JP2010068274A - パッチアンテナ、灯器および交通信号灯器 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化が可能となるパッチアンテナを提供する。
【解決手段】パッチ素子１１とグランド素子１２とを有するパッチアンテナである。パッチ素子１１の中心Ｃから端部Ｅまでの距離をＬとした場合に、当該パッチ素子１１の給電点Ｐが、当該端部ＥからＬ／１０の位置よりも中心側に位置している。
【選択図】 図６

Description

本発明は、パッチアンテナ、パッチアンテナを備えている灯器及びパッチアンテナを備えている交通信号灯器に関する。

近年、交通安全の促進や交通事故の防止を目的として、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）が提案されている。このＩＴＳでは、道路に通信装置（インフラ装置）が設置されており、この通信装置のアンテナから発せられた情報を、道路を走行する車両の車載機が受信し、この情報を活用することにより、車両の走行についての安全性を向上させることができる（特許文献１参照）。
このような路車間通信を無線によって行う場合、無線通信の見通しを確保する観点から、歩道等に設置した支柱から車道側にアームを張り出し、このアーム上に通信装置のアンテナを取り付けている。また、前記アームを設けなくても見通しが確保できる場合、前記支柱にアンテナを取り付けることが可能となる。

特許第２８０６８０１号公報

前記通信装置のアンテナを道路に設置するために、アンテナ専用の支柱を新たに設けることは経済的でなく、また、道路の美観の点でも好ましくない。また、道路には車両感知器や光ビーコンのヘッド等が設置されているため、これらを取り付けている支柱やアームにアンテナを併設することが考えられるが、この場合においても、美観の点で好ましくない。

そこで、本願出願人は、アンテナ設置用の支柱を不要とでき、道路の美観を損なうことがないように、道路に設置される灯器の光学ユニット内にパッチアンテナを格納した発明を提案している（例えば、特願２００７−１８６０８２および特願２００７−１８６０１９号）。このように、パッチアンテナを光学ユニット内に格納するためには、パッチアンテナをコンパクトにするのが好ましい。

そこで、コンパクト化が可能となるパッチアンテナ、このパッチアンテナを備えた灯器およびこのパッチアンテナを備えた交通信号灯器を提供することを目的とする。

本発明は、パッチ素子とグランド素子とを有するパッチアンテナであって、前記パッチ素子の中心から端部までの距離をＬとした場合に、当該パッチ素子の給電点が、当該端部からＬ／１０の位置よりも中心側に位置していることを特徴とする。

パッチアンテナでは、パッチ素子における電圧の分布がパッチ素子の中心で０となり、パッチ素子の端部で最大となる。また、電流は中心で最大となり、端部で０に近くなる。したがって、インピーダンス（電圧／電流）は中心で０となり、端部で高インピーダンスとなる。このように、パッチ素子の中心に近づくとインピーダンスは小さくなる。そこで、本発明のように、パッチ素子の給電点が、パッチ素子の端部からＬ／１０の位置よりも中心側に位置していることで、インピーダンスを小さくさせ、このインピーダンスと整合をとるために、パッチ素子とグランド素子との間隔を小さくすることができる。これにより、パッチアンテナを薄く構成することができ、アンテナのコンパクト化が図られる。

また、前記パッチ素子は、前記給電点の位置に給電線が半田付けされる接続部を有し、前記接続部の周りに、前記パッチ素子を貫通している貫通孔が形成されているのが好ましい。
パッチ素子に給電線を接続する方法として半田付けがある。従来では、給電点をパッチ素子の端部とするのが通常であり、このために、給電線はパッチ素子の端部において半田付けによって接続されている。この場合、端部の位置では、接続のための熱が逃げ難くいため、給電線を接続しやすい。
これに対して本発明によれば、前記のとおり給電点をパッチ素子の端部よりも中心側に近づけていることで、従来のように端部で給電線を接続する場合に比べて、半田付けの際の熱がパッチ素子を伝導して逃げやすくなり、給電線を接続しにくくなることも考えられるが、前記接続部の周りに貫通孔が形成されているので、この貫通孔によって熱がパッチ素子内を逃げにくくなり、給電線を接続しやすくなる。

また、使用周波数帯が１ＧＨｚを超えるような場合、パッチアンテナのコンパクト化は比較的容易となるが、パッチ素子が１ＧＨｚ未満の周波数帯で用いられる大きさに設定されていても、本発明のように、パッチ素子の給電点を、パッチ素子の端部からＬ／１０の位置よりも中心側に位置させることで、パッチ素子とグランド素子との間隔を小さくすることができ、パッチアンテナをコンパクトにすることが可能となる。

