JP2002335124A

JP2002335124A - Ｉｔｓ用基地局アンテナ装置及びアンテナの形成方法

Info

Publication number: JP2002335124A
Application number: JP2001112775A
Authority: JP
Inventors: Yoshiichi Wakao; 伊市若生
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-11-22
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP3600181B2

Abstract

(57)【要約】【課題】セルをカバーする無線ゾーンを形成する際、セ
ル内における遠くと近くの照射電力を均一にできるＩＴ
Ｓ用基地局アンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ素子が原点を含んで配置されるア
ンテナパターンに対し、アンテナ素子２６の数を２倍に
し、ｘ軸方向の素子間隔をｄｘ／２、ｙ軸方向の素子間
隔をｄｙ／２とする。このアンテナパターンに対して高
速フーリエ変換により励振分布を求める。その後、奇数
番目のアンテナ素子２６を残し、偶数番目のアンテナ素
子２６を間引く。すなわち、ｘ軸のアンテナ素子２６に
ついては中央列を含んで１列置きに間引き、ｙ軸のアン
テナ素子２６については中央行を含んで１行置きに間引
いて素子間隔を元の状態に戻す。この結果、アンテナ素
子２６は、アンテナ面の原点に配列されない状態とな
り、給電回路をマイクロストリップラインにより実現す
ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＴＳ路車間通信
システムにおける基地局アンテナ装置及びアンテナの形
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基地局と移動局との間における通
信としては、例えば有料道路において、基地局と車両
（移動局）との間のＩＴＳ（Intelligent Transport Sy
stems ）による路車間通信がある。

【０００３】図１０は、従来における路車間通信システ
ムを示したものである。図１０において、１は道路、２
は路側帯であり、この路側帯２の側部に沿って基地局３
ａ、３ｂ、…を所定の間隔で設けている。上記基地局３
ａ、３ｂ、…は、支持柱４ａ、４ｂ、…の頂部に設けら
れ、それぞれ基地局アンテナ５ａ、５ｂ、…を備えてい
る。上記基地局アンテナ５ａ、５ｂ、…は、道路１上に
通信エリアであるセル６ａ、６ｂ、…所定レベルの電波
が放射されるように下方向に所定角度傾けると共に、道
路１側に所定角度回転させている。すなわち、基地局ア
ンテナ５ａ、５ｂ、…を道路１側に向けて斜めに設置す
ることにより、道路１上にセル６ａ、６ｂ、…を形成
し、道路１上を走行する車両７と通信できるようにして
いる。

【０００４】一方、車両７は、通信装置及び車載アンテ
ナ（図示せず）を備え、この車載アンテナにより各対応
する基地局３ａ、３ｂ、…のアンテナ５ａ、５ｂ、…と
通信を行なう。すなわち、車両７は、道路１上を走行
中、例えばセル６ａのエリアでは基地局３ａと通信し、
その後、次のセル６ｂのエリアに達すると、次の基地局
３ｂと通信する。上記のように車両７は、走行している
セル６ａ、６ｂ、…に対応した基地局３ａ、３ｂ、…と
順次通信を行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の通信システ
ムでは、各基地局３ａ、３ｂ、…のアンテナ５ａ、５
ｂ、…を道路側に斜めに傾けることによって、セル６
ａ、６ｂ、…をカバーするようにしている。すなわち、
基地局アンテナ５ａ、５ｂ、…下方向に所定角度傾ける
だけでなく、更に道路１側に所定角度回転させることに
よって、セル６ａ、６ｂ、…上に電波が放射されるよう
にしている。

【０００６】しかし、上記従来のように基地局アンテナ
５ａ、５ｂ、…を道路１側に機械的に所定角度回転させ
て設定することは、その角度調整が非常に面倒であり、
基地局アンテナ５ａ、５ｂ、…の設置に時間が掛かると
いう問題があった。

【０００７】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、セルをカバーする無線ゾーンを形成する
際、セル内における遠くと近くの照射電力を均一にする
ことができるＩＴＳ用基地局アンテナ装置及びアンテナ
の形成方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、路側帯に沿っ
て基地局アンテナを設け、この基地局アンテナから道路
上に設定された通信エリアに電波を放射するＩＴＳ用基
地局アンテナ装置において、アンテナ基板上に複数のア
ンテナ素子をアンテナ面の原点を除いてアレー配置し、
上記アンテナ素子への給電回路をマイクロストリップラ
インにより構成したことを特徴とする。

