JP2003058924A - 可変ビームアンテナ装置、該アンテナ装置とともに用いられるモニター装置、及び課金システム - Google Patents

可変ビームアンテナ装置、該アンテナ装置とともに用いられるモニター装置、及び課金システム

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JP2003058924A
JP2003058924A JP2001250795A JP2001250795A JP2003058924A JP 2003058924 A JP2003058924 A JP 2003058924A JP 2001250795 A JP2001250795 A JP 2001250795A JP 2001250795 A JP2001250795 A JP 2001250795A JP 2003058924 A JP2003058924 A JP 2003058924A
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gain
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Masaki Kato
聖樹 加藤
Masayuki Yasui
真之 泰井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Traffic Control Systems (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 道路を通行する車両に搭載された車載機と通
信を行い当該車両に課金を行う際に用いられるアンテナ
装置において、道路幅等に応じてアンテナビームを変化
させるとともにアンテナ利得が調整できるようにする。 【解決手段】 アンテナ装置はアレイアンテナ13を有
しており、可変ビーム制御回路32では、通信領域指令
に応じてアンテナ素子毎に与える電力の振幅及び位相を
求めて振幅制御値及び位相制御値を生成する。振幅位相
可変回路31は振幅制御値及び位相制御値に基づいて、
アンテナ素子毎に与える電力の振幅及び位相を調整し
て、アンテナビームを変化させる。さらに、ビーム可変
制御回路では、通信領域指令に応じて送信側可変利得増
幅器26の利得を送信側利得値として求めるとともに受
信側可変利得増幅器27の利得を受信側利得値として求
める。送信側可変利得増幅器及び受信側可変利得増幅器
はそれぞれ送信側利得値及び受信側利得値に応じて送信
側利得及び受信側利得を調整してアンテナ利得を調整す
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、ビーム幅を変化さ
せることのできる可変ビームアンテナ装置に関し、さら
に、このビームアンテナ装置とともに用いられるモニタ
ー装置及び道路利用課金システムに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、有料道路等では、料金所に所謂
ブース収受機、車種判別装置、領収書発行機が設置され
ている。収受員は、車種判別装置の判定車種と進入車両
の車種を目視で確認し、ブース収受機の車種別ボタンを
押圧する。これによって、領収書発行機から領収書を発
券する。そして、収受員は車種別の料金収受を行うとと
もに有料道路利用者に領収書を発行している。
【0003】ところで、上述した料金収受装置では、道
路管理者側においては、料金所ゲートに収受員を配置し
なければならず、さらに、有料道路の全通行車両に対し
て収受員が料金徴収を行う関係上、収受員の負担が極め
て大きくなってしまう。
【0004】一方、利用者側においては、料金所ゲート
で一旦停止して、料金を支払う必要があるため、料金所
ゲートにおいて渋滞が発生しやすい。さらに、悪天候時
又は冬期及び夏期等においても、車両の窓を一旦開け
て、料金の支払いを行わなければならず、煩わしいばか
りでなく、窓の開閉に気を取られて思わぬ事故が発生す
ることもある。
【0005】上述のような点に鑑みて、近年、固有の識
別符号(ID番号)を記録した車載機を車両に取り付け
るとともに有料道路のゲートに路側機を設置して、無線
通信によって、車載機と路側機とが交信して、料金の収
受を行うようにしたシステムが知られている(以下料金
収受システムという)。また、このようなシステムは有
料道路のみならず、都市部の渋滞緩和を目的として一般
道への設置も検討されている。
【0006】この料金収受システムでは、車両が予め規
定された通信領域に進入すると、車載機側では路側機か
らの呼出しに応答して、前述のID番号を送出する。そ
して、路側機ではこのID番号に基づいて課金処理を行
うようにしている。路側機には、車載機と通信を行うた
めのアンテナ装置が備えられており、このアンテナ装置
は、マイクロ波(例えば、5.8GHz)を用いてお
り、例えば、有料道路の一車線幅に見合う通信領域を規
定するためのビーム幅を有するビームを生成している。
つまり、アンテナ装置は、課金車線(例えば、有料道路
の車線)毎に設けられ、各アンテナ装置は車線幅をカバ
ーする通信領域を設定するビーム幅を有するビームを生
成している。
【0007】ここで、図14を参照して、従来のアンテ