また、前記パッチ素子の給電点は、当該パッチ素子の端部からＬ／１．７の位置よりも当該端部側に位置しているのが好ましい。
パッチ素子の端部からＬ／１．７の位置よりも中心側に給電点が位置していると、所定のアンテナ性能（例えばＶＳＷＲ）を確保するためにはパッチアンテナの使用帯域が狭くなってしまうが、この場合、アンテナ性能を確保しつつ使用帯域が狭くなることを抑制することができる。

また、本発明の灯器は、発光体、および、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材を有する光学ユニットと、前記光学ユニット内に、パッチ素子が前でありグランド素子が後となって格納されている前記パッチアンテナとを備えたことを特徴とする。
本発明の灯器によれば、パッチアンテナを前後方向に薄く構成することができるので、パッチアンテナを光学ユニット内に格納しやすい。

また、前記灯器の前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を更に有し、前記基板と前記発光体の前端との前後方向の間に、前記パッチ素子および前記グランド素子が設置されているのが好ましい。
この場合、光学ユニットの基板と発光体の前端との前後方向の間にパッチ素子およびグランド素子を設置するために、前記のとおりパッチ素子とグランド素子との間隔を小さくできることから、基板から発光体の前端までの距離を大きくするために当該発光体の前後方向の長さを特別に長くしなくてもよい。また、パッチ素子およびグランド素子は、基板よりも前方に設置された構成となるため、基板がパッチアンテナによる電波の送受信の妨げになるのを防止することができる。さらに、パッチ素子は発光体の前端と前後方向同じ位置乃至後方に設置されるので、パッチ素子が発光体による前方への発光の妨げとならない。

また、この灯器において、前記パッチ素子は、前記給電点の位置に給電線が半田付けされる接続部を有し、前記接続部の周りに、前記パッチ素子を貫通している貫通孔が形成され、前記貫通孔に前記発光体を挿通させた状態で、前記基板と前記発光体の前端との前後方向の間に、前記パッチ素子および前記グランド素子が設置されているのが好ましい。
この場合、接続部の周りに貫通孔が形成されているので、この貫通孔によって半田付けの際の熱がパッチ素子内を逃げにくくなり、給電線を接続しやすくなる。そして、このように給電線を接続させやすくする貫通孔を利用して、すなわち、貫通孔に発光体を挿通させることによって、基板と発光体の前端との前後方向の間に、パッチアンテナを設置することができる。

また、本発明の交通信号灯器は、前方に投光する発光体、および、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材を有する光学ユニットと、前記光学ユニット内に、パッチ素子が前でありグランド素子が後となって格納されている前記パッチアンテナとを備えたことを特徴とする。

本発明の交通信号灯器によれば、パッチアンテナを前後方向に薄く構成することができるので、パッチアンテナを光学ユニット内に格納しやすい。また、光学ユニットの投光方向と、この光学ユニットに格納したパッチアンテナの指向性とを前方に一致させることができる。そして、交通信号灯器は前方の車両に対して見通しが良い位置に設置されることから、この交通信号灯器の光学ユニットに格納したパッチアンテナに前方へのアンテナ指向性を持たせることによって、例えば車両に搭載させた車載機との間で、良好な通信状態を得ることが可能になる。

本発明のパッチアンテナによれば、パッチ素子とグランド素子との間隔を小さくすることができパッチアンテナを薄く構成することができ、アンテナのコンパクト化が図られる。このため、本発明の灯器及び交通信号灯器によればパッチアンテナを光学ユニット内に格納しやすくなる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。図１の灯器は道路に設置される交通信号灯器１（以下、単に信号灯器という）であり、車両用のものである。歩道等の路側に支柱４０が設置され、この支柱４０から車道側にアーム４１が張り出されて設けられており、このアーム４１に信号灯器１が取り付けられている。

信号灯器１は、複数（図例では三つ）の光学ユニット２と、この光学ユニット２を組み込んでいる筐体３とを有している。三つの光学ユニット２は、赤、黄、青の灯光色をそれぞれ有している。各光学ユニット２にはひさし（図示せず）が取り付けられる。また、支柱４０には、この信号灯器１を制御する制御装置５が取り付けられている。なお、信号灯器１の設置構造は図示しているもの以外であってもよく、図示しないが前記支柱４０および前記アーム４１の形態が異なっていてもよく、また、信号灯器１は歩道橋に架設されたものであってもよい。また、前記制御装置５は、信号灯器１の筐体３内に設けられていてもよい。

制御装置５は信号灯器１の点灯等を制御する機能を有し、さらに、制御装置５は後述するアンテナ４を利用した無線通信制御を行うことができる。または、点灯等を制御するこの制御装置５と、アンテナ４による無線通信用の制御装置とは、別々であっても良い。これら両制御装置が別々である場合、両制御装置を同一の前記筐体３内に格納することができる。または、無線通信用の制御装置を、信号灯器１の点灯等を制御する制御装置５の近傍（同一の支柱４０）に設置することができる。

