンテナ装置を配置する構成は示されていない。
【０００８】
特許文献２の構成では、特許文献１の構成よりも小型化できるが、２つのアンテナ（電界型アンテナ，磁界型アンテナ）を必要とすることが、さらなる小型化を行いにくい要因となっている。
【０００９】
上記問題点を背景として、本発明の課題は、より小型化が可能で、ダイバーシチ効果を得るとともに不作動点を低減できるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【００１０】
上記課題を解決するためのアンテナ装置は、アンテナと、アンテナと接地との間に接続された可変容量素子と、可変容量素子の値を可変させる制御回路と、を備え、制御回路は、可変容量素子の値を変化させることで、アンテナの放射特性を変化させることを前提とする。
【００１１】
従来、ダイバーシチ効果を得るためには、電界型アンテナと磁界型アンテナというように、指向特性の異なるアンテナを少なくとも２つ以上用い、アンテナ毎に最適な整合回路素子を接続し、高周波スイッチ等でアンテナを順次切り替えることで受信状態を良好なものとしていた。そのため、コストの上昇・装置の大型化が問題となっていた。これは、より高いダイバーシチ効果を得ようとするほど、多くのアンテナが必要となるため、更に顕著に現れる。一方、本発明の構成では、１つのアンテナで複数の放射特性を得ることができる。つまり、複数のアンテナを用意したのと同じ効果が得られ、アンテナと同数の整合回路素子および整合回路素子を切り替えるための回路が不要となるため、従来と比べ、安価かつ小規模な構成で高いダイバーシチ効果を得るとともに不作動点を低減できる。
【００１２】
また、本発明のアンテナ装置における制御回路は、可変容量素子の値を変化させて、アンテナから該可変容量素子を介して接地に流れる電流量を変化させることで、アンテナの放射特性を変化させる。
【００１３】
また、本発明のアンテナ装置におけるアンテナは、回路基板の上面に空隙を設けて回路基板の上面に略平行に配置された、略ループ形状の導体からなる水平エレメントと、水平エレメントから回路基板の上面に向けて略垂直に延び、水平エレメントの支持部を兼ねる、導体からなる少なくとも２本以上の垂直エレメントと、により構成され、垂直エレメントの内の１本は、回路基板の給電点と接続され、他の１本は可変容量素子を介して回路基板の接地に接続され、残りの垂直エレメントは回路基板の接地と電気的に接続されている。
【００１４】
また、本発明のアンテナ装置は、受信信号を、アンテナを介して受信する受信回路と、受信信号の電力を示す電圧値を検出する電圧検出回路と、を備え、制御回路は、予め定められた、電圧値に基づいて受信信号の有無を判定する判定時間内に、可変容量素子の値を変化させてアンテナの放射特性を変化させ、その際に検出した電圧値が最大となるように可変容量素子の値を設定する。
【００１５】
また、本発明のアンテナ装置における制御回路は、可変容量素子の値を、アンテナから見た接地がハイインピーダンスとなる値とすることで、アンテナを電界型アンテナとして動作させ、一方、可変容量素子の値を、アンテナから見た接地がローインピーダンスとなる値とすることで、アンテナを磁界型アンテナとして動作させる。
【００１６】
本発明では、可変容量素子の値を順次可変することで可変容量素子を介して接地に流れる電流量を変化することができる。つまり、上述の構成のアンテナエレメント上の電流分布を変化させることができ、それに伴いアンテナの放射特性を順次変化させることができる。例えば、アンテナ動作周波数において、アンテナから見た接地がハイインピーダンスとなるような可変容量素子の値を選択すれば、アンテナは逆Ｆ型アンテナ（すなわち、電界型アンテナ）として動作し、逆にローインピーダンスとなるように容量値を選択すればループ型アンテナ（すなわち、磁界型アンテナ）として動作できる。更に、容量値を順次可変していくことで、アンテナの指向性特性を連続的に可変することも可能であり、今まで多数のアンテナを用いることでしか回避できなかった複雑なマルチパスフェージングを１つのアンテナで回避することができる。
【００１７】
また、本発明のアンテナ装置は、車両に搭載される車載装置と、利用者が携帯する携帯機とで構成され、車載装置と携帯機との間で無線通信を行うことにより、車載装置に各種制御を実行させるキーレスエントリーシステムの、車載装置の無線受信部に適用される。
【００１８】
車載装置の無線受信部は、車両のボディ（すなわち金属材料）に囲まれており、車種ごとに取り付け位置が異なるため、同一の回路構成でも受信特性が異なり、車種ごとに個別に調整せざるを得なくなる。また、携帯機から送信された電波は、車両の内部で反射するため、複雑なマルチパスフェージングが発生しやすい。これは、ユーザが携帯機を所持して車両に接近したとき、あるいは、ユーザが携帯機を操作したときに、車両がユーザの所望する動作を行わない（不作動点が存在する）ことにつながり、ユーザの利便性を損なう事態となる。上記構成によって、ユーザ（すなわち、携帯機）の車両への接近の方向、携帯機の持ち方、車種、無線受信部の取り付け位置に関係なく、携帯機からの電波を確実に受信できるようになるため、ユーザの利便性の向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のアンテナ装置の電気回路構成を示す図。