ナ装置について説明する。図示のように、路側機には、
各種制御を行うための制御基板ラック11が備えられて
おり、この制御基板ラック11にはアンテナ装置12を
制御するための、アンテナ制御基板11aが配置されて
いる。前述のように、アンテナ装置は課金車線毎に設け
られ、これらアンテナ装置の各々が制御基板ラック11
に接続されているが、図14においては、説明の便宜
上、一つアンテナ装置が示されている。
【0008】アンテナ装置12には、通信制御回路12
a、高周波発振器12b、変調回路12c、復調回路1
2d、送信アンプ12e、受信アンプ12f、送信フィ
ルタ12g、受信フィルタ12h、切り替えスイッチ1
2i、アンテナ給電回路12j、及びアレイアンテナ1
3が備えられており、切り替えスイッチ12iは、通信
制御回路12aによって切り替え制御される。
【0009】いま、アンテナ制御基板11aから呼出し
指令が与えられると、通信制御回路12aでは切り替え
スイッチ12iを送信側に切り替え、呼出し指令を変調
回路12cに与えるとともに高周波発振器12bから高
周波信号を与える。これによって、変調回路では高周波
信号を呼出し指令で変調して、変調信号を生成する。こ
の変調信号は送信アンプ12eで増幅された後、送信フ
ィルタ12g及びアンテナ給電回路12jを介してアレ
イアンテナ13に与えられ、路側機送信信号としてアレ
イアンテナ13から送出される。
【0010】一方、車載機側では路側機送信信号に応答
して、前述のID番号を含む車載機送信信号を送出す
る。この車載機送信信号はアレイアンテナ13で受信信
号として受信され、アンテナ給電回路12j及び受信フ
ィルタ12hを介して受信アンプ12fに与えられる。
そして、受信アンプ12fで増幅された後復調回路12
dに与えられる。復調回路12dには高周波発振器12
bから高周波信号が与えられ、受信信号は復調信号に復
調され、通信制御回路12aに与えられる。この復調信
号はアンテナ制御基板11aに送られることになる。
【0011】ここで、図15も参照して、アレイアンテ
ナ13は複数のアンテナ素子13aを有しており、アン
テナ給電回路12jは各アンテナ素子13aに電力を供
給することになる。図15に示すように、アンテナ給電
回路12jは複数の分配器14を有しており、各分配器
14はマイクロ波伝送路(位相制御伝送路)15によっ
て接続されて、最終的にマイクロ波伝送路15にアンテ
ナ素子13aが接続される。
【0012】なお、切り替えスイッチ12iの代わりに
サーキュレータを用いて、送信フィルタ12gからアン
テナ給電回路12jへ、アンテナ給電回路12jから受
信フィルタ12hへと一方向へ信号が流れるようにして
もよい。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、アンテ
ナ装置12は、車線幅をカバーする通信領域を規定する
ビーム幅を有するビーム(固定ビームパターン)を生成
しており、固定ビームパターンを生成するため、分配器
14によって各アンテナ素子13aへの電力分配量を規
定する(振幅制御)とともに、マイクロ波伝送路15に
よって各アンテナ素子13aの位相量を規定している
(位相制御)。
【0014】このように、従来のアンテナ装置では、車
線幅に合わせてビームパターンを固定しなければなら
ず、車線幅が異なると、分配器14による電力分配量、
つまり、振幅制御を設定し直し、さらには、マイクロ波
伝送路15の物理長を設定し直す必要がある(位相制御
を設定し直す必要がある)。言い換えると、車線幅が異
なると、その都度、車線幅に応じてアンテナ装置(特
に、アンテナ給電回路)を設計・製作しなければなら
ず、コストアップとなってしまう。
【0015】本発明の第1の目的は、車線幅(道路幅)
に応じてビームパターンを変化させることのできる可変
ビームアンテナ装置を提供することにある。
【0016】本発明の第2の目的は、ビームパターンの
変化に応じてアンテナ利得を調整することのできる可変
ビームアンテナを提供することにある。
【0017】本発明の第3の目的は、ビームパターン及
び通信領域を画面表示することのできるモニター装置を
提供することにある。
【0018】本発明の第4の目的は、可変ビームアンテ
ナ装置を備える課金システムを提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、道路を
通行する車両に搭載された車載機と通信を行う際に用い
られるアンテナ装置であって、複数のアンテナ素子を有
するアレイアンテナと、前記車載機との通信を行うため
の通信領域を設定する通信領域指令に基づいて前記アレ
イアンテナから形成されるアンテナビームを変化させる
とともにアンテナ利得を調整するビーム可変手段とを有
することを特徴とする可変ビームアンテナ装置が得られ
る。
【0020】このようにして、通信領域に応じてアンテ
ナビームを変化させるとともにアンテナ利得を調整する
ようにすれば、道路幅(車線幅)が変化しても、一つの
アンテナ装置で対応することができるばかりでなく、通
信品質が劣化することもない。
【0021】例えば、前記ビーム可変手段は前記アンテ
ナ素子毎に与える電力の振幅及び位相を調整して、前記