【０００９】上記のようにアンテナ基板上に複数のアン
テナ素子をアンテナ面の原点を除いてアレー配置するこ
とにより、マイクロストリップラインの給電において
も、セルをカバーする無線ゾーンを形成する際、セル内
での受信電力の変動を少なくすることができる。もし、
アンテナ面の原点にアンテナ素子を配置した場合、原点
のアンテナ素子に対して過度に電力の集中がおこり、マ
イクロストリップの給電では、所定の領域に対して照射
電力を均一にすることができない。

【００１０】第２の発明は、アンテナ基板に複数のアン
テナ素子を形成するマイクロストリップアレーアンテナ
の形成方法において、アンテナ素子が原点を含んで配置
されるアンテナパターンに対し、アンテナ素子の数を縦
及び横方向共に２倍にしてアンテナ素子間隔を１／２に
するステップと、上記素子間隔が１／２のアンテナパタ
ーンについて高速フーリエ変換により励振分布を求める
ステップと、上記アンテナ素子を中央行を含んで１行置
きに間引くと共に、中央列を含んで１列置きに間引いて
アンテナ素子間隔を元の状態に戻すステップと、上記ア
ンテナ素子間隔を元の状態に戻したアンテナパターンに
対しマイクロストリップラインにより給電回路を構成す
るステップとを具備したことを特徴とする。

【００１１】上記の方法によれば、アンテナ面の原点に
アンテナ素子が配列されない状態とすることができるの
で、マイクロストリップラインにより給電回路を実現す
ることが可能となり、所定の領域に対して遠くと近くの
照射電力を均一にすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るＩ
ＴＳ路車間通信システムの概略構成図である。図１にお
いて、１は車線幅が例えば４ｍの道路、２は幅が例えば
１ｍの路側帯であり、この路側帯２の側部に沿って基地
局３ａ、…を所定の間隔で設けている。上記基地局３
ａ、…は、支持柱４ａ、…の頂部に設けられ、詳細を後
述する基地局アンテナ１０ａ、…を備えている。上記基
地局アンテナ１０ａ、…は、その正面方向が道路１と平
行するように設置され、且つ下方向に所定角度傾けて設
置される。

【００１３】また、上記基地局アンテナ１０ａ、…は、
道路１上に通信エリアであるセル６ａ、６ｂ、…に電波
が放射されるように指向性を持たせ、道路１上を走行す
る車両７が対応するセル６ａ、６ｂ、…を走行している
間、車両７と通信できるように設定されている。上記セ
ル６ａ、６ｂ、…は、基地局３ａ、…から所定距離Ａ例
えば４ｍ手前に一定長さ形成される。例えば道路１の車
線幅が４ｍであった場合、セル６ａ、６ｂ、…の大きさ
は、４×２０ｍ程度の大きさに設定される。

【００１４】一方、上記車両７は、通信装置及び車載ア
ンテナ（図示せず）を備え、この車載アンテナにより基
地局アンテナ１０ａ、…と通信を行なう。上記基地局３
ａ、…と車両７との間の通信には、例えばミリ波帯にお
ける周波数が使用される。

【００１５】次に上記基地局アンテナ１０ａ、…の詳細
について説明する。図２（ａ）は基地局アンテナ１０
ａ、…の正面図、同図（ｂ）は同側面図である。図２
（ａ）、（ｂ）において、１１は例えば円状に形成され
たアンテナ本体で、吊り金具１２に例えばボルト１３に
より取り付けられる。このボルト１３を緩めることによ
り、吊り金具１２に対するアンテナ本体１１の傾き角度
（俯角）θｄを任意に調整できるようになっている。上
記アンテナ本体１１の傾き角度θｄは、例えば２０°程
度に設定される。また、上記アンテナ本体１１には、内
部にアンテナ基板１４が設けられると共に、その前面開
口部にアンテナ基板１４を保護するための保護板１５が
設けられる。そして、アンテナ本体１１の背面に給電導
波管１６が設けられる。

【００１６】上記アンテナ基板１４には、アンテナパタ
ーン１７が形成され、上記給電導波管１６によって給電
される。上記アンテナパターン１７は、放射ビームを道
路１側に例えば１０°〜２０°の範囲でチルトするよう
に設定される。また、上記アンテナ基板１４は、道路１
の位置する方向に対応させて、例えば左側通行道路の場
合、図２（ａ）に示すように基準位置から時計回りに所
定角度Ｒ回転させて設けられる。この角度Ｒは、後述す
るように例えば４０°前後に設定される。

