JP3754659B2 - 車両内アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属筐体の中に設置するアンテナ及び無線通信システムに関し、特に地下鉄や新幹線等の鉄道車両の室内における車両のアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、列車内での情報を車両内の情報端末に配信する技術として、特開２００１−６３５８０「列車内情報提供システム」があり、これは列車内の広範囲にわたって情報提供を行うことのできる列車内情報提供システムである。
このような従来技術においては、車両の筐体が金属等の電波を反射する性質で構築されているものが多く、電波の反射等の影響を抑えるためには車両内部に電波吸収体を張ったり、適応的な送受信アンテナや適応的な復号動作する無線送受信機を用いて、反射電波の影響を小さくすることが必要であった。
【０００３】
図１０は、従来の車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、図１０（１）は車両断面図、図１０（２）は車両上面図、図１０（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に感謝する多重遅延波の波形模式図、図１０（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
図１０では新幹線等の鉄道車両を示しており、車輪部分の上側に客室である車両筐体が配置され、車両側面には複数の窓が取り付けられている。
図１０（１）においては、一般的な無指向のアンテナが天井付近に設置され、このアンテナから電波を放射すると、無指向性放射電波、いわゆる反射波が発生し、床と天井、右の壁面や左の壁面に反射し、マルチパスによる多重反射として多重遅延波が発生してしまう。図１０（３）には方針電波と多重遅延波の波形模式図を縦軸に受信電力、横軸に時間をとって示している。例えば、天井と床の距離、右壁面と左壁面の距離をそれぞれ３ｍと仮定すると、アンテナ放射からの１回目の反射波は３０ｎｓ後に現れ、次の反射波は６０ｎｓ後に現れ、次は９０ｎｓ後にというようにほとんど減衰せずに現れてしまう。
図１０（２）においては、前述した同じ条件にて放射した電波が車両の両側面の他に、車両の長手方向（前後）に反射した場合である。ここで車両の長手方向の前壁面と後壁面との距離を２５ｍと仮定すると、（４）の波形模式図に示すように、アンテナからの直接の放射からの１回目の反射波は１７０ｎｓ後に現れ、次の反射波は３４０ｎｓに現れ、次は５１０ｎｓ後にという具合に余り減衰せずに現れる。
【０００４】
上述した車両のような金属筐体の閉空間ではアンテナから放射された電波はほぼ減衰することなく
【数１】
に比例する形で閉空間の部屋の長さなどをＬとする距離をｃで移動し、筐体内部の壁に反射してｔ時間遅れて遅延波が現れることは知られている。遅延波が現れるとアンテナからの直接電波と遅延波が合成され、波形に歪みが生じてしまう。その結果送信されているデータに誤りが生じたり、通信が途切れると言った通信環境が悪くなってしまうという問題点がある。
【０００５】
そこで、この通信環境が悪くなる現象に対して、車両筐体内部に電波吸収体を張り、反射波を減らしたり、また適応的なアンテナや無線機を用いるなど、様々な対策が必要となってくる。しかしながら、電波吸収体は高価であり、また、これを張る作業は手間がかかり、更に電波吸収体を張ることで筐体内部が狭くなってしまうという問題点がある。
また、適応的な送受信アンテナも高価であり、またアンテナ設置する部位には能動的な部品を装着する必要があり、メンテナンス作業が発生するという問題点がある。
また、適応的な復号動作をする送受信機の場合もＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）等の高価な部品を内蔵するため、無線機そのものが高価となってしまうという問題点がある。
【０００６】
次に、車両内に複数のアンテナを設置した場合について説明する。
図１１は、従来の車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、図１１（１）は無指向性アンテナを設置した車両の側断面図、図１１（２）は指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