アンテナビームを変化させるようにおり、前記ビーム可
変手段は、前記通信指令に基づいて前記アンテナ素子毎
に与える電力の振幅及び位相を求めて振幅制御値及び位
相制御値を生成する可変ビーム制御回路と、前記振幅制
御値及び位相制御値に基づいて前記アンテナ素子毎に与
える電力の振幅及び位相を調整する振幅位相可変回路と
を有している。
【0022】さらに、前記ビーム可変手段は、送信側経
路に設けられた送信側可変利得増幅器と、受信側経路に
設けられた受信側可変利得増幅器を有し、前記可変ビー
ム制御回路は、前記通信領域指令に基づいて前記送信側
可変利得増幅の利得を送信側利得値として求めるととも
に前記受信側可変利得増幅の利得を受信側利得値として
求めており、前記送信側可変利得増幅器及び前記受信側
可変利得増幅器はそれぞれ前記送信側利得値及び前記受
信側利得値に応じて送信側利得及び受信側利得を調整し
て前記アンテナ利得を調整する。
【0023】また、前記道路が複数の車線を備え、時間
帯に応じて前記課金を行う車線数が変更される際には、
前記時間帯に応じて前記車線数に対応した前記通信領域
を設定する前記通信領域指令を生成する制御手段が備え
られる。さらに、予め定められた時間間隔で前記複数の
車線のうちの一つを選択車線として選択して該選択車線
に前記通信領域を設定する前記通信領域指令を生成する
ようにしてもよい。
【0024】このようにして、時間帯等に応じて自動的
に通信領域を変更してアンテナビームを変化させるとと
もにアンテナ利得を調整するようにすれば、車両の通行
状態に応じて一つのアンテナ装置で対応することができ
るばかりでなく、通信品質が劣化することもない。
【0025】加えて、上述の可変ビームアンテナ装置に
とともに用いられモニター装置を用いて、このモニター
装置が前記通信領域指令に基づいて前記アレイアンテナ
の指向性及び前記アレイアンテナによって形成される通
信領域を求め、該指向性及び該通信領域を画面上に表示
するようにしてもよい。
【0026】このようにして、アンテナ指向性及び通信
領域を画面上に表示すれば、アンテナ装置のビーム状態
を目視でモニターできることになる。
【0027】また、上述の可変ビームアンテナ装置とと
もに用いられ、車線の各々において当該車線を走行する
車両を検知する車両検知センサーと、該車両検知センサ
ーにおいて車両が検知されると該車両が検知された車線
に前記通信領域を設定するように前記通信領域指令を送
出する制御手段とを有することを特徴とする課金システ
ムが得られる。この際には、課金システムは、前記車両
のナンバープレートを撮影するカメラを備えることが望
ましく、前記車両との間で通信異常があると、前記制御
手段は前記カメラを制御して前記車両のナンバープレー
トを撮影する。
【0028】このようにして、車両検知センサーで車両
が検知されると、アンテナビームを変化させるとともに
アンテナ利得を調整するようにすれば、一台のアンテナ
装置を用いて課金を行うことができるばかりでなく、不
正車両のナンバープレートを記録しておくことができ
る。
【0029】
【発明の実施の形態】以下本発明について実施の形態に
基づいて説明する。なお、以下の説明における数値等
は、本発明を限定するものではない。
【0030】まず、図1を参照して、図示のアンテナ装
置21は、図14で説明した制御基板ラック11に接続
されている。アンテナ装置21には、通信制御回路2
2、高周波発振器23、変調回路24、復調回路25、
送信側増幅器26、受信側増幅器27、送信フィルタ2
8、受信フィルタ29、切り替えスイッチ30、振幅位
相可変回路31、可変ビーム制御回路32、及びアレイ
アンテナ13が備えられており、切り替えスイッチ30
は、通信制御回路22によって切り替え制御される。
【0031】図2を参照して、アレイアンテナ13は複
数のアンテナ素子13−1乃至13−M(Mは2以上の
整数である)を備えており、例えば、複数のアンテナ素
子13−1乃至13−MがN×N(Nは自然数であり、
この場合、M=Nである)のマトリックス状に配列さ
れている。振幅位相可変回路31は、分配器40、振幅
可変回路41−1乃至41−M、及び位相可変回路42
−1乃至42−Mを有している。図示のように、振幅可
変回路41−m(以降、mは1からMまでの変数とす
る)は分配器40に接続され、この分配器40は切り替
えスイッチ30に接続されている。振幅可変回路41−
mには位相可変回路42−mが接続され、位相可変回路
42−mはアンテナ素子13−mに接続され、後述する
ようにして、アンテナ素子13−mに供給される電力の
振幅及び位相が調整される。
【0032】図3を参照すると、可変ビーム制御回路3
2には、演算回路(CPU)51が備えられ、このCP
U51にはデジタル/アナログ(D/A)変換回路52
−1乃至52−M及び53−1乃至53−Mが接続され
るとともに(図3に示す例では、D/A変換回路52−
m及び53−mのみが示されている)、D/A変換回路
54a及び54bが接続されている。そして、後述する
ようにして、CPU51は通信制御回路22から与えら
れるビームパターン変更指令に基づいてアンテナ素子1
3−1乃至13−M毎に振幅指令値及び位相指令値を生
成する(以下これら指令値を第1乃至第Mの振幅指令値