図２、図３および図４は、１つの光学ユニット２の斜視図、正面図および断面図である。光学ユニット２は、発光体としての発光ダイオード７（以下ＬＥＤ７という）と、複数のＬＥＤ７が前面８ａに実装されたＬＥＤ基板８（以下、基板８という）と、収容部材６と、カバー部材９とを有している。また、本実施形態の光学ユニット２は、基板８やＬＥＤ７による太陽光の反射を防止するための反射防止部材（遮光部材）１０を有している。

基板８は、円形の板状に形成されている。基板８の裏面には配線パターンが形成されていて、この配線パターンはＬＥＤ７のリード線（端子）７ｃ，７ｄ（図４参照）と繋がっている。基板８上には複数のＬＥＤ７が面状に広がって配設されている。
図５は、ＬＥＤ７およびその周辺部を示している拡大断面図である。ＬＥＤ７は、ＬＥＤ素子７ｂおよびモールド部７ｅを有する発光本体７ｆと、この発光本体７ｆから後方へ延びている二本のリード線７ｃ，７ｄとを有している。モールド部７ｅは、ＬＥＤ素子７ｂを被覆している。また、モールド部７ｅはレンズ部となる。このモールド部７ｅの前端がＬＥＤ７の前端３９となる。

図４において、収容部材６は、鋼板、アルミ又は合成樹脂材により形成され、底部（底壁）６ａと、この底部６ａの周縁から立設した側部（側壁）６ｂとを有している皿形状であり、前方に開口している。側部６ｂの開口側の内周には段部６ｃが形成され、この段部６ｃに、カバー部材９が着脱可能に取り付けられている。収容部材６とカバー部材９との間に収容空間部Ｓが形成されていて、この収容空間部ＳにＬＥＤ７および基板８が収容されている。基板８は収容部材６に反射防止部材１０を介して固定されている。収容空間部Ｓのうち、基板８よりも前方が前空間部Ｓ１であり、基板８よりも後方が後空間部Ｓ２である。

カバー部材９は、ガラス又は樹脂製で可視光透過性を有しており（可視光に対して透明であり）複数のＬＥＤ７を前方で覆っている。この光学ユニット２において、前方とは光の投光側であり（カバー部材９側であり）、後方とは収容部材６の底部６ａ側である。

反射防止部材１０は、基板８の前面８ａやＬＥＤ７内の反射鏡７ａ（図５参照）に対して西日や朝日等の太陽光が入射するのを制限することにより、基板８や反射鏡７ａによる反射で信号灯器１が見づらくなったり、点灯していない信号灯器１が点灯しているように見える「擬似点灯」が生じたりすることを防止するものである。また、反射防止部材１０は、基板８や、後述するアンテナ４を支持する支持部材としての機能を有している。

反射防止部材１０は、絶縁材（不導体）からなる合成樹脂材により板状として形成され、基板８よりも前方に、当該基板８に（アンテナ４を挟んで）対向して配置されている。反射防止部材１０は、円形の板状（面状）に形成された板状部１０ａを備え、この板状部１０ａは、ＬＥＤ７の前端３９よりも後方に設けられている。板状部１０ａには、ＬＥＤ７の配置に対応して、ＬＥＤ７を挿通させるための複数の挿通孔１０ｂが形成されている。板状部１０ａは、主に基板８に対して太陽光が直接当たることを防止している。反射防止部材１０は、黒色の合成樹脂材により形成されるか、少なくとも板状部１０ａの前面が黒色に塗装され、太陽光の反射が防止されている。反射防止部材１０は、板状部１０ａの外周部を前記段部６ｃに嵌合させ、収容部材６に固定されている。
板状部１０ａの後面にはボス部１０ｃ（図４参照）が後方突出状に形成されている。基板８は、ボス部１０ｃのネジ穴に螺合させたネジ２５によって、板状部１０ａに固定されている。板状部１０ａと基板８との間には、ボス部１０ｃの高さに相当する間隔が設けられている。

図２〜図５に示すように、反射防止部材１０の前記挿通孔１０ｂの上縁には、庇部１０ｈが前方に突出するように形成されている。庇部１０ｈ（図５参照）は、西日や朝日などの斜め上方から照りつける太陽光ＯがＬＥＤ７の反射鏡７ａに入射することを防止している。庇部１０ｈの前端は、ＬＥＤ７の前端３９よりも突出している。反射防止部材１０の挿通孔１０ｂは、ＬＥＤ７のモールド部７ｅよりも直径が大きく、当該挿通孔１０ｂは、モールド部７ｅの外周面を囲い、基板８から前方へ立設させたＬＥＤ７の姿勢を保持する機能を有している。なお、反射防止部材１０は、基板８による太陽光の反射を防止する機能のみを有するものであってもよく、ＬＥＤ７による太陽光の反射を防止する機能のみを有するものであってもよい。