また、図１２は、従来の車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、図１２（１）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）のみの場合の波形、 図１２（２）はアンテナＹ（またはアンテナＹ’）のみの場合の波形、図１２（３）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が同相の電波放出した場合の波形、図１２（４）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が逆相の電波放出した場合の波形、である。
【０００７】
図１１（１）（２）においては、天井付近に設置した２つのアンテナが相対する向きに電波を放射する場合を示しているものであり、同位相の電波がアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）から放射される場合である。図１１（１）では、無指向性のアンテナＸとＹがそれぞれ車両の前半分、後ろ半分を電波放射エリアとして設置された状態である。図１１（２）では、無指向性のアンテナＸ’とＹ’がそれぞれ車両の前半分、後ろ半分を電波放射エリアとして設置された状態であり、車両前後の各端部付近に設置されている状態である。
このような状態で、例えば、アンテナＸ（またはアンテナＸ’）からのみ電波が放射される場合には、図１２（１）に示すように、車両の左側から任意のキャリア周波数の電波が放出されるとアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。一方、アンテナＹ（またはアンテナＹ’）からのみ電波が放射される場合には、図１２（２）に示すように、車両の右側から任意のキャリア周波数の電波が放出されアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の左側に減衰しながら到達する。
【０００８】
そうすると左右両方のアンテナ、即ち、アンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が電波の放射を行う場合には、アンテナの中間の位置（ＸとＹの中間位置）において、図１２（３）に示すように電波が合成されてうち消し合ってしまう。これは、同相同士の電波が合成されてうち消し合うため、電界が消滅してしまい無線通信が不能となるエリアができてしまうこととなる。一方、アンテナＸとＹ（Ｘ’とＹ’）が逆相の電波には、図１２（４）に示すように電波が合成され通信が可能となる。
ここで、問題となる点は図１２（３）に示したように通信が不能になるエリアが発生してしまうことである。また、図１２（４）で示すような精度の高い逆相ではない場合に、互いのアンテナからの直接電波が合成され、波形が歪んでしまうことである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、車両内の閉空間のアンテナより放射される電波の遅延波の少ないアンテナ装置を提供することである。
これにより、電波吸収体や適応的な送受信アンテナ、適応的な復号動作をする受信機などの高価な部品を使用することなく、閉空間内の通信環境を良好にするアンテナ装置及び無線通信システムを提供することができる。
また本発明の別の目的は、車両内に複数のアンテナを設置した場合に各アンテナ間の干渉により通信が不能になるエリアが発生してしまうこと、若しくは、各アンテナの放射電波が合成され、波形が歪んでしまうことを解決する無線通信システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、両側面に窓を有する車両内に複数の指向性アンテナを設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置を開示する。
【００１１】
更に本発明は、両側面に窓を有する車両内の、車両長手方向の２列にわたって複数の指向性アンテナを整列したアンテナ群を設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置を開示する。
【００１２】
更に本発明は、２列のアンテナ群の横方向に並んだ各１対のアンテナの指向性が、互いに相手のアンテナに近い側の車両窓方向を向くように設定した請求項２の車両内アンテナ装置を開示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第１の実施例を示し、図１（１）は車両縦断面図、図１（２）は車両上面図、である。車両に関して、その長手方向を長手方向軸、それに直角な方向を横手方向軸、縦方向軸と定義する。
