JP2008283639A - アンテナ装置及びその一部を形成する伝送路の長さ決定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えることができるアンテナ装置及びその一部を形成する伝送路の長さ決定方法を提供する。
【解決手段】同軸ケーブル８の端部にケーブル側コネクタ８０が、他端に無反射終端９３が、接続された状態で、ＶＮＡ９から信号波３０を入力し、ケーブル側コネクタ８０の反射係数の位相θ_１を測定する。ケーブル側コネクタ８０を測定用コネクタ９４に取替え、無反射終端９３を取り外した状態で、ＶＮＡ９から信号波３０を入力し、得られた結果に基づいてＶＮＡ９をリセットする。続いて同軸ケーブル８にアンテナ部７を接続し、ＶＮＡ９から信号波３０を入力してアンテナ部７の反射係数の位相θ_２を測定する。そして、信号波３０の波長λ、反射係数の位相θ_１及びθ_２、正の整数Ｎを用いて同軸ケーブル８の伝送路長ＬをＬ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}となるように決定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、アンテナ装置及びその一部を形成する伝送路の長さ決定方法に関し、特に伝送路内を伝播する高周波電波の利得の損失を抑えたアンテナ装置及びその一部を形成する伝送路の長さ決定方法に関する。

従来の技術として、車両の外部と車両のフロントガラス越しに高周波電波の送受信を行う車載無線装置が知られている（特許文献１）。

この車載無線装置は、高周波基板と、高周波基板上に設けられた車載用無線機アンテナと、それらと接続し、信号波が伝播する伝送路とを備え、高周波基板の表面には、放射器が設けられている。

車載無線装置の放射器から放射された高周波電波は、フロントガラスの車内側境界面、及び車外側境界面でそれぞれ反射し、反射した反射波は、高周波基板及び放射器の表面で再び反射される。これらの動作が繰り返されるため、車載用無線機アンテナとフロントガラスとの間で定在波が生じる。この定在波の位相が、受信しようとする高周波電波の位相とずれるとき、車載用無線アンテナの利得は、低下してしまう。そこでこの車載無線装置の車載用無線機アンテナは、利得が最大になるように、車載用無線機アンテナとフロントガラスの距離ＬをＬ＝｛（λ／２）α｝・Ｎ（λは高周波電波の波長、αは反射波の位相ずれに相当する補正定数。）、あるいはその近傍の値になる位置に設置される。
特開２００４−４５２４３号公報

しかし従来の車載用無線機によると、高周波基板と車載用無線アンテナを繋ぐ伝送路の長さ、車載用無線機アンテナのはんだ付けされた接続部分、及びコネクタ部に起因する利得の損失を考えていないので、伝送路を伝播する信号波の利得を上げるのに限界があった。

従って、本発明の目的は、伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えることができるアンテナ装置及びその一部を形成する伝送路の長さ決定方法を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、所定の長さで形成された伝送路と、前記伝送路の第１の接続部に設けられ、電子部品に設けられたコネクタと接続するコネクタ部と、前記伝送路の第２の接続部に設けられ、信号波を送受信するアンテナ部とを有し、前記伝送路は、前記所定の長さを伝送路長Ｌ、前記アンテナ部における前記信号波の反射波の反射係数の位相θ_１、前記コネクタ部における前記信号波の反射波の反射係数の位相θ_２、前記信号波の前記伝送路内波長λ、及び正の整数をＮとするとき、前記伝送路長Ｌは、Ｌ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}で表される長さで形成されていることを特徴とするアンテナ装置を提供する。