そして、図２〜図５に示しているように、光学ユニット２にアンテナが組み込まれている。アンテナはパッチアンテナ４であり、パッチ素子１１とグランド素子１２とを有している。パッチ素子１１とグランド素子１２とは、前記収容空間部Ｓに収容されていて、グランド素子１２は基板８よりも前方に設けられており、パッチ素子１１はグランド素子１２よりも前方に設けられている。パッチ素子１１およびグランド素子１２は、反射防止部材１０の後方に設けられているため、反射防止部材１０は、パッチ素子１１およびグランド素子１２を隠すことができ、前方から見えなくすることができる。

パッチ素子１１は平面状（平板状）に形成されている。パッチ素子１１は、例えば図示しないがボルトおよびナットよりなる締結具によって反射防止部材１０の板状部１０ａに取り付けられている。図４では、パッチ素子１１は、板状部１０ａの後方側に設けられている。パッチ素子１１は、基板８から前方へ離れて設けられているが、ＬＥＤ７の前端３９よりも後方に位置している。

グランド素子１２は、平面状（平板状）に形成されていて、基板８の前面８ａ側において反射防止部材１０に取り付けられている。図４に示すように、反射防止部材１０の後面にボス部１０ｆが形成されていて、このボス部１０ｆにグランド素子１２はネジ２６によって固定されている。グランド素子１２は、前後方向について基板８とＬＥＤ７の前端３９との間の位置であり、かつ、パッチ素子１１の後方に設けられている。このように、グランド素子１２（及びパッチ素子１１）が基板８よりも前方に設けられているため、基板８がパッチアンテナ４による電波の送受信の妨げになるのを防止することができる。

パッチ素子１１およびグランド素子１２を金属板から形成することができる。パッチ素子１１およびグランド素子１２の材質としては、導電性があり、導電率の高い材料が好ましく、例えば、銅、真鍮などの銅合金、アルミが好ましく、鉄、ニッケル又はその他の金属とすることもできる。また、高周波は表面に電流が流れることから、樹脂製等の不導体からなる板部材に、金属蒸着したものや、金属メッキ（金や銀のメッキ）を施したものであってもよい（図示せず）。また、パッチ素子１１およびグランド素子１２の形状については、任意とすることができ、矩形または円形とすることができる。
さらに、グランド素子１２とパッチ素子１１との間には、比誘電率が空気よりも大きい誘電体（誘電部材）が介在していてもよいが、図示している形態では、誘電体を省略して空気が介在している。

パッチ素子１１とＬＥＤ７とは前後方向の位置について重複していることから、パッチ素子１１には、ＬＥＤ７を挿通させる開口部として貫通孔３４（図５参照）が形成されている。同様に、グランド素子１２とＬＥＤ７とは前後方向の位置について重複していることから、グランド素子１２にはＬＥＤ７（リード線７ｃ，７ｄ）を挿通させる開口部として貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４，３４は、パッチ素子１１及びグランド素子１２を貫通している孔であり、これら貫通孔１４，３４の配置は、ＬＥＤ７の配置と一致していて、パッチ素子１１およびグランド素子１２は網目構造となっている。ＬＥＤ７を貫通孔３４および貫通孔１４に挿し入れることにより、パッチ素子１１およびグランド素子１２は、ＬＥＤ７に干渉することがなく、所定の位置に設置される。

図４において、収容部材６（底部６ａ）には、アンテナ４用の同軸ケーブル１５を接続させる端子部１９が取り付けられており、この端子部１９に、図１の制御装置５側から延びる同軸ケーブル１５を接続することができる。そして、端子部１９から後空間部Ｓ２へ延びる同軸ケーブル１５ａが、パッチアンテナ４に接続されている。
図５において、同軸ケーブル１５ａは、内導体１５ｂ、絶縁体１５ｃ、外導体１５ｄおよび被覆部１５ｅを有しており、内導体１５ｂがパッチ素子１１に半田付けによって接続されていて、外導体１５ｄがグランド素子１２に半田付けによって接続されている。この同軸ケーブル１５ａによって、アンテナ４に給電が行われる。
また、図１の制御装置５側から延びるＬＥＤ７用の電源ケーブル（図示せず）が、収容部材６の底部６ａに取り付けた端子部（図示せず）を介して、基板８と接続されている。