及び第1乃至第Mの位相指令値と呼ぶことにする)。
【0033】第mの振幅指令値はD/A変換回路52−
mに与えられ、ここで、D/A変換されて、第mの振幅
制御電圧V1mとして図2に示す振幅可変回路41−m
に与えられる。同様にして、第mの位相指令値はD/A
変換回路53−mに与えられ、ここで、D/A変換され
て、第mの位相制御電圧V2mとして図2に示す位相可
変回路42−mに与えられる。
【0034】さらに、CPU51は、前述のビームパタ
ーン変更指令に基づいて、後述するように、送信側利得
指令値及び受信側利得指令値を生成する。そして、これ
ら送信側利得指令値及び受信側利得指令値はそれぞれD
/A変換回路54a及び54bでD/A変換されて、送
信側利得制御電圧V及び受信側利得制御電圧Vとし
て送信側増幅器26及び受信側増幅器27に与えられ
る。
【0035】図4(a)に示すように、送信側増幅器2
6は予め定められた増幅率を有する送信アンプ26aと
送信アンプ26aの後段に配置された送信アンプ利得調
整回路26bとを有しており、前述の送信側利得制御電
圧Vは送信アンプ利得調整回路26bに与えられる。
つまり、送信側増幅器26は送信側可変利得増幅器であ
る。
【0036】同様に、図4(b)に示すように、受信側
増幅器27は予め定められた増幅率を有する受信アンプ
27aと受信アンプ27aの前段に配置された受信アン
プ利得調整回路27bとを有しており、前述の受信側利
得制御電圧Vは受信アンプ利得調整回路27bに与え
られる。つまり、受信側増幅器27は受信側可変利得増
幅器である。
【0037】再び、図2を参照するとともに、図5を参
照して、振幅可変回路の一例について説明する。
【0038】一方、第mの振幅制御電圧V1mが減少す
ると、PINダイオードDに流れる電流が増加し、P
INダイオードDに流れる電流が減少して、減衰値が
減少する。その結果、出力電力Pは増加することにな
る。同様にして、受信電力が入力電力Pとして振幅可
変回路41−mに与えられ、振幅可変回路41−mが出
力電力Pを出力するものとすると、第mの振幅制御電
圧V1mが増加すると、出力電力Pは減少し、第mの
振幅制御電圧V1mが減少すると、出力電力P は増加
することになる。
【0039】なお、送信アンプ利得調整回路26b及び
受信アンプ利得調整回路27bも図5に示す回路構成を
備えており、送信アンプ利得調整回路26bにおいて
は、抵抗器Rに送信側利得制御電圧Vが与えられ、
受信アンプ利得調整回路27bにおいては、抵抗器R
に受信側利得制御電圧Vが与えられる。
【0040】次に、図6を参照して、位相可変回路の一
例について説明する。
【0041】前述のように、位相可変回路42−mは振
幅可変回路41−mに接続されている。位相可変回路4
2−mはバラクタダイオードD及びDを有してお
り、電圧印加端子に前述の第mの位相制御電圧V2m
印加される。いま、バラクタダイオードDのダイオー
ド容量をCとすると、ダイオード容量Cは、C
/(1−V/φ)・kとなる。ここで、Cは容量
初期値、VはバラクタダイオードDに印加される印加
電圧、φは定数(拡散電位)、kは定数(不純物電位)
である。そして、バラクタダイオードDのリアクタン
スXは、X=1/(ωC)で表される。Zは振
幅可変回路41−mの特性インピーダンスである。な
お、バラクタダイオードDも同様である。
【0042】図6の回路構成から容易に理解できるよう
に、第mの位相制御電圧V2mが変化すると、必然的に
印加電圧Vが変化する。具体的には、第mの位相制御電
圧V 2mが増加するにつれて、ダイオード容量Cが増
加し、その結果、リアクタンスXが減少する。言い換え
ると、第mの位相制御電圧V2mが増加すると、位相可
変回路42−mへの入力電力はその位相が進む(増加す
る)ことになる。
【0043】上述の説明から容易に理解できるように、
振幅可変回路41−mは第mの振幅制御電圧V1mが増
加すると、その出力振幅を低下させることになる。つま
り、図7(a)に示す特性を有することになる。また、
位相可変回路41−mは第mの位相制御電圧V2mが増
加すると、その出力位相を増加させることになる。つま
り、図7(b)に示す特性を有することになる。さら
に、送信アンプ利得調整回路26bは送信側利得制御電
圧Vが増加すると、その利得値を減少させ、同様に、
受信アンプ利得調整回路27bは受信側利得制御電圧V
が増加すると、その利得値を減少させる。つまり、送
信アンプ利得調整回路26b及び受信アンプ利得調整回
路27bはそれぞれ図7(c)及び(d)に示す特性を
有することになる。
【0044】ところで、いま、アンテナ素子13−1乃
至13−Mの水平指向性を無指向とすると、アレイアン
テナ13の指向性は次のようになる。
【0045】Dh(φ)=1+(I/I)ejα1
+(I/I)ejα2+(I/I)ejα3
…+(I/I)ejαM,ここで、Iは基準とな
るアンテナ素子(標準素子)の電流、Imはアンテナ素
子13−mに流れる電流、α はアンテナ素子13−m
と標準素子との電気位相角である。
【0046】上述の式から明らかなように、アンテナ素
子13−mの電流(給電電力=振幅)が変化すると、D
h(φ)=アンテナ利得が変化することがわかる。従っ
て、上述のようにして、各アンテナ素子13−1乃至1