このような構成によれば、伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えることができる。

（２）本発明は、上記目的を達成するために、伝送路の端部に第１の接続部が、他端に前記伝送路を伝播する信号波が反射しない無反射終端が接続された状態で、前記第１の接続部と接続する測定装置の第１の無反射接続部から入力する前記信号波の前記第１の接続部による反射波の反射係数の位相θ_１を前記測定装置によって測定する位相θ_１測定手段と、前記伝送路の前記端部に接続された前記第１の接続部を第２の無反射接続部に取替え、前記伝送路の前記他端に接続された前記無反射終端を接続解除した状態で、前記測定装置から前記第１及び第２の無反射接続部を介して前記信号波を前記伝送路に入力し、得られた結果に基づいて前記測定装置をリセットするリセット手段と、前記伝送路の前記他端に第２の接続部を接続し、前記信号波の前記第２の接続部による前記反射波の反射係数の位相θ_２を前記測定装置によって測定する位相θ_２測定手段と、前記信号波の前記伝送路内波長λ、前記反射係数の位相θ_１及びθ_２、正の整数Ｎを用いて伝送路長ＬをＬ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}となるように決定する伝送路長決定手段とを有することを特徴とする伝送路の長さ決定方法を提供する。

このような構成によれば、伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えることができる。

本発明によると、伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面を参考にして詳細に説明する。
[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る自動料金収受システムの概略図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る車側無線装置本体の設置状況を示す図である。本実施の形態は、自動料金収受システムとしてのＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）システムの車側無線装置に適用した場合について説明する。

（自動料金収受システム１の構成）
自動料金収受システム１は、路側無線装置２０が上部に設置された料金所ゲート２と、路側無線装置２０から送信され、通行料金等の情報を有する電波３と、車両４と、車両４に搭載され、車側無線装置本体６、及びアンテナ部７を有する車側無線装置５とで概略構成されている。

この自動料金収受システム１は、車両４に搭載された車側無線装置５と路側無線装置２０との間で無線通信を行い、自動的に通行料金を支払うシステムである。

本実施の形態においては、ＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ：専用狭域通信）無線方式を採用し、５．８ＭＨｚの高周波の電波３（波長約５０ｍｍ）を用いる。このＤＳＲＣ無線方式によれば、狭い通信エリア（３〜３０ｍ程度）を設定することができ、通信エリア外への電波の漏洩及び通信エリア内における電波３の混信等が少ないので、通信の個別性及び信頼性の高い通信が行える。

また車側無線装置本体６は、図２に示すように、車両４の内部に設置され、図示しないＩＤカードが挿入されるカード読取部６１を有する。

（車側無線装置５の構成）
図３は、本発明の実施の形態に係る車側無線装置のブロック図であり、図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る車側無線装置の概略構成図であり、図４（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る同軸ケーブル内を伝播する信号波の概略図である。なお、以下の図のコネクタ部分は、理解を容易にするため、互いに離れているが、実際は結合しているものとする。

車側無線装置本体６は、アンテナ７４を介して電波３の送受信を行う通信部６０と、カード読取部６１と、車両４に付されたＩＤ等を記憶する記憶部６２と、車両４に備えられたバッテリーを利用して電力を供給する電源部６３と、各部を制御する制御部６４とを有する。また、車側無線装置本体６は、図４（ａ）に示すように、アンテナ部７と伝送路としての同軸ケーブル８によって接続されている。ここで、図４（ｂ）に示す符号３０は、送受信される電波３が同軸ケーブル８内を伝播するときの信号波３０を示している。

（アンテナ部７の構成）
図５は、本発明の実施の形態に係るアンテナ部の概略構成図である。アンテナ部７は、図示しない電気回路パターン等を有するアンテナ基板７０と、同軸ケーブル８の中心導体８２と電気的に接続するハンダ部７１と、同軸ケーブル８を固定する固定金具７２と、導電性を有する端子７３と、アンテナ７４とを有し、例えば、合成樹脂等の図示しない筐体に収められている。アンテナ基板７０の表面には、固定金具７２及び端子７３が設けられ、裏面には、アンテナ７４が設けられている。