図６はパッチアンテナ４の給電点Ｐを説明する説明図である。図６において、パッチ素子１１の中心がＣであり、端部がＥである。パッチ素子１１が矩形であるため、対角線の交点が中心Ｃとなる。なお、パッチ素子１１が円形である場合、その円の中心がパッチ素子１１の中心Ｃとなる。また、端部Ｅは中心Ｃから給電点Ｐを結ぶ直線と、パッチ素子１１の端縁（一辺）との交点である。また、パッチ素子１１の中心Ｃから端部Ｅまでの距離をＬとしている。

パッチ素子１１は、同軸ケーブル１５ａの内導体１５ｂ（図５参照）を接続する接続部１３を有している。接続部１３は、パッチ素子１１のうち、内導体１５ｂを挿通させる孔が形成されている部分であり、かつ、当該内導体１５ｂが半田付けされる部分（加熱によって接続する部分）である。つまり、給電点Ｐとする位置に接続部１３が設けられていて、接続した内導体１５ｂの位置が給電点Ｐと一致する。

なお、パッチアンテナ４において、パッチ素子１１の素子長（図６では２Ｌ）は１／２波長であることから、パッチ素子１１における電圧の分布は中心Ｃで０となり、端部Ｅで最大となる。また、電流は中心Ｃで最大となり、端部Ｅで０に近くなる。したがって、インピーダンス（電圧／電流）は中心Ｃで０となり、端部Ｅで高インピーダンスとなる。このように、パッチ素子１１の中心Ｃに近づくとインピーダンスは小さくなる（図７参照）。図７はインピーダンスの分布を説明する説明図である。給電点Ｐが中心Ｃに近づきすぎるとアンテナとしての機能が低下し、インピーダンスが０であると電波を放射することができない。

そこで、図６において、本発明のパッチアンテナ４では、パッチ素子１１の給電点Ｐは、端部ＥからＬ／１０の位置よりも中心Ｃ側に位置している。このように、パッチ素子１１の給電点Ｐを、端部Ｅよりも中心Ｃ側に位置させることで、インピーダンスが小さくなり、このインピーダンスと整合をとるために、パッチ素子１１とグランド素子１２との前後方向の間隔（図５の素子間ｄ）を小さくすることができる。これにより、パッチアンテナ４を前後方向に薄く構成することができ、パッチアンテナ４のコンパクト化が図られる。

特に図５に示しているように、光学ユニット２内には、パッチ素子１１が前であり、グランド素子１２がこのパッチ素子１１の後となって格納されていて、さらに、基板８とＬＥＤ７の前端３９との前後方向の間に、パッチ素子１１およびグランド素子１２が設置されているが、前記のとおり、パッチアンテナ４を前後方向に薄く構成できるので、パッチアンテナ４を光学ユニット２内に格納しやすい。

さらに、基板８とＬＥＤ７の前端３９との前後方向の間にパッチ素子１１およびグランド素子１２を設置するために、パッチアンテナ４が前後方向に薄く構成されていることから、基板８からＬＥＤ７の前端３９までのＬＥＤ７の前後方向の長さＡを特別に長くしなくても良い。したがって、汎用品であるＬＥＤ７が採用されている光学ユニット２に、パッチ素子１１をＬＥＤ７の前端３９よりも後方に位置させた状態とし、グランド素子１２を基板よりも前方に位置させた状態として、パッチアンテナ４を容易に格納することができる。

ここで、従来のパッチアンテナの給電点について説明する。従来では、給電点はパッチ素子の端部とされている。これは、図７に示しているように、パッチ素子の端部Ｅから中心Ｃに近づくにつれて、給電点の位置が少し異なるとインピーダンスの変動が大きくなることから（つまり図７のグラフの勾配が大きくなることから）、給電線を端部Ｅよりもパッチ素子の中心Ｃに近づけて接続する場合、接続位置に誤差が生じると、アンテナの特性に大きな変化が生じてしまう。そこで、従来では、接続位置に誤差が生じても、アンテナの特性に影響を与えないように（アンテナの品質を確保するために）、パッチ素子の端を給電点としている。

さらに、従来のように、給電点をパッチ素子の端部とした場合、給電線（同軸ケーブル）をパッチ素子に接続しやすいという利点もある。すなわち、パッチ素子に給電線を接続する方法として、半田付けがあり、給電点をパッチ素子の端部とするために、給電線を端部で半田付けによって接続すると、当該端部の位置では半田付けの熱が逃げ難くいため、給電線を接続しやすい。

これに対して本発明によれば、前記のとおり給電点Ｐをパッチ素子１１の中心Ｃに近づけていることで、従来のように給電点を端部Ｅとする場合に比べて、同軸ケーブル１５ａの内導体１５ｂを接続する際の熱が、パッチ素子１１を伝導して逃げやすくなり、同軸ケーブル１５を接続しにくくなることも考えられるが、図６に示しているように、同軸ケーブル１５ａを接続する前記接続部１３の周りに、ＬＥＤ７を挿通させるための貫通孔３４が複数形成されているので、この貫通孔３４によって半田付けの熱がパッチ素子１１内を逃げにくくなり、内導体１５ｂを接続しやすくなる。