【００１７】図３は基地局アンテナ１０ａにおけるセル
６ａの見え方を示したもので、基地局アンテナ１０ａを
下方向に２０°傾けた場合で、アンテナ基板１４は回転
させていない状態となっている。また、基地局アンテナ
１０ａの正面方向は、道路１と平行になっている。図３
において、２１はセル６ａの進行方向中心線、２２は道
路１の幅員方向中心線であり、上記進行方向中心線２１
と幅員方向中心線２２の交点がセル６ａの中心点２３と
なっている。また、２４は基地局アンテナ１０ａから正
面ｚ方向に放射されるビームの中心点であり、上記道路
１の幅員方向中心線２２より少し手前にある。

【００１８】上記のように基地局アンテナ１０ａを下方
向に傾けた場合、その放射パターンのｘ軸は路側帯２と
平行するＹ軸と同方向であり、放射パターンのｙ軸は道
路１の幅員方向Ｘと同方向となっている。

【００１９】図４は、上記図３の状態におけるアンテナ
基板１４を基準位置から時計回りに所定角度回転させた
場合の基地局アンテナ１０ａにおけるセル６ａの見え方
を示したものである。図３の状態からアンテナ基板１４
を時計回りに回転させると、それに伴って放射パターン
のｘ軸及びｙ軸が一緒に回転する。このとき放射パター
ンのｙ軸がセル６ａの中心点２３に一致した所でアンテ
ナ基板１４の回転を止める。このときのアンテナ基板１
４の回転角度は、条件によって異なるが、略４０°程度
である。上記のようにして基地局アンテナ１０ａの下方
向への傾き角度及び、アンテナ基板１４の回転角度を設
定する。

【００２０】上記基地局アンテナ１０ａでは、セル６ａ
をカバーする無線ゾーンを形成するとき、セル６ａ内で
の受信電力変動を少なくするために、成形ビームアンテ
ナとする必要がある。

【００２１】成形ビームアンテナにおいて、遠くと近く
の照射電力を均一にするためには、図５に示すアンテナ
座標系において、下記（１）式に示すアンテナ放射電界
強度Ｅ（ｒ，θ，φ）を求める一般式における指向性関
数Ｄ（θ，φ）を距離ｒに比例させればよい。

【００２２】Ｅ（ｒ，θ，φ）＝Ｋ（ｅｘｐ（−ｊｋ_０ｒ）／ｒ）Ｄ（θ，φ）…（１）図５に示したアンテナ座標系において、２５はアンテ
ナ、２６はアンテナ素子である。また、Ａは観測点
（ｒ，θ，φ）を示し、ｒはアンテナ面２５との距離、
θはアンテナ面２５のｚ軸に対する角度、φはアンテナ
面２５のｘ軸に対する角度である。

【００２３】上記（１）式における指向性関数Ｄ（θ，
φ）を距離ｒに比例させる場合、それを計算するため
に、任意の指向性関数Ｄ（θ，φ）を指向性合成できる
２次元フーリエ変換を用いる必要がある２次元フーリエ
変換を用いるためには、セル６ａをカバーするエリアと
アンテナ面の傾きを含めた位置関係を定める必要があ
る。本実施形態では、上記したようにアンテナ面を下向
きに２０度傾け、更に４０度回転させることにより、指
向性合成を容易にしている。

【００２４】また、照射電力を均等にするには、計算の
結果、指向性を図６に示すような電力値等高線の分布の
形とすることが良いことが分かった。図６は横軸にアン
テナの回転角、縦軸にアンテナ傾け時の俯角をとって示
した。また、相対電力値を示す等高線は２ｄＢ間隔であ
る。

【００２５】そして、２次元フーリエ変換によって指向
性合成を行なった場合、素子配置は図７に示すようにア
ンテナ面２５の原点を必ず含むという問題点が出てく
る。これにより電力分配の対称性が悪くなり、マイクロ
ストリップラインによる給電回路の構成が困難になる。
上記図７に示したアンテナ面２５における各アンテナ素
子２６の間隔は、ｘ軸方向がｄｘ、ｙ軸方向がｄｙであ
る。