【図２】回路基板上のアンテナの構成を示す図。
【図３】アンテナの等価回路を示す図。
【図４】図３の等価回路を用いたアンテナの動作状態を説明する図。
【図５】図４に続く、アンテナの動作状態を説明する図。
【図６】図５に続く、アンテナの動作状態を説明する図。
【図７】図４の状態におけるアンテナの電流分布を示す図。
【図８】図６の状態におけるアンテナの電流分布を示す図。
【図９】図６の状態におけるアンテナの放射指向性を示す図。
【図１０】図５の状態におけるアンテナの放射指向性を示す図。
【図１１】図４の状態におけるアンテナの放射指向性を示す図。
【図１２】従来技術の受信制御処理を説明するフロー図。
【図１３】本発明の受信制御処理を説明するフロー図。
【図１４】インピーダンス整合処理を説明するフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明のアンテナ装置について、図面を用いて説明する。図１に、アンテナ装置１の電気回路構成を示す。アンテナ装置１は、アンテナ１０を介して携帯機（図示省略）から送信される高周波の信号を受信する受信機であって、携帯機などとともに、キーレスエントリーシステムの一つであるスマートエントリーシステムを構成する。スマートエントリーシステムは、機械的な鍵を使用せずに、車両のドアの施錠／開錠および走行用駆動源の始動等の予め定められた機能を実行する。また、アンテナ装置１は、複数種の車両に対し共通して搭載することができる。
【００２１】
アンテナ装置１は、例えば、アンテナ１０とともに車室内のＣピラー付近に配置され、整合回路２０、受信回路３０、スイッチ４０、４１、整合用アンテナ５０、抵抗素子６０、制御回路７０、メモリ８０およびマイクロコンピュータ９０を備えている。
【００２２】
整合回路２０は、アンテナ１０のインピーダンスと受信回路３０のインピーダンスとを整合させるための回路で、コンデンサ２１、２２およびコンデンサ２３を備えている。コンデンサ２１は、アンテナ１０と接地（ＧＮＤ、グランドともいう）との間に接続され、コンデンサ２２は、アンテナ電流の直流分を除去するためのもので、アンテナ１０と受信回路３０との間に接続されている。コンデンサ２３は、静電容量が可変可能である可変容量素子で、コンデンサ２１と接地との間に接続されている。可変容量素子として、可変容量ダイオードを用いてもよい。
【００２３】
受信回路３０は、スーパーヘロダイン方式の受信回路を構成するもので、受信周波数と異なる周波数の周波数信号に基づいて、アンテナ１０（あるいは、整合回路２０）から与えられる信号をその信号の周波数より低い周波数の信号に変換する。受信周波数とは、携帯機においてアンテナ装置１に信号を送信する際に変調に用いる搬送波の周波数のことである。受信回路３０は、例えば、１つの集積回路から構成されたものが用いられている。
【００２４】
また、受信回路３０は、周波数変換回路３１および電圧検出回路３２を備える。周波数変換回路３１は、フィルタ回路３３ａ、３３ｂ、電圧増幅回路３４ａ、３４ｂ、ミキサ３５および局部発振器３６を備えている。フィルタ回路３３ａは、アンテナ１０（あるいは、整合回路２０）から出力される信号のうち所定周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタである。電圧増幅回路３４ａは、フィルタ回路３３ａの出力信号を電圧増幅するアンプである。ミキサ３５は、電圧増幅回路３４ａの出力信号に対して局部発振器３６から出力される周波数信号を乗ずる乗算器である。ミキサ３５は、電圧増幅回路３４ａの出力信号よりも低い周波数ｆ１の周波数信号と、電圧増幅回路３４ａの出力信号よりも高い周波数ｆ２の周波数信号とをそれぞれ出力する。
【００２５】
局部発振器３６は、所定周波数で発振して所定周波数を有する周波数信号を出力する発振回路である。周波数信号の周波数としては、例えば、受信信号の受信周波数より高い周波数が用いられる。
【００２６】
フィルタ回路３３ｂは、ミキサ３５の出力信号のうち所定周波数帯域の成分を通過させるバンドパスフィルタである。具体的には、フィルタ回路３３ｂは、周波数信号ｆ２をカットして、周波数信号ｆ１を通過させる。このことにより、ミキサ３５とフィルタ回路３３ｂとは、局部発振器３６から出力される周波数信号をその周波数よりも低い周波数の周波数信号に変換することになる。電圧増幅回路３４ｂは、フィルタ回路３３ｂの出力信号を電圧増幅するアンプである。
【００２７】
電圧検出回路３２は、受信回路３０の出力信号の信号電力を示す電圧値をデジタル信号として出力するもので、ダイオード３７、コンデンサ３８およびＡ／Ｄ変換回路３９を備えている。
【００２８】