貫通孔３４の大きさ、位置について具体例を説明すると、貫通孔３４の直径を８〜１２ｍｍ（実施形態では１０ｍｍ）とすることができ、この直径であれば信号灯器１のＬＥＤ７を挿通させることができる。そして、給電点Ｐから貫通孔３４の縁までの距離が（長い部分で）１０〜２０ｍｍ（実施形態では１５ｍｍ）となるように、給電点Ｐの周りに貫通孔３４が複数形成されている。つまり、貫通孔３４は給電点Ｐの近傍に設けられている。この貫通孔３４によって、半田付けの際の熱が接続部１３の周囲へパッチ素子１１内を伝わって逃げるのを抑制することができ、効率よく半田付けを行うことが可能となる。

以上の構成により、パッチ素子１１とグランド素子１２とが、光学ユニット２内の前空間部Ｓ１であって、基板８の前面８ａからＬＥＤ７の前端３９までの範囲Ａに設けられた構成となる（図５参照）。そして、パッチ素子１１とグランド素子１２とが、前後方向に対向した配置となり、このアンテナ４の指向性は前方へ向かう方向となる。これにより光学ユニット２による投光方向と、パッチアンテナ４の指向性とが略一致する。また、信号灯器１は車両に対して見通しが良い位置に設置されることから、前記アンテナ指向性によって、車両の車載機（図示せず）との間で、良好な通信状態が得られる。

さらに、ＬＥＤ７の前端３９がパッチ素子１１よりも前方に位置しているため、パッチ素子１１がＬＥＤ７による前方への発光（灯光）の妨げになることを防止することができる。また、グランド素子１２およびパッチ素子１１は基板８よりも前方に設けられているため、基板８がパッチアンテナ４による電波の送受信の妨げになるのを、防止することができる。

また、このパッチアンテナ４を格納した信号灯器１を、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）に利用するために、パッチアンテナ４の使用周波数帯は１ＧＨｚ未満に設定されていて、具体的には、７００ＭＨｚ帯周波数（７１５ＭＨｚ〜７２５ＭＨｚ）に設定されている。この周波数帯で使用するためのパッチアンテナ４の具体例を説明する。

図８は、図６に示した光学ユニット２に格納したパッチアンテナ４の給電点Ｐの位置Ｘと、その場合における素子間ｄ（図５参照）及びアンテナ特性との関係をシミュレーションによって求めた結果を示している表である。給電点Ｐの位置Ｘをそれぞれ異ならせた実施例１〜７および従来例の全てにおいて、パッチ素子１１は正方形（矩形）であり、一辺の長さ（２Ｌ）を約１７０ｍｍとしている。図９は、給電点Ｐの位置Ｘと素子間ｄとの関係のグラフであり、図１０は、給電点Ｐの位置Ｘと、ＶＳＷＲ＜１．５となる帯域幅との関係を表しているグラフである。

従来例では、給電点Ｐの位置Ｘが端部Ｅから１ｍｍであり（Ｘ＝Ｌ／８５）、この場合、素子間ｄは、２５．０ｍｍであるのに対し、実施例１では、給電点Ｐの位置Ｘが端部Ｅから１０ｍｍであり（Ｘ＝Ｌ／８．５）、この場合、素子間ｄは、２４．５ｍｍである。この実施例１の給電点Ｐの位置Ｘを１０ｍｍとするように、端部ＥからＬ／１０の位置よりも中心Ｃ側に位置させることで（つまり、Ｘ＞Ｌ／１０）、図９に示しているように、素子間ｄを短縮させる作用を奏し始める。つまり、図９において、給電点Ｐを、端部ＥからＬ／１０の位置よりも中心Ｃ側とすることで、素子間ｄを短縮させる変化の割合（グラフの勾配）が大きくなる。

特に、信号灯器１において、汎用されている（通常の長さの）ＬＥＤ７を有している光学ユニット２に、パッチアンテナ４を格納させ、かつ、このＬＥＤ７の前端３９と基板８との前後方向の間に、パッチ素子１１およびグランド素子１２を設置させるためには、給電点Ｐが、端部ＥからＬ／３の位置よりも中心Ｃ側に位置している（Ｘ＞Ｌ／３）パッチアンテナ４とするのが好ましい。すなわち、図８の実施例３のように、給電点Ｐの位置Ｘを３０ｍｍとすることで（Ｘ＝１／２．８）、素子間ｄを２０ｍｍとすることができ、従来例よりも５ｍｍの短縮が可能である。