端子７３は、アンテナ基板７０の接地パターンに電気的に接続され、中心導体８２は、ハンダ部７１を介してアンテナ基板７０の電気回路パターンに電気的に接続している。

アンテナ７４は、アンテナ基板７０のアンテナパターンと電磁結合することで、高周波電波を送受信することが可能であり、例えば、銅を厚さ０．３〜０．８μｍめっきした板状の部材表面に、更に、錫を厚さ０．５〜１．５μｍめっきして作製される。

アンテナ部７の設置位置は、図１に示す料金所ゲート２の上部に設置された路側無線装置２０からの電波３を受信しなければならないので、取扱性及び視認性から、本実施の形態においては、図２に示すダッシュボード４０上に設置しているが、例えばルームミラー４１の裏側等でも良く、これに限定されない。

（同軸ケーブル８の構成）
同軸ケーブル８は、図５に示すように、中心導体８２と、中心導体８２の周囲に形成された絶縁体８３と、絶縁体８３の周囲に形成された外部導体８４と、外部導体８４の周囲に形成された保護被膜８５とで構成されており、信号波３０が伝播している。図４（ａ）に示す同軸ケーブル８の伝送路長Ｌは、中心導体８２の長さを表している。

同軸ケーブル８は、図４（ａ）に示すように、第１の接続部としてのケーブル側コネクタ８０を有し、ケーブル側コネクタ８０によって無線装置側コネクタ６５に接続される。また、同軸ケーブル８は、他方の端部が第２の接続部としてのアンテナ部７に接続されている。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置は、伝送路としての同軸ケーブル８と、コネクタ部としてのケーブル側コネクタ８０と、アンテナ部７とから構成されており、同軸ケーブル８は、後述する所定の長さで形成されている。なお、同軸ケーブル８は、ストリップライン、マイクロストリップライン、又は導波管でも良く、これに限定されない。

（同軸ケーブル８の最適な長さの決定方法）
図６は、本発明の実施の形態に係る反射係数位相の測定に関する概略図であり、図６（ａ）は、ケーブル側コネクタの反射係数位相の測定に関する図であり、図６（ｂ）は、校正面付近の拡大図である。図７は、本発明の実施の形態に係る反射係数位相の測定に関する概略図であり、図７（ａ）は、校正を取る場合に関する図であり、図７（ｂ）は、アンテナ部の反射係数位相の測定に関する図であり、図７（ｃ）は、アンテナ基板の拡大図である。図８は、本発明の実施の形態に係る損失抵抗と同軸ケーブルの長さに関する図であり、横軸を同軸ケーブルの伝送路長Ｌ（ｍｍ）、縦軸を損失抵抗ＲＬ（ＲＬｏｓｓ）（ｄＢ）としている。

同軸ケーブル８を伝播する信号波３０は、ケーブル側コネクタ８０及びアンテナ部７で反射し、その反射によって発生した反射波の位相によっては、信号波３０を弱め、利得を下げてしまうので、反射波の位相が信号波３０を強める位相になるように同軸ケーブル８の伝送路長Ｌを以下の方法によって決定する。なお、本実施の形態においては、反射が発生する部分をケーブル側コネクタ８０及びアンテナ部７としたが、これに限定されず、同軸ケーブル８に信号波３０を反射する部材が接続された場合に適用可能である。

各測定は、測定装置としてＶＮＡ９（Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ；ベクトルネットワークアナライザ）を用いて行われる。図６（ａ）に示す測定用ケーブル９０と第１の無反射接続部としての測定用コネクタ９１は、高い整合性を有するので、測定用ケーブル９０内を伝播する信号波３０は、測定用ケーブル９０と測定用コネクタ９１の接続部分付近で反射しない。

（１）ケーブル側コネクタの反射係数位相θ_１測定手段
端部に測定用コネクタ９１が接続された測定用ケーブル９０をＶＮＡ９に繋ぎ、続いて、測定用コネクタ９１と同軸ケーブル８の端部に接続されたケーブル側コネクタ８０を接続する。同軸ケーブル８は、他の端部に無反射終端９３が接続されており、同軸ケーブル８と無反射終端９３の接続部付近において、信号波３０の反射は起こらない。その結果、図６（ｂ）に示すように、ケーブル側コネクタ８０における信号波３０の第１の反射波３１を測定することが可能になる。