3−Mに流れる電流を変化させて、ビームパターンを変
化させると、アンテナ利得が変化することになる。この
ため、前述のようにして、送信アンプ利得調整回路26
b及び受信アンプ利得調整回路27bでアンテナ利得を
調整(補正)する。
【0047】ここで、図1及び図8を参照して、ビーム
パターンの変更について説明する。
【0048】まず、基板制御ラック11を操作して、通
信領域を設定する。これによって、アンテナ制御基板1
1aから通信領域設定指令が通信制御回路22に与えら
れ、通信制御回路22はビームパターン変更指令を生成
する。例えば、車載器受信電力をPrとすると、Pr=
Pt+G_ant−10log(4πD/λ)+G_i
uで表される。ここで、Ptは送信電力、G_antは
アンテナ装置21のアンテナゲイン、G_iuは車載器
のアンテナゲイン、Dは通信距離、λは波長である。上
述の式から容易に理解できるように、車両の位置が変化
すると、通信距離D及びアンテナ指向性が変化し、これ
によって、受信電力Prが変化する。車載器には受信感
度が設定されており、一例を挙げれば、−55dBm<
受信電力Prとなる範囲が通信領域として設定される。
従って、通信領域を広くする際には、ビームパターンを
広げる(ブロードビームパターン)とともに、送信増幅
器26及び受信増幅器27の利得を上げる必要がある。
同様にして、通信領域を狭くする際には、ビームパター
ンを狭くする(シャープビームパターン)とともに、送
信増幅器26及び受信増幅器27の利得を下げる必要が
ある。
【0049】上述の説明から容易に理解できるように、
通信制御回路22では、通信領域設定指令に基づいてビ
ームパターン変更指令を生成する。このビームパターン
変更指令は、図3に示すCPU51に与えられ、CPU
51では、ビームパターン変更指令に基づいて、指向性
演算処理を実行する(ステップS1)。具体的には、ビ
ームパターン変更指令に応じて、CPU51は各アンテ
ナ素子13−1乃至13−Mの振幅・位相及び必要なア
ンテナ利得を求める。さらに、CPU51ではアンテナ
利得に基づいて送信利得補正値及び受信利得補正値を算
出する。
【0050】その後、CPU51では、各アンテナ素子
13−1乃至13−Mの振幅・位相に応じて第1乃至第
Mの振幅指令値及び第1乃至第Mの位相指令値を求める
(ステップS2)。続いて、CPU51では、送信利得
補正値及び受信利得補正値に基づいて送信側利得指令値
及び受信側利得指令値を求める(ステップS3)。そし
て、CPU51では、第1乃至第Mの振幅指令値及び第
1乃至第Mの位相指令値と送信側利得指令値及び受信側
利得指令値とを出力する(ステップS4)。
【0051】前述したように、第1乃至第Mの振幅指令
値は、D/A変換回路52−1乃至52−MでD/A変
換されて、第1乃至第Mの振幅制御電圧V11乃至V
1Mとして振幅可変回路41−1乃至41−Mに与えら
れる。同様にして、第1乃至第Mの位相指令値は、D/
A変換回路53−1乃至53−MでD/A変換されて、
第1乃至第Mの位相制御電圧V21乃至V2Mとして位
相可変回路42−1乃至42−Mに与えられる。また、
送信側利得指令値及び受信側利得指令値はそれぞれD/
A変換回路54a及び54bでD/A変換されて、送信
側利得制御電圧V 及び受信側利得制御電圧Vとして
送信側増幅器26及び信側増幅27に与えられる。
【0052】これによって、アレイアンテナ13から出
力されるビームパターンが通信領域設定指令に応じたビ
ームパターンに変更されるとともに、変更後のビームパ
ターンに応じてアンテナ利得(絶対アンテナ利得)が調
整されることになる。
【0053】図1において、アンテナ制御基板11aか
ら呼出し指令が与えられると、通信制御回路22では切
り替えスイッチ30を送信側に切り替え、呼出し指令を
変調回路24に与えるとともに高周波発振器23から高
周波信号を与える。これによって、変調回路24では高
周波信号を呼出し指令で変調して、変調信号を生成す
る。この変調信号は送信側増幅器26で増幅された後、
送信フィルタ28及び振幅位相可変回路31を介してア
レイアンテナ13に与えられ、路側機送信信号としてア
レイアンテナ13から送出される。
【0054】一方、車載機側では路側機送信信号に応答
して、ID番号を含む車載機送信信号を送出する。この
車載機送信信号はアレイアンテナ13で受信信号として
受信され、振幅位相可変回路31及び受信フィルタ29
を介して受信側増幅器27に与えられる。そして、受信
側増幅器27で増幅された後、復調回路25に与えられ
る。復調回路25には高周波発振器23から高周波信号
が与えられ、受信信号は復調信号に復調され、通信制御
回路22に与えられる。この復調信号はアンテナ制御基
板11aに送られることになる。
【0055】この際、前述したように、振幅位相可変回
路31では、第1乃至第Mの振幅制御電圧V11乃至V
1Mと第1乃至第Mの位相制御電圧V21乃至V2M
に基づいて各アンテナ素子13−1乃至13−Mの振幅
・位相を調整することになり、送信側増幅器26及び信
側増幅器27はそれぞれ送信側利得制御電圧V及び受
信側利得制御電圧Vに基づいて利得を変化させること
になる。
【0056】なお、切り替えスイッチ30の代わりにサ
