JP2012257155A

JP2012257155A - アンテナシステム

Info

Publication number: JP2012257155A
Application number: JP2011130152A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Naito; 隆之内藤; Junzo Oe; 準三大江; Satoshi Sugimoto; 聡志杉本; Takuma Sawatani; 琢磨澤谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: JP5733040B2

Abstract

【課題】ノイズキャンセルの精度を高める構成を容易に実現できる、アンテナシステムを提供すること。
【解決手段】メインアンテナ１１と、ノイズキャンセルアンテナ１２と、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号のチューニングを行う制御部１８と、メインアンテナ１１で受信した信号と制御部１８でチューニングして得られた信号を合成する信号合成器１６と、信号合成器１６で合成した信号を受信する受信機１７と、メインアンテナ１１で受信した信号のレベルをモニタするチューニング可否モニタ装置１５とを備え、制御部１８は、チューニング可否モニタ装置１５によってノイズ源２２が非作動のときにモニタされたレベルが所定の閾値よりも低いとき、受信機１７の受信結果に応じて、信号合成器１６で合成した信号からノイズが除去されるように、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号のチューニングを行う、アンテナシステム。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを用いて、ノイズをキャンセルする、アンテナシステムに関する。

従来技術として、外部からの無線信号を受信するアンテナと、自端末内のノイズ源から発生するノイズを検出するノイズセンサ部とを用いて、ノイズをキャンセルする構成を備えた携帯端末が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この携帯端末は、自端末の使用状態に対応して発生すると予測されるノイズのプロファイルを記憶するメモリ部と、自端末の使用状態に基づいてメモリ部からノイズのプロファイルを選択し、この選択したノイズのプロファイルに応じてノイズセンサ部の動作を制御する制御部とを備えるものである。

特開２００８−２４４９８７号公報

ところで、メインアンテナ及びノイズキャンセルアンテナに混入するノイズのレベル及び位相は、ノイズ発生源と各アンテナとの相関関係などを要因として、非常に大きな影響を受ける。例えば、そのような相関関係として、ノイズ発生源から各アンテナまでの距離や、ノイズ発生源と各アンテナとの間及びその近辺に位置する誘電体の有無などが挙げられる。

しかしながら、上述の従来技術では、ノイズキャンセルアンテナとして機能するノイズセンサ部をノイズ源の直近に搭載する必要があるため、アンテナに混入するノイズのレベル及び位相はμｍのオーダーで影響を受け、携帯端末よりも大きな自動車等の量産製品に適用することは容易ではない。

また、上述の従来技術は、予めプロファイリングされたデータを用いてノイズをキャンセルするフィードフォワード制御のため、ユーザの使用環境の変化などによってノイズ源の数、種類、位置などの状態が変わってしまうと、ノイズキャンセルの精度が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、ノイズキャンセルの精度を高める構成を容易に実現できる、アンテナシステムの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナシステムは、
メインアンテナと、
ノイズキャンセルアンテナと、
前記ノイズキャンセルアンテナで受信した信号のチューニングを行う制御部と、
前記メインアンテナで受信した信号と前記制御部でチューニングして得られた信号を合成する合成部と、
前記合成部で合成した信号を受信する受信部と、
前記メインアンテナで受信した信号のレベルをモニタする検知部とを備え、
前記制御部は、前記検知部によってノイズ源が非作動のときにモニタされたレベルが所定の閾値よりも低いとき、前記受信部の受信結果に応じて、前記合成部で合成した信号からノイズが除去されるようにチューニングすることを特徴とするものである。

本発明によれば、ノイズキャンセルの精度を高める構成を容易に実現できる。

本発明の一実施形態であるアンテナシステム１の構成図である。アンテナシステム１が行うノイズキャンセルチューニングの工程を示したフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。車両には電子機器や電波受信機などの複数の機器が搭載されているため、ノイズによる電波干渉の問題が生ずることが多い。その対策として、受信アンテナ部でのノイズ除去装置の実現が求められている。ノイズ除去装置を効果的に機能させるためには、メインアンテナに混入するノイズと振幅が同じで位相が１８０°異なる信号を、ノイズキャンセル用のアンテナ側に作り出す必要がある。

ノイズ除去装置は、ノイズキャンセルアンテナで受信した信号の振幅（ノイズキャンセルアンテナのゲイン、ともいう）及び／又は位相を調整して、メインアンテナで受信した信号と合成することで、ノイズキャンセルを実行する。ノイズ除去装置のノイズ除去性能は、以下の理論式（１）〜（４）に基づいて導出できるが、ノイズキャンセル効果が有効に得られるためには、約１ｄＢ内の精度でノイズの振幅及び／又は位相を制御する必要がある。