ＶＮＡ９から信号波３０を測定用ケーブル９０、測定用コネクタ９１を介してケーブル側コネクタ８０に入力すると、校正面９２付近で第１の反射波３１が生じる。ＶＮＡ９は、この第１の反射波３１を測定し、信号波３０の位相と第１の反射波３１の位相のずれである反射係数位相θ_１を測定する。測定の結果例えばθ_１＝６６．９が得られた。

（２）ＶＮＡ９のリセット手段
続いて、同軸ケーブル８に接続されていたケーブル側コネクタ８０と無反射終端９３を取外し、測定用ケーブル９０に接続された測定用コネクタ９１と高い整合性を有する第２の無反射接続部としての測定用コネクタ９４を同軸ケーブル８に接続し、測定用コネクタ９１と測定用コネクタ９４を接続する。ＶＮＡ９から信号波３０を測定用ケーブル９０、測定用コネクタ９１及び測定用コネクタ９４を介して同軸ケーブル８に伝播させる。

伝播した信号波３０は、理想的にはどこにも反射することがないので、ＶＮＡ９は反射波を測定しないが、ノイズ等により何らかの値が検出された場合は、ＶＮＡ９をリセット（調整）する。そうすることによって、校正面９２を同軸ケーブル８の終端面に設定することができ、続く測定が可能になる。

（３）アンテナ部７の反射係数位相θ_２測定手段
校正面９２を同軸ケーブル８の終端面に設定したのち、図５に示すように、同軸ケーブル８をアンテナ基板７０に接続する。接続したのち、ＶＮＡ９から信号波３０を測定用ケーブル９０、測定用コネクタ９１及び測定用コネクタ９４を介して同軸ケーブル８に伝播させる。

同軸ケーブル８を伝播した信号波３０の一部は、校正面９２付近のハンダ部７１において、図７（ｃ）に示す第２の反射波３２として反射する。ＶＮＡ９は、この第２の反射波３２を測定し、信号波３０の位相と第２の反射波３２の位相のずれである反射係数位相θ_２を測定する。測定の結果例えばθ_２＝２２が得られた。

（４）同軸ケーブル８の伝送路長決定手段
こうして得られた反射係数位相θ_１及びθ_２に基づいて、同軸ケーブル８の伝送路長Ｌを算出する。算出する式は、第１及び第２の反射波３１、３２の位相が、信号波３０の位相と強め合うようになれば良いので、信号波３０の波長をλ、自然数をＮ、反射係数位相θ_１及びθ_２とすると、次の式として与えられる。
Ｌ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}・・・（Ａ）

上記の式（Ａ）に、信号波３０の波長λ（３４ｍｍ）、自然数Ｎ（１）、測定された反射係数位相θ_１（６６．９）及びθ_２（２２）を代入すると、Ｌ≒２６０ｍｍが得られた。

上記の方法によって得られた伝送路長Ｌは、図８に示す、実際に測定された最適長さｌ（２６２ｍｍ）との誤差が１％程度であり、また、損失抵抗ＲＬも−１．５ｄＢ程度の差であった。

この得られた伝送路長Ｌ（２６０ｍｍ）に基づいて、例えば、車側無線装置本体６とアンテナ部７の距離が１．５ｍ欲しいときは、Ｎが６のとき、すなわち、Ｌ＝１．５６ｍが利得の損失が最も少ない同軸ケーブル８の長さであることがわかる。