ダイオード３７は、アノード端子が電圧増幅回路３４ｂに接続され、カソード端子がＡ／Ｄ変換回路３９に接続されて、受信回路３０の電圧増幅回路３４ｂの出力電圧を半波整流する。
【００２９】
コンデンサ３８は、プラス電極がダイオード３７のカソード端子に接続され、マイナス電極が接地に接続されて、ダイオード３７の出力電圧を積分し平滑化する積分回路を構成している。コンデンサ３８のプラス端子とマイナス端子との間の電圧は、受信信号の信号電力を示している。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換回路３９は、コンデンサ３８のプラス端子とマイナス端子との間の電圧をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換回路である。Ａ／Ｄ変換回路３９の出力信号は、受信信号の信号電力（すなわち、ＲＳＳＩ：Received  Signal  Strength  Indication）に対応した電圧を示すデジタル信号である。以下、受信信号の信号電力に対応した電圧をＲＳＳＩレベルと称する。
【００３１】
スイッチ４０は、整合回路２０を受信回路３０の周波数変換回路３１のフィルタ回路３３ａと整合用アンテナ５０のいずれか一方に接続する第１のスイッチを構成している。スイッチ４１は、アンテナ１０と受信回路３０との間に配置され、アンテナ１０と受信回路３０との間を接続、あるいは開放する第２のスイッチを構成している。
【００３２】
整合用アンテナ５０は、受信回路３０の周波数変換回路３１の局部発振器３６から電波として放射される周波数信号を受信するもので、プリント基板ともいわれる回路基板５１上の導体パターンにより形成されている。整合用アンテナ５０は、図２のように、受信回路３０に接近し、かつ受信回路３０を囲むように構成されているループアンテナとして構成されている。例えば、１辺の長さを１０ｍｍとする正四角形のエリアを囲む額縁状に形成されている。
【００３３】
図１に戻り、抵抗素子６０は、アンテナ１０と受信回路３０との間においてスイッチ４１に直列接続されている。抵抗素子６０は、その抵抗値が極めて大きなもので、後述するようにアンテナ１０と受信回路３０との間でスイッチ４１を通して電流が流れることを制限する電流制限素子を構成する。
【００３４】
制御回路７０は、マイクロコンピュータ等から構成され、バッテリＢａからの出力電力により動作する。制御回路７０は、後述するように、コンピュータプログラムの実行に伴って、イグニッションスイッチＩＧの出力信号およびＡ／Ｄ変換回路３９の出力信号などに基づいて、整合回路２０の動作制御およびスイッチ４０、４１の開閉制御を実行する。
【００３５】
メモリ８０は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体によって構成され、制御回路７０のコンピュータプログラム以外に、電圧値Ｖ０と静電容量Ｃ０、Ｃ００とを記憶している。電圧値Ｖ０および静電容量Ｃ０、Ｃ００にはついては後述する。
【００３６】
マイクロコンピュータ９０は、信号処理装置を構成するもので、周知のＣＰＵ、メモリ、および周辺回路を含む。マイクロコンピュータ９０は、受信回路３０の出力信号（すなわち、受信信号）に基づいて、車両の識別コードの判別、受信信号強度の算出等の各種信号処理を実行する。受信回路３０の出力信号には、車両の識別コードが含まれている。
【００３７】
図２に、アンテナ１０が形成されている回路基板５１を示す。アンテナ１０は、回路基板５１の上面に空隙を空けて、回路基板５１の上面に略平行に配置された、略ループ形状の平板状導体（棒状導体，筒状導体でもよい）からなる水平エレメント１１と、水平エレメントから前記プリント基板に向けて略垂直に延び、水平エレメント１１の支持部を兼ねる、導体（形状は水平エレメントに準ずる）からなる垂直エレメント１２、１３、１４と、により構成されている。垂直エレメント１２、１３、１４は、それぞれ、水平エレメント１１と上部接続点（Ａ´、Ｂ´、Ｃ´）で接続されている。
【００３８】
図２の例では、水平エレメント１１の、回路基板５１の上面から見た形状は、略矩形状（略額縁形状）であるが、多角形状、円形状、楕円形状としてもよい。
【００３９】
垂直エレメントは、少なくとも２本以上ある。そのうちの１本（図２の例では、垂直エレメント１２）は、回路基板５１との接続部である下部接続点Ａが給電点となっている。また、別の１本（図２の例では、垂直エレメント１３）は、回路基板５１との接続部である下部接続点Ｂで、可変容量素子である静電容量を可変可能なコンデンサ１５（図１参照）の一端に接続され、コンデンサ１５の他端は接地されている。コンデンサ１５の代わりに可変容量ダイオードを用いてもよい。残余の垂直エレメント（図２の例では、垂直エレメント１４）は、回路基板５１との接続部である下部接続点Ｃで接地されている。
【００４０】
また回路基板５１は、アンテナ１０、整合回路２０などのアンテナ装置１を構成する電子部品を実装している。回路基板５１の絶縁層の裏面あるいは表面に沿って、銅など導電性材料からなる配線パターンが薄膜状に形成されている。図２は、アンテナ１０および受信回路３０以外の電子部品を省略した状態を示している。