ーキュレータを用いて、送信フィルタ28から振幅位相
可変回路31へ、振幅位相可変回路31から受信フィル
タ29へと一方向へ信号が流れるようにしてもよい。
【0057】上述のようにして、ビームパターンを調整
すると、図9に示すように、課金車線が一車線(例え
ば、通信領域3メートル×3メートル)から二車線(例
えば、通信領域6メートル×6メートル)に変化した際
にも容易に対応することができる。そして、課金車線が
二車線から一車線に変化した際にも容易に対応すること
ができることになる。
【0058】上述のようにして、図1に示すアンテナ装
置21では、通信領域、つまり、車線幅又は道路幅に応
じてビームパターンを変更することができ、さらに、変
更後のビームパターンに応じてアンテナ利得を調整する
ことができる。
【0059】ところで、上述した例では、マニュアルに
よって通信領域を設定して、ビームパターンを変化する
例について説明したが、時間帯に応じてビームパターン
を変化させるようにしてもよい。例えば、図10(a)
に示すように、三車線の道路があり、第1の時間帯にお
いては、課金車線が一車線で、非課金車線が二車線であ
る場合に、第2の時間帯になると、図10(b)に示す
ように、課金車線が二車線となり、非課金車線が一車線
となる場合には、時間帯に応じてビームパターンの変更
するようにすればよい。この際には、例えば、制御基板
ラック11に時間帯毎に異なる通信領域を予め設定して
おき、当該時間帯となると、対応する通信領域指令を通
信制御回路22(図1)に与えるようにすればよい。
【0060】このようにすれば、時間帯に応じて自動的
にビームパターンを変化させることができる。
【0061】次に、図11を参照して、本発明によるモ
ニター装置について説明する。
【0062】図11(a)に示す例では、制御基板ラッ
ク11にモニター装置(以下現場調整装置と呼ぶ)61
が接続されている。この現場調整装置61には、通信部
61a、アンテナ指向性演算部61b、アンテナ指向性
表示部61d、通信領域演算部61c、及び通信領域表
示部61eが備えられており、通信部61aは制御基板
ラック11と相互に通信を行う。なお、現場調整装置6
1は、例えば、パソコンである。
【0063】前述のようにして、通信領域が制御基板ラ
ック11にマニュアルで設定されると、通信領域設定指
令が現場調整装置61に与えられる。アンテナ指向性演
算部61bでは、図8のステップS1で説明したように
して、通信領域設定指令に基づいてアンテナ指向性をシ
ミュレーションして、アンテナ指向性シミュレーション
結果を求める。一方、通信領域演算部61cでは、通信
領域設定指令に基づいて通信領域をシミュレーションし
て、通信領域シミュレーション結果を求める。これらア
ンテナ指向性シミュレーション結果及び通信領域シミュ
レーション結果はそれぞれアンテナ指向性表示部61d
及び通信領域表示部61eに与えられ、画面表示され
る。これによって、例えば、図11(b)に示す画像が
画面表示されることになり、アンテナ指向性及び通信領
域を実際にモニターすることができる。
【0064】なお、モニター結果に基づいて、現場調整
装置61から制御基板ラックに指令を与えて、アンテナ
指向性及び通信領域をさらに調整するようにしてもよ
い。
【0065】次に、上述したアンテナ装置を用いた課金
システムの一例について説明する。
【0066】図12を参照して、図示の道路は、三車線
であり、例えば、その内の二車線が課金車線70a及び
70bとして規定されているものとする。課金車線70
a及び70bに跨がってゲート71が設けられており、
このゲート71にはそれぞれ課金車線70a及び70b
に対応して車両検知センサー72a及び72bが設けら
れている。なお、図示はしないが、課金車線の境界付近
の上方においてゲート71には前述したアンテナ装置
(アレイアンテナ)が取り付けられている。
【0067】いま、車両検知センサー72aが車両を検
知したとすると、車両検知信号が制御基板ラック11に
与えられる。制御基板ラック11では、車両検知信号に
応答して、課金車線70aに通信領域を設定する。これ
によって、前述したようにして、課金車線70aに向か
ってアレイアンテナからビームが形成されることになる
(なお、課金車線70aに向かってビームを形成する際
には、アレイアンテナから課金車線70aに向かってア
レイアンテナからビームが形成されるように、アレイア
ンテナの各アンテナ素子の振幅・位相を調整することに
なる)。これによって、課金車線70aを通過する車両
(車載機)と制御基板ラック11とが通信を行って課金
が実行される。
【0068】この際、車両が車載機を搭載していない
か、通信エラーが発生するか、又は車載機に挿入された
ICカード等にエラーがあると、通信異常が発生する。
通信異常が発生すると、制御基板ラック11では、例え
ば、ナンバープレートカメラ(図示せず)を動作させて
当該車両のナンバープレートを撮影して、不良車両であ
る旨記録する。
【0069】同様にして、車両検知センサー72bが車
両を検知すると、車両検知信号が制御基板ラック11に
与えられる。制御基板ラック11では、車両検知信号に
応答して、課金車線70bに通信領域を設定する。これ
によって、課金車線70bに向かってアレイアンテナか