[実施の形態の効果]
上記した実施の形態によると、伝送路を伝播する信号波の利得の損失を抑えた同軸ケーブル８の伝送路長Ｌが決定できる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や基板間を接続する伝送路のように本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の実施の形態に係る自動料金収受システムの概略図である。 本発明の実施の形態に係る車側無線装置本体の設置状況を示す図である。 本発明の実施の形態に係る車側無線装置のブロック図である。 （ａ）は、本発明の実施の形態に係る車側無線装置の概略構成図であり、（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る同軸ケーブル内を伝播する信号波の概略図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナ部の概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る反射係数位相の測定に関する概略図であり、（ａ）は、ケーブル側コネクタの反射係数位相の測定に関する図であり、（ｂ）は、校正面付近の拡大図である。 本発明の実施の形態に係る反射係数位相の測定に関する概略図であり、（ａ）は、校正を取る場合に関する図であり、（ｂ）は、アンテナ部の反射係数位相の測定に関する図であり、（ｃ）は、アンテナ基板の拡大図である。 本発明の実施の形態に係る損失抵抗と同軸ケーブルの長さに関する図である。

符号の説明

１…自動料金収受システム、２…料金所ゲート、３…電波、４…車両、５…車側無線装置、６…車側無線装置本体、７…アンテナ部、８…同軸ケーブル、２０…路側無線装置、３０…信号波、３１…第１の反射波、３２…第２の反射波、４０…ダッシュボード、４１…ルームミラー、６０…通信部、６１…カード読取部、６２…記憶部、６３…電源部、６４…制御部、６５…無線装置側コネクタ、７０…アンテナ基板、７１…ハンダ部、７２…固定金具、７３…端子、７４…アンテナ、８０…ケーブル側コネクタ、８２…中心導体、８３…絶縁体、８４…外部導体、８５…保護被膜、９０…測定用ケーブル、９１…測定用コネクタ、９２…校正面、９３…無反射終端、９４…測定用コネクタ、Ｌ…伝送路長、ｌ…長さ、Ｎ…自然数、θ_１…反射係数位相、θ_２…反射係数位相、λ…波長、ＲＬ…損失抵抗

Claims (3)

1. 所定の長さで形成された伝送路と、
   前記伝送路の第１の接続部に設けられ、電子部品に設けられたコネクタと接続するコネクタ部と、
   前記伝送路の第２の接続部に設けられ、信号波を送受信するアンテナ部と、
   を有し、
   前記伝送路は、前記所定の長さを伝送路長Ｌ、前記アンテナ部における前記信号波の反射波の反射係数の位相θ_１、前記コネクタ部における前記信号波の反射波の反射係数の位相θ_２、前記信号波の前記伝送路内波長λ、及び正の整数をＮとするとき、前記伝送路長Ｌは、
   Ｌ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}
   で表される長さで形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記伝送路は、ストリップライン、マイクロストリップライン、導波管又は同軸ケーブルであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 伝送路の端部に第１の接続部が、他端に前記伝送路を伝播する信号波が反射しない無反射終端が接続された状態で、前記第１の接続部と接続する測定装置の第１の無反射接続部から入力する前記信号波の前記第１の接続部による反射波の反射係数の位相θ_１を前記測定装置によって測定する位相θ_１測定手段と、
   前記伝送路の前記端部に接続された前記第１の接続部を第２の無反射接続部に取替え、前記伝送路の前記他端に接続された前記無反射終端を接続解除した状態で、前記測定装置から前記第１及び第２の無反射接続部を介して前記信号波を前記伝送路に入力し、得られた結果に基づいて前記測定装置をリセットするリセット手段と、
   前記伝送路の前記他端に第２の接続部を接続し、前記信号波の前記第２の接続部による前記反射波の反射係数の位相θ_２を前記測定装置によって測定する位相θ_２測定手段と、
   前記信号波の前記伝送路内波長λ、前記反射係数の位相θ_１及びθ_２、正の整数Ｎを用いて伝送路長ＬをＬ≒（λ／２）{Ｎ−（θ_２―θ_１）／π}となるように決定する伝送路長決定手段とを有することを特徴とする伝送路の長さ決定方法。
   

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