【００４１】
図３に、アンテナ１０の等価回路を示す。アンテナ１０は、以下のように、ループ０とループ１（図２参照）とが組み合わされたものとして表すことができる。
・ループ０：下部接続点Ａ（給電点）→垂直エレメント１２→上部接続点Ａ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｃ´→垂直エレメント１４→下部接続点Ｃ→回路基板５１→下部接続点Ａのように形成される経路と、
下部接続点Ａ（給電点）→垂直エレメント１２→上部接続点Ａ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｂ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｃ´→垂直エレメント１４→下部接続点Ｃ→回路基板５１→下部接続点Ａのように形成される経路と、を合成したもの。
ループ０は、例えば、逆Ｆ型アンテナ（磁界型アンテナ）を構成している。
【００４２】
・ループ１：下部接続点Ａ（給電点）→垂直エレメント１２→上部接続点Ａ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｂ´→垂直エレメント１３→下部接続点Ｂ→コンデンサ１５→回路基板５１→下部接続点Ａのように形成される経路と、
下部接続点Ａ（給電点）→垂直エレメント１２→上部接続点Ａ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｂ´→垂直エレメント１３→下部接続点Ｂ→回路基板５１→下部接続点Ｃ→垂直エレメント１４→上部接続点Ｃ´→水平エレメント１１→上部接続点Ｂ´→垂直エレメント１３→下部接続点Ｂ→コンデンサ１５→回路基板５１→下部接続点Ａのように形成される経路と、を合成したもの。
ループ１は、例えば、ループ型アンテナ（電界型アンテナ）を構成している。
【００４３】
また、上述の各ループ（０、１）に含まれるエレメントを含む回路のインピーダンスを、それぞれ、Ｚ０、Ｚ１としている。また、１６はアンテナ１０に電力を供給する給電源を表している。また、コンデンサ１５の静電容量をＣで表している。
【００４４】
図４〜図６を用いて、図３の等価回路におけるアンテナ１０における電波の放射状態について説明する。各ループ（０、１）のインピーダンス（Ｚ０、Ｚ１）の大小関係に応じて、電波を放射するループが決まる。また、給電源１６の角周波数をωとすると、コンデンサ１５のリアクタンスＸｃは、１／（ω×Ｃ）となる。
【００４５】
図４に、Ｘｃ＋Ｚ１＞＞Ｚ０のときの、電波の放射状態を示す。このときは、ループ０のみから電波を放射している。この状態では、コンデンサ１５の静電容量は可変範囲の最小値であり、アンテナ１０から見た接地がハイインピーダンスとなるような値となっている。
【００４６】
図７に、図４の状態での、アンテナ１０における電流分布を示す。アンテナ１０に発生する磁界は、下部接続点Ａ−上部接続点Ａ´−上部接続点Ｃ´−下部接続点Ｃ−下部接続点Ａを結ぶ面（以下、「第０面」という）に対して、略垂直方向に発生する。図１１に、このときのアンテナ１０の放射指向性を示す。つまり、アンテナ１０を受信アンテナとして用いるときには、受信可能範囲と見なすことができ、１３０°付近および３１０°付近の領域の受信感度が他の領域に比べて低くなっており、これら領域が不作動点となる可能性が高くなる。
【００４７】
図５に、図４の状態から、コンデンサ１５の静電容量を徐々に増加させ、Ｘｃ＋Ｚ１＞＞Ｚ０およびＸｃ＋Ｚ１＜＜Ｚ０のいずれでもないときの電波の放射状態を示す。図５では、Ｘｃ＋Ｚ１＝Ｚ０のときを例示しており、ループ０およびループ１の両方から電波を放射している。
【００４８】
図５の状態でアンテナ１０に発生する磁界は、以下の２つのループから発生する磁界を合成したものとなる。
・ループ０：上述の第０面に対して略垂直方向に発生するもの（逆Ｆ型アンテナ）。
・ループ１：下部接続点Ａ−上部接続点Ａ´−上部接続点Ｂ´−下部接続点Ｂ−下部接続点Ａを結ぶ面（以下、「第１面」という）に垂直に発生するもの。
および、下部接続点Ｂ−下部接続点Ｃ−上部接続点Ｃ´−上部接続点Ｂ´−下部接続点Ｂを結ぶ面（以下、「第２面」という）に対して、略垂直方向に発生するものを合成したもの。
【００４９】
図１０に、図５の状態でのアンテナ１０の放射指向性を示す。ループ０から発生する磁界が徐々に弱まり、ループ１から発生する磁界が徐々に合成される。図１０の例では、図１１の状態から反時計回りに指向性が変化している。そして、不作動点も、１８５°付近および３５０°付近の領域に変化している。
【００５０】
図６に、Ｘｃ＋Ｚ１＜＜Ｚ０のときの、電波の放射状態を示す。このとき、ループ１のみから電波を放射している。この状態では、コンデンサ１５の静電容量は可変範囲の最大値であり、アンテナ１０から見た接地がローインピーダンスとなるような値となっている。
