JP2006180031A

JP2006180031A - 送信アンテナおよびこれを備えた送信装置

Info

Publication number: JP2006180031A
Application number: JP2004369102A
Authority: JP
Inventors: Toru Abe; 徹阿部
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】電子キーシステムにおいては、送信アンテナはドア内やドアハンドル内に設けられるが、このドアやドアハンドルは金属製また金属メッキされたものが多く、その導電性により送信アンテナの放射磁界は抑制され、送信距離も抑えられていた。送信アンテナの大型化や電源電圧を高くすることなく、送信距離を延伸できる送信アンテナおよびこれを備えた送信装置を提供することにある。
【解決手段】バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナ１において、キャパシタのキャパシタンス値が１６５００ｐFから６１２０ｐFまでの範囲内であり、送信アンテナ１の共振周波数が１１８．７５ｋＨｚから１５１．２ｋＨｚまでの範囲内である送信アンテナ。
【選択図】図１

Description

本発明は、バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナから電波を放射する送信装置に関する。特に送信アンテナの起磁力を大きくして、送信距離を延伸する技術に関するものである。

近年、自動車や住宅のドア等の施解錠に機械キーを使用しないキーレスエントリーシステムと呼ばれる電子キーシステムが開発されている。電子キーシステムは、電子キーを携帯した人がドアハンドルを握ることやリクエストスイッチを押すことで、ドア部に内蔵された送信アンテナが起動し、送信アンテナは電子キーに対して識別コードを要求するリクエスト電波を放射する。電子キーはリクエスト電波を受信すると識別コードを自動送信し、車両内や住宅内に設けたキーユニットが受ける。キーユニットは予め記憶された自己コードと照合し、一致と判断すると、このキーユニットにつながる制御装置へ信号を出力し、この信号を受けて制御装置はドア施解錠等の所定の制御を行うものである。

車両のドアハンドルにバーアンテナが内蔵された状態を図４に示す。このように電子キーシステムは、ドア内やドアハンドル内に送信アンテナを設置するが、これらの場所は一般に設置スペースが狭い。このため、バーアンテナの磁心には高透磁率の磁性材料を使用し、小型化が図られている。

車両用においては、車内にも前述と同様な送信アンテナが設けられ、エンジン始動スイッチを押すことで、前述と同様な識別動作が行われて、機械キーを用いないでエンジンを始動できる。

前述の送信アンテナに関しては、例えば特許文献１に示されているように、アンテナの放射効率はアンテナの先鋭度Ｑで決まると云われている。

また、特許文献２には、受信電圧を大きくする方法とその欠点が述べられており、まとめると以下の通りである。
（１）巻数を増加させる方法は、時定数が大きくなり応答性が劣化する。
（２）抵抗を減少させる方法は、同様に時定数が大きくなり応答性が劣化する。（３）時定数を小さくするために巻数を減らす場合は、ループ面積を大きくする方法、またはフェライトバーを長くする方法があるが、アンテナが大きくなる。（４）電源電圧を増加できれば、応答性を変えないで、送信アンテナ電流を増やせるので、受信電圧を大きく出来る。

また、特許文献３では、共振周波数１３４ｋＨｚの送信アンテナ（文献中では送受信アンテナあるいはループアンテナ装置）の構成定数例が３組示されている。Ｌ＝２．３ｍHとＣ＝６１６ｐＦ、
Ｌ＝６４μHとＣ＝０．０２２μＦ（＝２２０００ｐＦ）、
Ｌ＝３０μHとＣ＝０．０４７μＦである。

また、非特許文献１にはキーレスエントリーシステムの送信アンテナとしてインダクタンス３５０〜５００μH、キャパシタンス３３００ｐＦ、形状寸法７０×１６×７．０ｍｍ、対応周波数帯１２５、１３４、１４４ｋＨｚが提示されている。

また、特許文献４では、キーレスエントリー装置の送信アンテナ（文献中ではループアンテナ装置）が車両のドア等に取り付けられ、送信アンテナはドアの導体板に近接するため、送信アンテナの放射磁界は導体板に生じる反対方向の磁界成分で打ち消されてしまう問題が述べられている。
特開平７−２６３９３５号公報特開２００２−１３５３４２号公報特開２０００−１８３６３２号公報特許第３５６２４７６号公報村田製作所のホームページhttp://www.murata.co.jp/nproduct/msa1t.html

電子キーシステムにおいては、送信アンテナはドア内やドアハンドル内に設けられるが、このドアやドアハンドルは金属製また金属メッキされたものが多く、その導電性により送信アンテナの放射磁界は抑制され、送信距離も抑えられていた。また、ドアやドアハンドルの形状には制約があり、特に車両用のドアハンドルでは意匠的要素もあってその制約は大きく、よって送信アンテナの大型化を伴うような送信距離の延伸方法は使えなかった。さらに、送信アンテナの先鋭度Ｑを増大して放射効率を上げる方法は、一方では応答性を劣化させるため、実際的な送信可能距離を伸ばすことができなかった。また、電源電圧を高くする方法は、車両用においてはバッテリー電圧および電圧変動の制約を受けるため困難であり、住宅用においても構成部品の電圧定格を上げる必要があり、コストアップとなる問題点があった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたもので、その目的は、送信アンテナの大型化や電源電圧を高くすることなく、送信距離を延伸できる送信アンテナおよびこれを備えた送信装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の送信アンテナおよびこれを備えた送信装置は、送信アンテナのキャパシタンス値を適切な範囲内に設定し、巻数と駆動電流の積である起磁力を増大させたものである。送信アンテナの発生磁界は起磁力に比例するので、送信可能距離も延伸する。