【００２６】このため本実施形態では、図７に示したア
ンテナに対し、図８に示すようにアンテナ素子２６の数
をｘ，ｙ軸方向それぞれに２倍し、ｘ軸方向の素子間隔
をｄｘ／２、ｙ軸方向の素子間隔をｄｙ／２として高速
フーリエ変換により励振分布を求め、その後、奇数番目
の素子を残し、偶数番目の素子を間引く。すなわち、ｘ
軸方向（列方向）のアンテナ素子２６については中央列
を含んで１列置きに間引き、ｙ軸方向（行方向）のアン
テナ素子２６については中央行を含んで１行置きに間引
いて、素子間隔を元の状態に戻す。図８では、ハッチン
グされたアンテナ素子２６が残り、その他の素子が間引
かれる。この結果、アンテナ面２５の原点にアンテナ素
子２６が配列されない状態となり、給電回路の構成はマ
イクロストリップラインにより実現することが可能とな
る。

【００２７】すなわち、複数のアンテナ素子２６をアン
テナ面２５の原点を除いてアレー配置することにより、
マイクロストリップラインの給電においても、セルをカ
バーする無線ゾーンを形成する際、セル内での受信電力
の変動を少なくすることができる。もし、アンテナ面２
５の原点にアンテナ素子２６を配置した場合、原点のア
ンテナ素子２６に対して過度に電力の集中がおこり、マ
イクロストリップの給電では、所定の領域に対して照射
電力を均一にすることができなくなる。

【００２８】図９は、上記図８に示した処理を行なうこ
とによって、アンテナ基板１４に３４素子マイクロスト
リップアレーアンテナを構成した場合のアンテナパター
ン１７の一例を示したものである。このアンテナパター
ン１７は、複数のアンテナ素子、すなわち複数のパッチ
素子３１、及び給電路を構成するマイクロストリップラ
イン３２によって構成される。上記マイクロストリップ
ライン３２は、銅箔等により形成される。上記パッチ素
子３１には、それぞれ円偏波用の切込３３が設けられて
いる。また、アンテナ基板１４の中心部、すなわち原点
に給電用の透孔３４が設けられ、この透孔３４内に設け
られる導電部及び上記アンテナ基板１４上に設けられる
マイクロストリップライン３２を介してパッチ素子３１
に給電される。上記マイクロストリップライン３２のそ
れぞれの長さによって給電位相を調整し、幅によってイ
ンピーダンスを調整する。また、各列を構成するパッチ
素子３１の数によって放射特性の各部分のゲインを調整
する。

【００２９】上記アンテナパターン１７は、アンテナ基
板１４の上半分に形成される第１のアンテナパターン１
７ａと、下半分に形成される第２のアンテナパターン１
７ｂとからなっている。上記第１及び第２のアンテナパ
ターン１７ａ、１７ｂは、それぞれ複数のパッチ素子３
１が原点（透孔３４）を通る水平軸を除いてアレー配置
される。この場合、第１のアンテナパターン１７ａを構
成するパッチ素子３１と第２のアンテナパターン１７ｂ
を構成するパッチ素子３１とを原点を中心として１８０
°回転の点対称に配置している。すなわち、図９の状態
において、第１のアンテナパターン１７ａあるいは第２
のアンテナパターン１７ｂを原点を中心として１８０°
回転すると、第１及び第２のアンテナパターン１７ａ、
１７ｂを構成する各パッチ素子３１の位置が一致するよ
うに配置されている。

【００３０】上記アンテナパターン１７は、例えば右旋
円偏波とし、上記各パッチ素子３１の数、切込３３の位
置、マイクロストリップライン３２の長さ及び幅等によ
って道路１側に１０°〜２０°程度の範囲で放射ビーム
をチルトさせる。

【００３１】アンテナ基板１４のアンテナパターン１７
を上記のように構成することによって、セル６ａ内で遠
くと近くの照射電力を均一にすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ア
ンテナ素子が原点を含んで配置されるアンテナパターン
に対してアンテナ素子の数を縦及び横方向共に２倍に
し、アンテナ素子間隔を１／２にして高速フーリエ変換
により励振分布を求め、その後、上記アンテナ素子を中
央行を含んで１行置きに間引くと共に、中央列を含んで
１列置きに間引いてアンテナ素子間隔を元の状態に戻す
ようにしたので、アンテナ基板上に複数のアンテナ素子
をアンテナ面の原点を除いてアレー配置することが可能
となり、このためマイクロストリップラインにより給電
回路を実現でき、セルをカバーする無線ゾーンを形成す
る際、セル内での受信電力の変動を少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＩＴＳ路車間通信シ
ステムの構成図。