【００５１】
図８に、図６の状態でのアンテナ１０における電流分布を示す。アンテナ１０に発生する磁界は、上述の第１面および第２面のそれぞれに対して、略垂直方向に発生したものを合成したものとなる。
【００５２】
図９に、図６の状態でのアンテナ１０の放射指向性を示す。ループ０から発生する磁界は弱まり、ほぼ、ループ１から発生する磁界のみとなる。図９の例では、図１０の状態から反時計回りに指向性がさらに変化している。そして、不作動点も、３０°付近および２２０°付近の領域に変化している。
【００５３】
図９〜図１１から分かるように、コンデンサ１５の静電容量を変化させることで、アンテナ１０の放射特性が変化し、指向性（すなわち、受信感度あるいは不作動点）が変化するため、従来は不作動点であった領域でも、受信可能領域に含まれるようになる。よって、携帯機（すなわち、ユーザ）の車両（すなわち、アンテナ１０）に対する位置が変化しても、携帯機からの電波を確実に受信できる。
【００５４】
図２の構成で、残余の垂直エレメント（図２の例では、垂直エレメント１４）を、回路基板５１との下部接続点Ｃで接地しない構成としてもよい。この場合も、図４、図７、図１１のような作用・効果を得ることができる。また、この構成は、以下のように表される。
【００５５】
アンテナは、回路基板の上面に空隙を設けて回路基板の上面に略平行に配置された、略ループ形状の導体からなる水平エレメントと、水平エレメントから回路基板の上面に向けて略垂直に延び、水平エレメントの支持部を兼ねる、導体からなる少なくとも２本以上の垂直エレメントと、により構成され、垂直エレメントの内の１本は、回路基板で給電点と接続され、他の１本は可変容量素子を介して回路基板の接地に接続され、残りの垂直エレメントは回路基板の接地と電気的に接続されない。
【００５６】
以下、本発明のアンテナ装置１の制御回路７０で実行される受信制御処理について説明する。まず、比較のために、図１２を用いて、従来技術の受信制御処理について説明する。なお、本処理は、制御回路７０からの制御指令に基づいて、スイッチ４０によって、整合回路２０と受信回路３０の周波数変換回路３１のフィルタ回路３３ａとの間を接続し、スイッチ４１によって、アンテナ１０と受信回路３０との間を開放した状態で実行する。つまり、従来構成では、整合用アンテナ５０および抵抗素子６０はなくてもよい。
【００５７】
まず、受信回路３０を、省電力動作状態であるスリープモードからウエイクアップさせて、通常の動作状態とするタイミングである、ウエイクアップタイミングが到来したか否かを判定する。以下のうちの少なくともいずれかが成立したときに、ウエイクアップタイミングが到来したと判定する。
・前回の本処理実行後、予め定められた時間が経過したとき（つまり、周期的にウエイクアップする）。
・所定の周波数の電波（すなわち、携帯機からの電波）を検知したとき。
【００５８】
ウエイクアップタイミングが到来したと判定したとき（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、受信回路３０をウエイクアップさせて通常の動作状態とする（Ｓ１２）。このとき、携帯機に向けて、識別コードを要求するポーリング信号を送信してもよい。そして、携帯機からの電波を検知したときは、ＲＳＳＩレベルを算出する（Ｓ１３）。そして、算出したＲＳＳＩレベルが、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。
【００５９】
ＲＳＳＩレベルが、閾値を下回ると判定したとき（Ｓ１５：Ｎｏ）、携帯機からの電波（すなわち、送信電力）はないと判断してスリープモードに戻り（Ｓ２０）、次回のウエイクアップタイミングを待つ（Ｓ１１）。
【００６０】
一方、ＲＳＳＩレベルが、閾値以上であると判定したとき（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、携帯機からの電波があると判断し、この情報をマイクロコンピュータ９０に出力する（Ｓ１６）。
【００６１】
以降、マイクロコンピュータ９０において、携帯機からの受信信号を解析し、それが上述のポーリング信号に対する応答信号（すなわち、識別コード）であるときには、予め記憶されたマスタコードと照合する（Ｓ１７）。そして、正しく照合されたとき（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、上述の、車両のドアの施錠／開錠および走行用駆動源の始動等の予め定められた機能を実行する（Ｓ１９）。
【００６２】
図１３を用いて、本発明の受信制御処理について説明する。なお、図１２と同一の処理ステップについては同一のステップ番号を付与し、ここでの詳細な説明は割愛する。なお、本処理は、ユーザの利便性を低下しないこと、処理負荷を増大させないこと、他の処理の妨げにならないこと、を考慮して、予め定められた判定時間内に実行される。つまり、１回の処理時間が該判定時間を超えないように、ΔＣの値を設定しておく。
【００６３】