すなわち、請求項１に示すように、バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナにおいて、前記キャパシタのキャパシタンス値が１６５００ｐFから６１２０ｐFまでの範囲内であり、前記送信アンテナの共振周波数が１１８．７５ｋＨｚから１５１．２ｋＨｚまでの範囲内である送信アンテナである。

また、請求項２に示すように、バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナにおいて、前記キャパシタのキャパシタンス値が１６５００ｐFから６１２０ｐFまでの範囲内であり、前記送信アンテナの共振周波数が１１８．７５ｋＨｚから１５１．２ｋＨｚまでの範囲内である送信アンテナを備えた送信装置である。

この発明によれば、送信アンテナのキャパシタンス値が適切な範囲内に設定されて、最大起磁力が増加し、送信距離を延伸できる。このため、送信アンテナを大型にすることも無く、電源電圧を高くすることも無く、さらに応答性を悪化させることも無く、送信距離を延伸した送信アンテナと送信装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明に係る実施例の送信装置の構成を示す図であり、図２は本発明に係る実施例の送信アンテナの構成を示す図である。電源電圧Ｖ１は４つのＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ動作により、方形波電圧に変換され、送信アンテナに印加される。Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ動作は、変調回路により、基本周波数（キーレスエントリシステムでは例えば１２５ｋＨｚ）に変調成分が重畳されるように制御される。図１の送信アンテナ１はキャパシタンスＣ、インダクタンスＬ、抵抗分Ｒの直列回路で示されているが、実際の構成部品としては、図２に示すようにバーアンテナ１１とキャパシタ２１とからなる。キャパシタンスＣはキャパシタ２１の容量に対応し、インダクタンスＬと抵抗分Ｒはバーアンテナ１１のインダクタンスと等価直列抵抗に対応する。送信アンテナ１には方形波が印加されるが、ＬＣ直列共振により駆動電流Ｉｄは正弦波状となる。この駆動電流Ｉｄにより、バーアンテナ１１が励振され電波が放射される。

図３は本発明に係る実施例のバーアンテナ１１を示す図である。バーアンテナ１１は磁心１２と巻線１３とからなる。磁心１２には高飽和磁束密度、低磁心損失のＭｎＺｎ系フェライトを用いたが、他にもＮｉＺｎ系フェライト、アモルファス軟磁性体、微結晶軟磁性体等を用いることもある。巻線１３の巻数Ｎにより、インダクタンスＬと抵抗分Ｒは変化し、抵抗分Ｒは巻数Ｎに略比例し、インダクタンスＬは巻数Ｎの二乗に略比例する。

表１は、共振周波数が１２５ｋＨｚとなる送信アンテナを８種類試作して、図1の送信装置で駆動した結果を示したものである。キャパシタンス３３００ｐＦと２２０００ｐＦは、既述した公知文献（特許文献３と非特許文献１）に明示されており、従来例である。電源電圧Ｖ１は５Ｖとし、周波数１２５ｋＨｚで駆動した時の最大駆動電流の波高値Ｉｄｐを測定し、巻数ＮとＩｄｐの積を最大起磁力として記載した。駆動電流は制限無く流せるものではなく、キャパシタ２１の定格電圧とバーアンテナ磁心１２の磁束密度飽和の両方で制約される。この最大起磁力は送信アンテナの発生磁界に比例するので、この大きさで、送信性能を判断できる。

表１から、発明例１から４までは、従来例１を上回る最大起磁力を持っており、送信性能が向上していることが判る。従来例２はキーレスエントリシステムの送信アンテナとして多く用いられている構成であり、参考例１と参考例２は最大起磁力が従来例２より大きくなっているが、従来例１より小さい結果となった。

表1のＣ値は市販キャパシタの公称値であり、プラスマイナス１０％の許容差をもっている。さらに表1は、共振周波数を１２５ｋＨｚに調整した送信アンテナを、周波数１２５ｋＨｚで駆動した送信装置の測定結果であるが、電子キーシステムの送信装置では１２５ｋＨｚ以外にも１３４ｋＨｚ、１４４ｋＨｚの駆動周波数が用いられる。よって、送信アンテナの共振周波数もこの駆動周波数に合せて調整されるため、キャパシタの部品許容差を考慮し、前記の各駆動周波数のプラスマイナス５％を含めた１１８．７５ｋＨｚから１５１．２ｋＨｚまでを共振周波数設定範囲とする。

本発明を用いれば、バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナから電波を放射する送信装置において、送信アンテナの起磁力を大きくして、送信距離を延伸することができる。また、本発明は電子キーシステムに限定されるものではなく、店舗等に用いる盗難防止システムを含めた短距離のデータ伝送システム全般に適用できる。

本発明に係る送信装置の構成を示す図である。本発明に係る送信アンテナの構成を示す図である。本発明に係るバーアンテナの斜視図である。車両ドアハンドルにバーアンテナを内蔵した状態を示す図である。

符号の説明

１：送信アンテナ
２：変調回路
１１：バーアンテナ
１２：磁心
１３：巻線
２１：キャパシタ
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４：ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）

Claims

バーアンテナとキャパシタとを直列接続した送信アンテナにおいて、前記キャパシタのキャパシタンス値が１６５００ｐFから６１２０ｐFまでの範囲内であり、前記送信アンテナの共振周波数が１１８．７５ｋＨｚから１５１．２ｋＨｚまでの範囲内であることを特徴とする送信アンテナ。
請求項１に記載の送信アンテナを備えたことを特徴とする送信装置。