また、実施例７のように、給電点Ｐの位置Ｘを端部Ｅから５５ｍｍの位置とすることで（給電点Ｐを端部Ｅから大きく離すことで）素子間ｄを１０ｍｍと小さくすることができる。しかし、この場合、ＶＳＷＲ＜１．５というアンテナ特性を確保するためには、使用帯域が８ＭＨｚと狭くなってしまう。このため、アンテナ特性（ＶＳＷＲ＜１．５）を確保する観点から、給電点Ｐは、パッチ素子１１の端部ＥからＬ／１．７の位置よりも端部Ｅ側に位置しているのが好ましい（つまり、Ｘ＜Ｌ／１．７）。

つまり、図１０に示しているように、端部ＥからＬ／１．７の位置よりも中心Ｃ側の範囲に給電点Ｐが位置していると、つまり、Ｘ＝５０ｍｍよりも中心Ｃ側に給電点Ｐが位置していると、アンテナ性能ＶＳＷＲ＜１．５を確保するためにはパッチアンテナ４の使用帯域が狭くなってしまうが、当該位置よりも端部Ｅ側に位置していることで、アンテナ性能ＶＳＷＲ＜１．５を確保しつつ使用帯域が（例えば１０ＭＨｚ未満に）狭くなることを抑制することができる。また、アンテナ性能の観点から特に好ましいのは、端部ＥからＬ／２の位置よりも端部Ｅ側の範囲に給電点Ｐが位置している場合である（つまり、Ｘ＜Ｌ／２）。

以上より、素子間ｄを短縮させるとともに、アンテナ特性（ＶＳＷＲ＜１．５）を確保する観点から、給電点Ｐは、端部ＥからＬ／３の位置よりも中心Ｃ側に位置していて、かつ、端部ＥからＬ／１．７の位置よりも端部Ｅ側に位置しているのが好ましい。さらに好ましいのは、給電点Ｐは、端部ＥからＬ／３の位置よりも中心Ｃ側に位置していて、かつ、端部ＥからＬ／２の位置よりも端部Ｅ側に位置している場合である。

パッチ素子１１とグランド素子１２とを７００ＭＨｚ帯周波数で使用するために、従来例では、（図５を参考に説明すると）素子間ｄが大きくなってしまう。このため、基板８に対してパッチ素子１１が大きく前方に位置し、このパッチ素子１１がＬＥＤ７よりも前方となって投光性が妨げられるおそれがある。これを解消すべく、基板８からＬＥＤ７の前端３９までの距離を大きくするために、前後方向の長さを特別に長くしたＬＥＤ７を採用することが考えられる（例えばリード線７ｃ，７ｄを長くする）。
しかし、本発明によれば、グランド素子１２とパッチ素子１１との間の素子間ｄを小さくすることが可能となるので、基板８の直ぐ前方にグランド素子１２を設け、さらにこの前方に、小さくできる素子間ｄでパッチ素子１１を設ければ、ＬＥＤ７の前端３９がパッチ素子１１と同じ位置乃至前方に位置することができ、前記のようにＬＥＤ７を特別に長いものとする必要がない。

以上の実施形態の信号灯器１によれば、パッチアンテナ４が光学ユニット２内に格納されたものとなるので、パッチアンテナ４を目立たなくして信号灯器１に設置することができ、道路の美観を損なうことがない。そして、アンテナ４が光学ユニット２内に格納されていることから、アンテナ設置用の専用の支柱を不要とすることができる。

さらに、パッチアンテナ４が露出した状態（灯器筐体より突出した状態）にないため、信号灯器１を取り付けるための支柱４０およびアーム４１（図１）の設計において、アンテナ４が受ける風荷重を追加的に考慮する必要がない。また、アンテナ４に対する防錆、防塵についても追加的に考慮する必要がない。
また、交通用の信号灯器１は、車両のドライバによる視認性を考慮して道路に設置されているため、前記実施形態の信号灯器１を道路の所定位置に設置することで、パッチアンテナ４と車両の車載機との間で無線通信を行う上で、見通しが良好な状態が自然と得られる。これにより、信号灯器１の光学ユニット２に組み込んだパッチアンテナ４を、路車間で無線通信を行う高度道路交通システム（ＩＴＳ）に活用することができ、また、良好な通信状態が得られる。

なお、グランド素子１２とパッチ素子１１とは平行に配置されていてもよいが、アンテナ指向性を調整するために、パッチ素子１１およびグランド素子１２の一方又は双方が、基板８に対して傾いて配置されていてもよい。
なお、信号灯器１はドライバへの視認性に鑑みて、通常、基板８自体を少し下方に傾けて設置してある。そのため、パッチ素子１１およびグランド素子１２を基板８に平行に取り付けることによって、アンテナ４の指向性も下方に向くが、路車間での無線通信領域を限定的としたり確実性を増したりすることを目的として、基板８よりもさらに下方に傾けるようにしても良い。