ウエイクアップタイミングが到来したと判定したとき（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、受信回路３０をウエイクアップさせて通常の動作状態とし（Ｓ１２）、次いで、制御回路７０から、コンデンサ１５の静電容量Ｃｙを初期値であるＣ００になるように制御指令を出力する（Ｓ１２１）。次に、整合回路２０においてインピーダンス調整（アンテナ１０と受信回路３０とのインピーダンス整合）を行う（Ｓ１２２：インピーダンス整合処理、詳細は後述）。インピーダンス整合処理をスキップしてもよい。
【００６４】
アンテナ１０および整合回路２０を分布定数回路として考えた場合、アンテナ１０に近接する金属部材の配置が変わると、アンテナ１０のインピーダンスは、その金属部材の影響を受けて変化する。アンテナ１０およびアンテナ装置１を搭載する車両はその種類毎にボデー、フレーム等の形状が異なっており、ボデー、フレーム等は金属製のものが用いられるので、アンテナ１０に近接する金属部材の配置が車両の種類毎に異なることになる。また、車両の駐車場所によっても、周囲に鉄骨等がある場合には、その影響を受けることがある。ここで、インピーダンス整合を行うことにより、最良の受信効率を得ることができる。無論、アンテナ１０への影響が小さい場合には、インピーダンス整合処理をスキップしてもよい。
【００６５】
インピーダンス整合を行った後に、携帯機からの電波を検知したときは、ＲＳＳＩレベルを算出する（Ｓ１３）。算出したＲＳＳＩレベルは、そのときのコンデンサ１５の静電容量Ｃｙおよびインピーダンス整合時のコンデンサ２３の静電容量Ｃｘと関連付けてメモリ８０に記憶しておく。次に、コンデンサ１５の静電容量Ｃｙを予め定められた値ΔＣだけ増やし（Ｓ１３１）、Ｃｙが上限値のＣｍａｘを超えない間は（Ｓ１３２：Ｎｏ）、インピーダンス整合処理を実行して（Ｓ１２２）、ＲＳＳＩレベルを算出し、そのときの静電容量Ｃｙと関連付けてメモリ８０に記憶する（Ｓ１３）。
【００６６】
一方、Ｃｙが上限値のＣｍａｘを超えたとき（Ｓ１３２：Ｙｅｓ）、以下のうちのいずれかを用いて、算出したＲＳＳＩレベルが、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１４１）。
・算出したＲＳＳＩレベルのうちの最小値と閾値とを比較する。
・算出したＲＳＳＩレベルのうちの最大値と閾値とを比較する。
・算出したＲＳＳＩレベルの平均値と閾値とを比較する。
【００６７】
ＲＳＳＩレベルが、閾値以上であると判定したとき（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、携帯機からの電波（すなわち、受信信号）があると判断し、また、この情報をマイクロコンピュータ９０に出力する（Ｓ１６）。そして、制御回路７０から、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘ（整合状態）、およびコンデンサ１５の静電容量Ｃｙを、ＲＳＳＩレベルの最大値を算出したときの値になるように制御指令を出力する（Ｓ１６１）。このとき、アンテナ装置１は、最適な受信環境となっている。
【００６８】
ステップＳ１７以降の処理、および、ＲＳＳＩレベルが閾値を下回ると判定したとき（Ｓ１５：Ｎｏ）の処理は、図１２と同様である。
【００６９】
図１３では、アンテナ１０の放射特性を連続的に変化させる場合を示したが、ユーザが携帯機を操作（電波を送信）するたびに、特定のアンテナ放射特性に変化させてもよい。例えば、ＲＳＳＩレベルとコンデンサ１５の静電容量Ｃｙとの関係をデータテーブルとして、予めメモリ８０に記憶しておく。そして、算出したＲＳＳＩレベルに対応した静電容量値をデータテーブルから読み出して、コンデンサ１５の静電容量Ｃｙが読み出した値となるように、制御回路７０から制御指令を出力する。また、データテーブルにコンデンサ２３の静電容量Ｃｘを含めて、上述のインピーダンス整合処理を実行する代わりに、ＲＳＳＩレベルに対応した整合状態となるようにしてもよい。
【００７０】
図１４を用いて、図１３のステップＳ１２２に相当するインピーダンス整合処理について説明する。まず、チューニングモードに移行する（Ｓ５１）。すなわち、制御回路７０からの制御指令に基づいて、スイッチ４０によって、整合用アンテナ５０と整合回路２０との間を接続し、スイッチ４１によって、アンテナ１０と受信回路３０との間を接続する。これにより、アンテナ１０と整合回路２０が局部発振器３６からの周波数信号に基づいて共振する。そして、受信回路３０には、当該共振に応じた電圧が与えられる。電圧検出回路３２は、受信回路３０の出力信号に基づいて、ＲＳＳＩレベルを示すデジタル信号を出力する。
【００７１】