図１では新幹線等の鉄道車両１を示しており、車輪部２の上側に客室３である車両筐体４が配置され、車両側面には複数の窓５が取り付けられている。図１（１）においては、車両内部の窓枠よりも高い位置に、指向性アンテナ６を設けた。指向性アンテナ６は、図１（２）に示すように、車両の長手方向に沿って整列的に配置した指向性アンテナ群７を形成する。アンテナ６は、縦方向軸に交わらない方向であって窓枠５の方向（θ１）を向くように、更に長手方向軸及び横手方向軸と交わらない方向であって窓枠５の方向（θ２）を向くように、その指向性を持つ。
こうした指向性を持たせたことで車両内での多重反射波、遅延波を減少させ、無線環境を良好化できた。
【００１７】
この理由を述べる。通常、車両の筐体は金属部分の天井や床、左右側壁と左右側壁に窓が嵌め込まれたものとなっている。窓は他の金属部より電波の反射が少なく、アンテナ放射が窓方向に指向することで、一旦窓の外に放出された電波が戻ってきにくくなり、且つ、図１（２）に示すように指向性アンテナを複数配置するアンテナ群とし、それぞれのアンテナの指向性を窓付近とすることで、車両内の電界をほぼ一様に保つことができる。更に、図１（１）に示すように、下側方向に指向性を持たせ、且つ図１（２）に示すように横方向軸と長手方向軸と交わらずに且つ窓方向にしたことで、反射波は激減する。
【００１８】
更に、図１に示すように１つのアンテナ６には、両側の窓方向に向かうハの字型の２つの方向の指向性Ｉ、IIを持たせた。これによって１つのアンテナで左右一対の客席８、９全体を無線エリアとして確保した。
【００１９】
更に、図１（２）に示すように、車両内の複数列の客席を無線エリアとして確保できるように、アンテナ６を整列配置したアンテナ群７を形成した。これによって、各客席列において安定且つ確実な無線環境を提供できた。
客席を無線環境下においたのは、客席に無線端末を設置しておき、この無線通信端末を介して列車に関する情報（時刻、場所、その他の各種のサービス情報）の提供を受けたり、車両販売員の呼び寄せ等の要求を出したりすることを可能とし、及び又は客席に座る乗客の携帯端末をこのアンテナを介して通信できるようにしたためである。
【００２０】
更に、図１（２）に示すように、隣り合う電波の指向方向の中心付近Ｃ１、Ｃ２とが重ならないようなアンテナ配置とした。互いに部分的な重なり合いをしているが、中心付近が重ならないことでそれぞれ別々に近い無線環境を作ることができた。勿論、アンテナの配置や構造によって部分的な重なりもなくして完全独立な干渉のない無線環境も可能である。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施例による車両内部のアンテナ６とその電波放射の説明図を示し、図２（１）は車両縦断面図、図２（２）は車両上面図、図２（３）はアンテナ６からの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、図２（４）はアンテナ６からの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
図２（１）と図２（２）に示すθ１及びθ２の角度を持って窓の中心付近を放射方向として電波を放出すると、窓により電波の透過が多く、反射波が少なくなり、即ち、開放空間への放射と近似することとなる。
図２（３）には放射電波と多重遅延波の波形模式図を縦軸に受信電力、横軸に時間をとって示しており、例えば、天井と床の距離、右壁面と左壁面の距離をそれぞれ３ｍと仮定すると、アンテナ放射からの１回目の反射波は３０ｎｓ後に現れ、次の反射波は６０ｎｓ後に現れ、次は９０ｎｓ後に現れることになるが、電波の放射は窓に指向性を持っているため、洩れによる反射波があったとしてもその受信電力は従来に比較してかなり小さいものとなる。
また、電波の直接の放射は窓による電波の透過が大きいため、反射波そのものはかなり小さなものとなる。
図２（２）においては、前述した同じ条件にて放射した電波が車両の両側面の他に、車両の長手方向（前後）に反射した場合である。ここで車両の長手方向の前壁面と後壁面との距離を２５ｍと仮定すると、図２（４）の波形模式図に示すように、アンテナ６からの直接の放射からの１回目の反射波は１７０ｎｓ後に現れ、次の反射波は３４０ｎｓに現れ、次は５１０ｎｓ後にというように現れるものであるが、指向性を持ったアンテナ６としているので（指向性から外れた洩れの放射があったとしても）反射波の受信電界は小さいものとなる。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態に係る車両内部のアンテナと外部壁面との間のアンテナ放射の説明図を示し、図３（１）は車両断面図、図３（２）は車両上面図、である。