【図２】（ａ）は同実施形態における基地局アンテナの
正面図、（ｂ）は同側面図。

【図３】同実施形態において、基地局アンテナを下方に
傾けた時のセルの見え方を示す図。

【図４】同実施形態において、基地局アンテナを下方に
傾けると共に、回転した時のセルの見え方を示す図。

【図５】同実施形態において、アンテナ基板にマイクロ
ストリップアレーアンテナを構成した場合の例を示す
図。

【図６】同実施形態における目標とする指向性を示す
図。

【図７】２次元フーリエ変換によって指向性合成を行な
った場合の素子配置を示す図。

【図８】マイクロストリップラインにより給電回路の構
成を実現可能とするアンテナ素子配置を示す図。

【図９】本発明の方法によりマイクロストリップアレー
アンテナを構成した場合のアンテナパターン例を示す
図。

【図１０】従来におけるＩＴＳ路車間通信システムを示
す構成図。

【符号の説明】

１道路２路側帯３ａ、３ｂ、… 基地局４ａ、４ｂ、… 支持柱５ａ、５ｂ、… 基地局アンテナ６ａ、６ｂ、… セル７車両１０ａ、… 基地局アンテナ１１アンテナ本体１２吊り金具１３ボルト１４アンテナ基板１５保護板１６給電導波管１７アンテナパターン２１進行方向中心線２２幅員方向中心線２３セルの中心点２４ビームの中心点２５アンテナ面２６アンテナ素子３１パッチ素子３２マイクロストリップライン３３切込３４透孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】路側帯に沿って基地局アンテナを設け、
この基地局アンテナから道路上に設定された通信エリア
に電波を放射するＩＴＳ用基地局アンテナ装置におい
て、アンテナ基板上に複数のアンテナ素子をアンテナ面の原
点を除いてアレー配置し、上記アンテナ素子への給電回
路をマイクロストリップラインにより構成したことを特
徴とするＩＴＳ用基地局アンテナ装置。
【請求項２】路側帯に沿って基地局アンテナを設け、
この基地局アンテナから道路上に設定された通信エリア
に電波を放射するＩＴＳ用基地局アンテナ装置におい
て、アンテナ基板と、上記アンテナ基板上に複数のアンテナ素子を原点を除い
てアレー配置してなる第１及び第２のアンテナパターン
と、上記第１及び第２のアンテナパターンを構成するアンテ
ナ素子に対し、マイクロストリップラインにより給電す
る給電回路とを具備し、上記第１のアンテナパターンを構成するアンテナ素子と
第２のアンテナパターンを構成するアンテナ素子とを上
記原点に対して１８０°回転の点対称に配置したことを
特徴とするＩＴＳ用基地局アンテナ装置。
【請求項３】請求項１又は２記載のＩＴＳ用基地局ア
ンテナ装置において、上記第１及び第２のアンテナパタ
ーンによる放射ビームを道路方向に所定角度チルトする
ように設定したことを特徴とするＩＴＳ用基地局アンテ
ナ装置。
【請求項４】アンテナ基板に複数のアンテナ素子を形
成するマイクロストリップアレーアンテナの形成方法に
おいて、アンテナ素子が原点を含んで配置されるアンテナパター
ンに対し、アンテナ素子の数を縦及び横方向共に２倍に
してアンテナ素子間隔を１／２にするステップと、上記素子間隔が１／２のアンテナパターンについて高速
フーリエ変換により励振分布を求めるステップと、上記アンテナ素子を中央行を含んで１行置きに間引くと
共に、中央列を含んで１列置きに間引いてアンテナ素子
間隔を元の状態に戻すステップと、上記アンテナ素子間隔を元の状態に戻したアンテナパタ
ーンに対しマイクロストリップラインにより給電回路を
構成するステップと、を具備したことを特徴とするマイクロストリップアレー
アンテナの形成方法。
【請求項５】請求項４記載のマイクロストリップアレ
ーアンテナの形成方法において、放射ビームを側方に所
定角度チルトするように設定したことを特徴とするマイ
クロストリップアレーアンテナの形成方法。