次に、制御回路７０から、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘを、予め定められた初期値Ｃ０になるように制御指令を出力する（Ｓ５２）。続いて、この状態で出力されたＲＳＳＩレベルを算出する（Ｓ５３）。次に、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０より大きいか否かを判定する。つまり、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数から高周波側にずれたか否かを判定する。
【００７２】
電圧値Ｖ０は、アンテナ１０と整合回路２０との間のインピーダンス整合がとれている状態で、アンテナ１０、整合回路２０および整合用アンテナ５０が、整合用アンテナ５０で受信された周波数信号に基づいて共振する共振回路を構成しているときに、Ａ／Ｄ変換回路３９から出力される信号値である。この測定された電圧値Ｖ０を予めメモリ８０に記憶しておく。
【００７３】
コンデンサ２３の静電容量Ｃｘが一定値（例えば、Ｃ０）である場合、アンテナ１０の共振周波数が高周波側にずれた場合には、ＲＳＳＩレベルがＶ０よりも高くなる。一方、アンテナ１０の共振周波数が低周波側にずれた場合には、ＲＳＳＩレベルがＶ０よりも低くなる。
【００７４】
一般に、アンテナの共振周波数は、コンデンサの静電容量が大きくなるほど小さくなる。このため、アンテナ１０の共振周波数が、受信周波数から高い周波数側にずれた場合には、コンデンサ２３の静電容量ＣｘをＣ０より大きくすることにより、共振周波数を小さくして受信周波数に一致させて整合をとる。逆に、アンテナ１０の共振周波数が、受信周波数から低い周波数側にずれた場合には、コンデンサ２３の静電容量ＣｘをＣ０より小さくすることにより、共振周波数を大きくして受信周波数に一致させて整合をとる。
【００７５】
ＲＳＳＩレベルがＶ０よりも高いとき（Ｓ５４：Ｙｅｓ）、コンデンサ２３の静電容量ＣｘにΔＣを加える（Ｓ５５）。ここで、ΔＣは、予め定められた一定値である。そして、再び、ＲＳＳＩレベルを算出し（Ｓ５６）、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致するか否かを判定する。
【００７６】
ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致すると判定したとき（Ｓ５７：Ｙｅｓ）、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数と一致するとして、受信モードに移行し（Ｓ５８）、本処理を終了する。すなわち、スイッチ４０によって、整合回路２０と受信回路３０の周波数変換回路３１のフィルタ回路３３ａとの間を接続し、スイッチ４１によって、アンテナ１０と受信回路３０との間を開放する。これにより、アンテナ１０で受信された受信信号は、整合回路２０、スイッチ４０および受信回路３０の周波数変換回路３１を通してマイクロコンピュータ９０に出力される。また、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘは、このときの値に設定される。
【００７７】
一方、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致しないと判定したとき（Ｓ５７：Ｎｏ）、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数と一致していないとして、ステップＳ５５へ戻り、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘに、さらにΔＣを加える。そして、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致するまで、すなわち、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数に一致するまで、コンデンサ２３の静電容量の可変範囲のうち、Ｃ０〜上限値の間で、静電容量を変化させ、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数に一致するか否かの判定を繰り返す。
【００７８】
また、ＲＳＳＩレベルがＶ０よりも低いとき（Ｓ５４：Ｎｏ）、コンデンサ２３の静電容量ＣｘからΔＣを差し引く（Ｓ５９）。そして、再び、ＲＳＳＩレベルを算出し（Ｓ６０）、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致するか否かを判定する。
【００７９】
ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致すると判定したとき（Ｓ６１：Ｙｅｓ）、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数と一致するとして、上述の受信モードに移行し（Ｓ５８）、本処理を終了する。また、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘは、このときの値に設定される。
【００８０】