らビームが形成されることになる。
【0070】上述の例では、複数の課金車線に対して一
台のアンテナ装置を用いて、車両が検知されると当該車
両が走行する課金車線に向かってビームを形成するよう
にしたから、複数の課金車線に対して一台のアンテナ装
置を用いて課金を行うことができる。
【0071】なお、車載機と制御基板ラックとの通信時
間は極めて僅かであるから、時分割的にアンテナビーム
を切り替えるようにしてもよい。つまり、予め定められ
た時間間隔で課金車線70a及び70bの方向にアンテ
ナビームを切り替え制御するようにしてもよい。
【0072】また、図13に示すように、道路に沿って
複数のゲート71を所定の間隔で配置して各ゲート71
にアンテナ装置21(アレイアンテナ)を配置して、前
方のゲート71にナンバープレート撮影カメラ73を配
置するとともに、後方のゲート71に車両検知カメラ7
4を配置するようにしてもよい。この場合には、図12
で説明したように、アンテナ装置21は制御されるが、
車両検知カメラ74で車両が検知されると、まず、前方
のゲート71に配置されたアンテナ装置21を介して制
御基板ラック11は車載機と通信を試みるが、通信異常
となると、再度、後方のゲート71に配置されたアンテ
ナ装置21を介して制御基板ラック11は車載機と通信
を試みる。これによって、通信異常となると、前方のゲ
ート71に配置されたナンバープレート撮影カメラ73
で車両後部に取り付けられたナンバープレートを撮影す
る。
【0073】このようにすれば、通信異常か否かを精度
よく検知して、不良車両のナンバープレートを撮影する
ことができる。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、道路
を通行する車両に搭載された車載機と通信を行い、当該
車両に課金を行う際、車載機との通信を行うための通信
領域を設定する通信領域指令に基づいて、アレイアンテ
ナから形成されるアンテナビームを変化させるとともに
アンテナ利得を調整するようにしたから、一台のアンテ
ナ装置で種々の車線幅又は道路幅に対応できるという効
果があり、この際、通信品質が劣化することもない。
【0075】さらに、時間帯又は予め定められた時間間
隔で自動的にアンテナビームを変化させるとともにアン
テナ利得を調整するようにしたから、車両の通行状態に
応じて一つのアンテナ装置で対応することができるとい
う効果があり、この際、通信品質が劣化することもな
い。
【0076】また、通信領域指令に基づいて、アレイア
ンテナの指向性及びアレイアンテナによって形成される
通信領域を求め、これら指向性及び該通信領域を画面上
に表示するようにしたから、アンテナ装置のビーム状態
を目視でモニターできるという効果がある。
【0077】加えて、車両検知センサーにおいて車両が
検知されると、車両が検知された車線に通信領域を設定
するように通信領域指令を送出してアンテナビームを変
化させるとともにアンテナ利得を調整するようにし、さ
らに、車両との間で通信異常があると、カメラでナンバ
ープレートを撮影するようにしたから、一台のアンテナ
装置を用いて課金を行うことができるばかりでなく、不
正車両のナンバープレートを記録しておくことができる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による可変ビームアンテナ装置の一例
を示すブロック図である。
【図2】 図1に示す振幅位相可変回路の一例を示すブ
ロック図である。
【図3】 図1に示す可変ビーム制御回路の一例を示す
ブロック図である。
【図4】 図1に示す送信側増幅器及び受信側増幅器の
一例を示すブロック図であり、(a)は送信側増幅器を
示す図、(b)は受信側増幅器を示す図である。
【図5】 図2に示す振幅可変回路の回路構成の一例を
示す図である。
【図6】 図2に示す位相可変回路の回路構成の一例を
示す図である。
【図7】 振幅可変回路、位相可変回路、送信側利得調
整回路、及び受信側利得調整回路の特性を説明するため
の図であり、(a)は振幅可変回路の特性を示す図、
(a)は位相可変回路の特性を示す図、(c)は送信側
利得調整回路の特性を示す図、(d)は受信側利得調整
回路の特性を示す図である。
【図8】 図1に示す可変ビーム制御回路の動作を説明
するためのフローチャートである。
【図9】 通信領域の変化を説明するための図である。
【図10】 時間帯によって通信領域を自動的に変化さ
せる例を説明するための図であり、(a)は一車線の場
合を示す図、(b)は二車線の場合を示す図である。
【図11】 モニター装置(現場調整装置)の一例を説
明するための図であり、(a)はモニター装置の一例を
示すブロック図、(b)はモニター装置の画面上に現れ
る画像の一例を示す図である。
【図12】 本発明による課金システムの一例を説明す
るための図である
【図13】 本発明による課金システムのほかの例を説
明するための図である。
【図14】 従来のアンテナ装置を示すブロック図であ
る。
【図15】 図14に示すアンテナ給電回路の一例を示
す図である。
【符号の説明】