ここで、Ａはメインアンテナに混入するノイズの振幅を表し、Ｂはノイズキャンセルアンテナに混入するノイズの振幅を表し、Ｃはノイズキャンセル後の信号の振幅を表す。また、φ_１はメインアンテナに混入するノイズの位相を表し、φ_２はノイズキャンセルアンテナに混入するノイズの位相を表す。

例えば、理論式（１）〜（４）によると、１０ｄＢのノイズ除去性能を確保するためには、ノイズキャンセルアンテナで受信したノイズの位相を１８°以内で且つ振幅を１．６ｄＢ以内で制御する必要があり、２０ｄＢのノイズ除去性能を確保するためには、位相を５．５°以内で且つ振幅を０．４５ｄＢ以内で制御する必要がある。

以下に説明する本発明の実施形態では、このような精度で振幅及び／又は位相を制御するために、チューニング可否判断を行う装置と、実測によるフィードバックチューニングを行う装置とが構成されている。また、ノイズキャンセルアンテナで受信した信号をチューニングする制御部に増幅器を用いると、その制御部は除去したいノイズ以外の影響を受けやすく、適切な受信性能を確保しにくくなる。そこで、ノイズキャンセルアンテナで受信した信号をチューニングする制御部は、チューニング装置として、増幅器を備えずに、減衰器及び位相調整器を備えている。

図１は、本発明の一実施形態であるアンテナシステム１の構成図である。アンテナシステム１は、車両に搭載されるシステムであって、ノイズ除去装置を備えたものである。アンテナシステム１は、メインアンテナ１１と、ノイズキャンセルアンテナ１２と、状態検出部１３と、チューニングスイッチ１４と、チューニング可否モニタ装置１５と、信号合成器１６と、受信機１７と、制御部１８と、メモリ１９とを備えている。

図１において、符号Ｎ_１は、メインアンテナ１１で受信したノイズ源２２からのノイズ波を表し、符号Ｎ_２は、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信したノイズ源２２からのノイズ波を表す。また、符号Ｓ_１は、メインアンテナ１１で受信した送信局２１からの希望放送波を表し、符号Ｓ_２は、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した送信局２１からの希望放送波を表す。

メインアンテナ１１は、車両外部の送信局２１から到来した希望放送波を受信することを主目的とした第１のアンテナである。メインアンテナ１１は、一つでもよいし、複数あってもよい。メインアンテナ１１を複数設けることにより、ダイバーシティアンテナを構成できる。

ノイズキャンセルアンテナ１２は、車内又は車外のノイズ源２２で発生したノイズを除去するために、ノイズを受信することを主目的とした第２のアンテナである。ノイズキャンセルアンテナ１２は、一つでもよいし、複数あってもよい。

ノイズキャンセルアンテナ１２の搭載位置や性能は、ノイズ波Ｎ_１のレベルがノイズ波Ｎ_２のレベルよりも小さく、且つ希望放送波Ｓ_１のレベルが希望放送波Ｓ_２のレベルよりも大きくなるようにする。また、ノイズキャンセルアンテナ１２に混入するノイズの振幅及び位相の変化がユーザの使用条件によって小さくなるように、ノイズキャンセルアンテナ１２の搭載位置や性能が決められるとよい。

ノイズキャンセルアンテナ１２は、例えば、メインアンテナ１１よりもノイズ源２２の近傍に配置され、ノイズゲインを確保できる構造であるとよく、受信に十分な長さを有する金属物であるとよい。また、ノイズキャンセルアンテナ１２は、車両出荷時にノイズキャンセルチューニングが行われた後で、ノイズ結合度の変化が少ない位置に配置されるとよい。また、他のノイズ源の影響を受けにくい位置に配置されるとよい。

メインアンテナ１１がリヤガラス等に設けられたＡＭラジオアンテナで、ノイズ源２２がトランク内に搭載された高圧ユニット（例えば、インバーター、ＤＣ−ＤＣコンバータなど）の場合、ノイズキャンセルアンテナ１２の具体例として、デフォッガパターン、シートフレーム、トランク、高圧ユニット筐体、高圧ユニット周辺のワイヤハーネスなどが挙げられる。