また、本発明の灯器（交通信号灯器）は、前記実施の形態に限定されるものではない。前記各実施形態では、パッチ素子１１を反射防止部材１０の後方として説明したが、図１１に示しているように、パッチ素子１１は反射防止部材１０の前方であってもよい。この場合であっても、パッチ素子１１の給電点Ｅは、端部ＥからＬ／１０の位置よりも中心側に位置している。そして、パッチ素子１１を反射防止部材１０の前面に設ける場合、パッチ素子１１を前記前面に貼り付けたり、止めネジによって取り付けたりすることができる。
また、この場合、パッチ素子１１を反射防止部材１０と同一色に塗装するのが好ましい。これにより、パッチ素子１１が目立たなくなる。さらに、反射防止部材１０の前面には、太陽光を乱反射させるため（太陽光を鏡のように一定の方向へ反射させないため）、梨地処理等の微細な凹凸を付けた表面処理を施している。そこで、パッチ素子１１にも、同じ表面処理（粗さが同じ処理）を施すのが好ましく、これにより、パッチ素子１１をより一層目立たなくすることができる。

また、交通信号灯器は車両用以外にも、歩行者用のものであってもよい。また、交通信号灯器が有する発光体はＬＥＤ以外に電球であってもよい。また、この発明の灯器は、交通信号灯器以外に道路の照明用の照明灯器であってもよい。この場合、発光体として水銀灯やナトリウムランプがある。

本発明の灯器の実施の一形態を示す正面図である。 光学ユニットの斜視図である。 光学ユニットの正面図である。 光学ユニットの断面図である。 ＬＥＤおよびその周辺部を示している拡大断面図である。 パッチアンテナの給電点を説明する説明図である。 インピーダンスの分布を説明する説明図である。 パッチアンテナの給電点の位置と、素子間及びアンテナ特性との関係をシミュレーションによって求めた結果を示している表である。 シミュレーションによる給電点の位置と素子間との関係を示しているグラフである。 シミュレーションによる給電点の位置とＶＳＷＲ＜１．５となる帯域幅との関係を表しているグラフである。 他の実施形態の灯器が有している光学ユニットの断面図である。

符号の説明

１ 交通信号灯器（灯器）
２ 光学ユニット
４ パッチアンテナ
７ ＬＥＤ（発光体）
８ 基板
９ カバー部材
１１ パッチ素子
１２ グランド素子
１３ 接続部
１５ａ 同軸ケーブル（給電線）
３４ 貫通孔
３９ 前端
Ｃ 中心
Ｅ 端部
Ｌ 距離
Ｐ 給電点

Claims (8)

1. パッチ素子とグランド素子とを有するパッチアンテナにおいて、
   前記パッチ素子の中心から端部までの距離をＬとした場合に、当該パッチ素子の給電点が、当該端部からＬ／１０の位置よりも中心側に位置していることを特徴とするパッチアンテナ。
2. 前記パッチ素子は、前記給電点の位置に給電線が半田付けされる接続部を有し、
   前記接続部の周りに、前記パッチ素子を貫通している貫通孔が形成されている請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記パッチ素子は、１ＧＨｚ未満の周波数帯で用いられる大きさに設定されている請求項１または２に記載のパッチアンテナ。
4. 前記パッチ素子の給電点は、当該パッチ素子の端部からＬ／１．７の位置よりも当該端部側に位置している請求項１〜３のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。
5. 発光体、および、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材を有する光学ユニットと、
   前記光学ユニット内に、パッチ素子が前でありグランド素子が後となって格納されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のパッチアンテナと、を備えたことを特徴とする灯器。
6. 前記光学ユニットは、前記発光体が前面に実装された基板を更に有し、
   前記基板と前記発光体の前端との前後方向の間に、前記パッチ素子および前記グランド素子が設置されている請求項５に記載の灯器。
7. 前記パッチ素子は、前記給電点の位置に給電線が半田付けされる接続部を有し、前記接続部の周りに、前記パッチ素子を貫通している貫通孔が形成され、
   前記貫通孔に前記発光体を挿通させた状態で、前記基板と前記発光体の前端との前後方向の間に、前記パッチ素子および前記グランド素子が設置されている請求項６に記載の灯器。
8. 前方に投光する発光体、および、可視光透過性を有し前記発光体を前方で覆うカバー部材を有する光学ユニットと、
   前記光学ユニット内に、パッチ素子が前でありグランド素子が後となって格納されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のパッチアンテナと、を備えたことを特徴とする交通信号灯器。

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