11 制御基板ラック 13 アレイアンテナ 21 アンテナ装置 22 通信制御回路 23 高周波発振器 24 変調回路 25 復調回路 26 送信側増幅器 27 受信側増幅器 28 送信フィルタ 29 受信フィルタ 30 切り替えスイッチ 31 振幅位相可変回路 32 可変ビーム制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04B 7/26 H04B 7/26 F B D Fターム(参考) 3E027 EA01 EC03 EC06 5H180 AA01 CC04 CC12 DD10 EE10 JJ27 5J021 AA05 AA07 AA11 CA06 DB01 EA02 FA02 FA06 FA12 FA23 FA24 FA26 FA31 GA04 HA10 JA07 5K067 AA29 AA33 BB26 BB43 CC24 HH21 KK02 KK03 LL01

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 道路を通行する車両に搭載された車載機
    と通信を行う際に用いられるアンテナ装置であって、複
    数のアンテナ素子を有するアレイアンテナと、前記車載
    機との通信を行うための通信領域を設定する通信領域指
    令に基づいて前記アレイアンテナから形成されるアンテ
    ナビームを変化させるとともにアンテナ利得を調整する
    ビーム可変手段とを有することを特徴とする可変ビーム
    アンテナ装置。
  2. 【請求項2】 前記ビーム可変手段は前記アンテナ素子
    毎に与える電力の振幅及び位相を調整して、前記アンテ
    ナビームを変化させるようにしたことを特徴とする請求
    項1に記載の可変ビームアンテナ装置。
  3. 【請求項3】 前記ビーム可変手段は、前記通信領域指
    令に基づいて前記アンテナ素子毎に与える電力の振幅及
    び位相を求めて振幅制御値及び位相制御値を生成する可
    変ビーム制御回路と、前記振幅制御値及び位相制御値に
    基づいて前記アンテナ素子毎に与える電力の振幅及び位
    相を調整する振幅位相可変回路とを有することを特徴と
    する請求項1に記載の可変ビームアンテナ装置。
  4. 【請求項4】 前記ビーム可変手段は、送信側経路に設
    けられた送信側可変利得増幅器と、受信側経路に設けら
    れた受信側可変利得増幅器を有し、前記可変ビーム制御
    回路は、さらに前記通信領域指令に基づいて前記送信側
    可変利得増幅の利得を送信側利得値として求めるととも
    に前記受信側可変利得増幅の利得を受信側利得値として
    求めており、前記送信側可変利得増幅器及び前記受信側
    可変利得増幅器はそれぞれ前記送信側利得値及び前記受
    信側利得値に応じて送信側利得及び受信側利得を調整し
    て前記アンテナ利得を調整するようにしたことを特徴と
    する請求項3に記載の可変ビームアンテナ装置。
  5. 【請求項5】 前記道路は複数の車線を備えており、時
    間帯に応じて前記課金を行う車線数が変更される際前記
    時間帯に応じて前記車線数に対応した前記通信領域を設
    定する前記通信領域指令を生成する制御手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の可変ビームアンテナ装
    置。
  6. 【請求項6】 前記道路は複数の車線を備えており、予
    め定められた時間間隔で前記複数の車線のうちの一つを
    選択車線として選択して該選択車線に前記通信領域を設
    定する前記通信領域指令を生成する制御手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の可変ビームアンテナ装
    置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載された
    可変ビームアンテナ装置とともに用いられ、前記通信領
    域指令を受け該通信領域指令に基づいて前記アレイアン
    テナの指向性及び前記アレイアンテナによって形成され
    る通信領域を求め該指向性及び該通信領域を画面上に表
    示する手段を有することを特徴とするモニター装置。
  8. 【請求項8】 道路を通行する車両に搭載された車載機
    と通信を行い当該車両に課金を行う際に用いられ、請求
    項1乃至4のいずれかに記載された可変ビームアンテナ
    装置を有し、前記道路は複数の車線を備えており、前記
    車線の各々において当該車線走行する車両を検知する車
    両検知センサーと、該車両検知センサーにおいて車両が
    検知されると該車両が検知された車線に前記通信領域を
    設定するように前記通信領域指令を送出する制御手段と
    を有することを特徴とする課金システム。
  9. 【請求項9】 前記車両のナンバープレートを撮影する
    カメラを有し、前記車両との間で通信異常があると、前
    記制御手段は前記カメラを制御して前記車両のナンバー
    プレートを撮影するようにしたことを特徴とする請求項
    8に記載の課金システム。
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