状態検出部１３は、除去対象のノイズを発生するノイズ源２２が作動しているか否かを検出可能な車両状態検出手段である。状態検出部１３は、ノイズ源２２の作動状態をアンテナシステム１全体に伝えることが可能である。

チューニングスイッチ１４は、状態検出部１３からの指令に応じて、信号合成器１６と制御部１８との間における信号経路の遮断／導通を切り替えることにより、ノイズキャンセルチューニングを実行するか否かを切り替える手段である。

チューニング可否モニタ装置１５は、メインアンテナ１１の近傍に搭載され、メインアンテナ１１で受信した信号の受信レベルに応じて、ノイズキャンセルチューニングの実行可否を判断する手段である。チューニング可否モニタ装置１５は、受信機１７に搭載されてもよい。

信号合成器１６は、メインアンテナ１１で受信した信号と、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号が制御部１８によってチューニングされて得られた信号とを合成することによって、ノイズ源２２のノイズをキャンセルした信号を受信機１７に送信する合成手段である。

受信機１７は、信号合成器１６で合成された信号を受信して、メインアンテナ１１で受信した希望放送波を取得する受信手段である。ノイズキャンセルチューニング時の受信機１７は、信号合成器１６で合成された信号レベルの測定値が最小になるように、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号の振幅及び／又は位相を制御部１８の制御パラメータを可変することによって制御し、その測定値を最小にする制御部１８の制御パラメータを、メインアンテナ１１で受信する放送波の周波数ごとに検知する。信号合成器１６で合成された信号レベルの測定値を最小にする制御部１８の制御パラメータは、メインアンテナ１１で受信する放送波の周波数ごとに、制御部１８のメモリ１９に格納される。メモリ１９は、新たにチューニングした結果を上書き保存可能な記憶装置である。

制御部１８は、受信機１７からの制御パラメータに応じて動作する減衰器及び／又は位相調整器によって、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号の振幅及び／又は位相を可変させるフィードバック制御を行う。減衰器は、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号レベルの減衰量を調整し、位相調整器は、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号の位相を調整する。

ノイズ波Ｎ_２の振幅値がノイズ波Ｎ_１の振幅値まで減衰器によって減衰するように、且つノイズ波Ｎ_２の位相がノイズ波Ｎ_１の位相に対し位相調整器によって反転するように、制御部１８の制御パラメータに従って調整されることによって、信号合成器１６で合成された信号レベルの測定値が最小になるようにチューニングされる。

このような構成を有するアンテナシステム１は、ノイズキャンセルチューニングに外来放送波とノイズの影響があるかを検出してチューニング可否を判断し、ノイズキャンセルに必要な制御パラメータに従ってノイズキャンセルチューニングをフィードバック制御で実施し、減衰器と位相調整器のみでノイズキャンセル信号を作成する。

図２は、アンテナシステム１が行うノイズキャンセルチューニングの工程を示したフローチャートである。ノイズキャンセルチューニングは、工場出荷時でもよいし、再チューニングしたい時でもよい。

状態検出部１３にチューニング開始信号が入力されると（ステップＳ１０）、状態検出部１３は、チューニングスイッチ１４をオフにする（ステップＳ２０）。状態検出部１３は、ノイズ源２２がオフになっているか否かを検出する（ステップＳ３０）。状態検出部１３は、ノイズ源２２がオフになっていない場合（すなわち、ノイズ源２２が作動している場合）には、ノイズキャンセルチューニングを実施できる状況ではないため、ノイズ源２２をオフするように指令する（ステップＳ４０）。ノイズ源２２がオフになっている場合には、ノイズ源２２が作動していないため、ステップＳ５０に移行する。

チューニング可否モニタ装置１５は、各周波数において、検出される希望放送波Ｓ_１のレベルが既定値Ｎ_１’もしくは暗雑音よりも十分小さいか比較し、その比較結果を記憶する（ステップＳ５０）。

チューニング可否モニタ装置１５は、受信機１７が使用する全周波数において、希望放送波Ｓ_１のレベルが既定値Ｎ_１’よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ６０）。受信機１７が使用する全周波数において、希望放送波Ｓ_１のレベルが既定値Ｎ１’よりも小さくない場合には（ステップＳ７０）、信号波が到来しない場所でノイズキャンセルチューニングをするようにユーザに情報提供される（ステップＳ８０）。一方、受信機１７が使用する全周波数のうち一部の周波数において、希望放送波Ｓ_１のレベルが既定値Ｎ１’よりも小さくない場合には（ステップＳ７０）、その一部の周波数においてノイズキャンセルチューニングはできないとして、そのチューニング不可の周波数が制御部１８のメモリ１９に記録され、ユーザに情報提供される（ステップＳ９０）。