一方、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致しないと判定したとき（Ｓ６１：Ｎｏ）、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数と一致していないとして、ステップＳ５９へ戻り、コンデンサ２３の静電容量Ｃｘから、さらにΔＣを差し引く。そして、ＲＳＳＩレベルが電圧値Ｖ０に一致するまで、すなわち、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数に一致するまで、コンデンサ２３の静電容量の可変範囲のうち、Ｃ０〜下限値の間で、静電容量を変化させ、アンテナ１０の共振周波数が受信周波数に一致するか否かの判定を繰り返す。
【００８１】
上述の整合回路は、以下のような構成といえる。
受信信号を、アンテナ（１０）を介して受信する受信回路（３０）と、受信回路で受信された信号電力を示す電圧値を出力する電圧検出回路（３２）と、インピーダンスが変化可能に構成され、アンテナと受信回路との間のインピーダンス整合をとる整合回路（２０）と、発振回路（３６）と、アンテナと受信回路との間に配置されて、アンテナと受信回路との間で電流が流れるのを制限する電流制限素子（６０）と、受信回路と発振回路のうちの一方の回路と整合回路との間を接続し、他方の回路と整合回路との間を開放する第１のスイッチ（４０）と、アンテナと受信回路との間で電流制限素子に直列接続され、アンテナと受信回路との間を開放あるいは接続する第２のスイッチ（４１）と、第１のスイッチが受信回路と整合回路との間を接続し、第２のスイッチがアンテナと受信回路との間を開放しているとき、受信回路から出力される受信信号を信号処理する信号処理装置（９０）と、第１のスイッチが発振回路と整合回路との間を接続し、かつ第２のスイッチがアンテナと受信回路との間を接続し、アンテナ、整合回路および発振回路で共振回路を構成しているとき、電圧検出回路から出力される電圧値に基づきその電圧値が予め定めた基準電圧値に近づくように、整合回路のインピーダンスを調整する制御回路（７０）と、を備える。
【００８２】
整合回路２０におけるインピーダンス整合は、図１の構成の他に、整合用アンテナ５０を用いず、局部発振器３６から放射される電波としての周波数信号をアンテナ１０で受信し、このアンテナ１０で受信された周波数信号に基づいてアンテナ１０、および整合回路２０が共振する共振回路を構成するようにしてもよい。つまり、アンテナ１０を利用して、局部発振器３６から放射される周波数信号を受信することになる。
【００８３】
この場合、スイッチ４０は、整合回路２０を受信回路３０の周波数変換回路３１のフィルタ回路３３ａと整合用アンテナ５０のいずれか一方に接続するものではなく、整合回路２０とフィルタ回路３３ａとの間を接続、あるいは開放するためのものとなる。
【００８４】
上述の２つの整合回路では、受信モード時に周波数変換回路（３１）が周波数変換を行うのに用いる発振回路（３６）とチューニングモード時に共振回路を構成するのに用いる発振回路とを共用しているので、回路規模の拡大を抑えることができる。
【００８５】
また、アンテナ１０の整合方法は、上述の構成に限定されず、上述の受信モード時にコンデンサＣ２３の値を変化させて整合を取るようにしてもよい。このときは、スイッチ４０、４１、整合用アンテナ５０、抵抗素子６０を含まない構成となり、整合回路２０のコンデンサ２２と受信回路３０のフィルタ回路３３ａとが常時接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
上記実施形態では、本発明のアンテナ装置１として車両に搭載するものについて説明したが、これに限らず、本発明のアンテナ装置１を車両以外の飛行機、船舶、列車等に搭載するものに適用してもよい。あるいは、本発明のアンテナ装置１を設置型の無線機（固定局ともいう）に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１    アンテナ装置
１０    アンテナ
１５    コンデンサ（可変容量素子）
２０    整合回路
３０    受信回路
７０    制御回路
８０    メモリ
９０    マイクロコンピュータ
【図１】
0005826056.tif 000002
【図２】
0005826056.tif 000003
【図３】
0005826056.tif 000004
【図４】
0005826056.tif 000005
【図５】
0005826056.tif 000006
【図６】
0005826056.tif 000007
【図１２】
0005826056.tif 000008
【図１３】
0005826056.tif 000009
【図１４】
0005826056.tif 000010
【図７】
0005826056.tif 000011
【図８】
0005826056.tif 000012
【図９】
0005826056.tif 000013
【図１０】
0005826056.tif 000014
【図１１】
0005826056.tif 000015