受信機１７が使用する全周波数又は一部の周波数において、希望放送波Ｓ_１のレベルが既定値Ｎ１’よりも小さい場合には（ステップＳ６０，Ｓ９０）、ノイズキャンセルチューニングの実施環境が整っているとして、ノイズ源２２を作動させるとともに、チューニングスイッチ１４がチューニング許可側にオンされる（ステップＳ１００）。

受信機１７は、チューニング可能な周波数ごとに、信号合成器１６からの合成信号測定値が最小となるように制御部１８を動作させてノイズキャンセルチューニングを実行し、その最小となる制御パラメータをメモリ１９に上書き保存する（ステップＳ１２０）。このように動作することで、ノイズキャンセルチューニングが完了する。

ノイズキャンセルチューニングが完了した後に、メインアンテナ１１で受信した信号からノイズを除去するノイズキャンセル制御が行われるときには（ステップＳ１３０）、受信機１７は、ユーザが使用したい希望放送波の周波数に適応した制御パラメータをメモリ１９から読み出す。受信機１７は、その読み出した制御パラメータに従って動作する制御部１８によって、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号の振幅及び／又は位相を調整する。これにより、メインアンテナ１１で受信した信号からノイズが除去された信号が、信号合成器１６から受信機１７に入力される。

このように、アンテナシステム１は、メインアンテナ１１と、ノイズキャンセルアンテナ１２と、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号のチューニングを行う制御部１８と、メインアンテナ１１で受信した信号と制御部１８でチューニングして得られた信号を合成する信号合成器１６と、信号合成器１６で合成した信号を受信する受信機１７と、メインアンテナ１１で受信した信号のレベルをモニタするチューニング可否モニタ装置１５とを備え、制御部１８は、チューニング可否モニタ装置１５によってノイズ源２２が非作動のときにモニタされたレベルが所定値Ｎ_１’よりも低いとき、受信機１７の受信結果に応じて、信号合成器１６で合成した信号からノイズが除去されるように、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号のチューニングを行うものである。したがって、アンテナシステム１によれば、ノイズキャンセルの精度を高める構成を容易に実現できる。

また、アンテナシステム１は、ノイズキャンセルアンテナ１２が、メインアンテナ１１よりも低い信号レベルの放送波を受信し、且つ、メインアンテナ１１よりも高い信号レベルのノイズ波を受信するように配置され、制御部１８が、ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した信号を増幅することなくチューニングするものである。これにより、キャンセル対象のノイズを放出するノイズ源２２と異なるノイズ源から発生するノイズによって、チューニング精度に影響が及ぶことを低減できる。

１アンテナシステム
１１メインアンテナ
１２ノイズキャンセルアンテナ
１３状態検出部
１４チューニングスイッチ
１５チューニング可否モニタ装置
１６信号合成器
１７受信機
１８制御部
１９メモリ
２１送信局
２２ノイズ源
Ｓ_１メインアンテナ１１で受信した希望放送波
Ｓ_２ノイズキャンセルアンテナ１２で受信した希望放送波
Ｎ_１メインアンテナ１１で受信したノイズ波
Ｎ_２ノイズキャンセルアンテナ１２で受信したノイズ波

Claims

メインアンテナと、
ノイズキャンセルアンテナと、
前記ノイズキャンセルアンテナで受信した信号のチューニングを行う制御部と、
前記メインアンテナで受信した信号と前記制御部でチューニングして得られた信号を合成する合成部と、
前記合成部で合成した信号を受信する受信部と、
前記メインアンテナで受信した信号のレベルをモニタする検知部とを備え、
前記制御部は、前記検知部によってノイズ源が非作動のときにモニタされたレベルが所定の閾値よりも低いとき、前記受信部の受信結果に応じて、前記合成部で合成した信号からノイズが除去されるように前記チューニングを行う、アンテナシステム。
前記ノイズキャンセルアンテナは、前記メインアンテナよりも低い信号レベルの放送波を受信し、且つ、前記メインアンテナよりも高い信号レベルのノイズ波を受信するように配置され、
前記制御部は、前記ノイズキャンセルアンテナで受信した信号を増幅することなくチューニングする、請求項１に記載のアンテナシステム。