この図３では、前述した第１の実施例による車両が線路を移動している場合に、トンネルや防音壁等の外部の壁面１０による反射波の影響を説明する。
指向性のアンテナ６による角度θ１、θ２は図３（１）（２）に図示したようにアンテナ６から出た電波が窓から外に出て、トンネル壁や防音壁１０に反射する電波が放射角度と同様にθ１、θ２の角度を成すため、反射波が車両内に再突入してくる確率が小さくなる。更に、大地や線路に蒔いてある石と広い面積で接触するため、減衰効果が大きい。
また、車両内に座席テーブルを配置した新幹線等では、θ２の角度をもっと車両内の乗務員や乗客が操作する携帯無線端末へも電波が届きやすくなる。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態に係る車両内に横並びに２つのアンテナ６Ａ、６Ｂを設置した第２の実施例を示し、図４（１）は車両断面図、図４（２）は車両上面図、である。７Ａ、７Ｂがアンテナ群である。
この第２の実施例は、前述した第１の実施例が１系統でアンテナ１種類の周波数で通信するのに対して、２系統の単一指向性アンテナ６Ａ、６Ｂ、更にそれぞれ別々の周波数として通信を可能にさせたものである。
指向性アンテナ６Ａ、指向性アンテナ６Ｂはお互いクロスする方向でお互いのアンテナから遠方（逆の位置）の窓５を指向している。お互いに複数のアンテナ群を天井に配置する事で車両内に一様な電界を保つことができる。
これにより、実施例１と同じ通信環境でしかも２倍の通信容量の通信環境を持つことができる。
【００２４】
図５は、本発明の実施の形態に係る移動する２つ列車１Ａ、１Ｂが近接した状態での電波放射状態の説明図を示す。
この図５では、前述した第２の実施例による車両が線路を移動している場合に、上りの電車と下りの電車がすれ違う場合の車両を想定しており、各車両の進行方向は逆向きとなる。各車両がすれ違う場合に互いに電波の放射が重なる位置は、事故の車両内の電波ａと電波ｂであり、相手側の車両への電波の影響はほとんどない。これは、最接近する１番の窓側の内側は上り下り双方とも電波ａと電波ｂを使用しており、干渉することなく通信が続けられる。
【００２５】
図８に本発明の実施の形態に係る車両内の概略図を示し、図８（１）は車両を横方向から見た側断面図、図８（２）は車両の内部より見た斜視図、である。
図８（１）はアンテナに漏洩アンテナ６Ｃを使用した場合である。図８（２）がその車両の後から眺めた図である。図８（２）に示すように、実際には、荷物棚の縁にそれぞれ別の漏洩アンテナ６Ｃ１、６Ｃ２を配置した。
漏洩アンテナ６Ｃ１、６Ｃ２は電波放出方向、即ち指向性は２つのやり方がある。第１は図１で述べた如きθ１、θ２を維持するようにし、且つ図４に示すように逆側の座席及び窓に向かうようにしたものである。逆側とはアンテナ６Ｃが座席９及びその窓方向、アンテナ６Ｃ２が座席８及びその窓方向を云う。
第２は、アンテナ６Ｃ１は自己の座席８に向かうような方向、アンテナ６Ｃ２は自己の座席９に向かうような方向、にしたものである。前者が好ましいが後者も可能である。
【００２６】
図６に本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合を示す。
車両の２階の通信は八の字の指向性のアンテナ６Ｃを用いて電波ａにて通信を行い、１階の通信は同じく八の字の指向性のアンテナ６Ｄを用いて電波ｃにて通信を行う。電波ａとｃとは周波数を異ならせる。このように異なる周波数を用いている場合は、仮に外部の防音壁等から２階の電波が入り込んでも１階は異なる周波数の電波ｃで通信しているため干渉はしない。
【００２７】
図７に本発明の別の実施の形態に係る２階建車両の場合を示す。車両１の２階の通信は、単一方向性アンテナ６Ａ、６Ｂ、１階は単一方向性アンテナ６Ｅ、６Ｆで行うことにした。
アンテナと周波数の関係は、指向性アンテナの指向性アンテナ６Ｃと周波数ｆ１、指向性アンテナ６Ｄと周波数ｆ２とし、１階は、指向性アンテナ６Ｅと周波数ｆ３、指向性アンテナ６Ｆと周波数ｆ４とした。
２階のアンテナ６Ａと６Ｂは、それぞれ互いクロスする方向でお互いのアンテナから遠方の窓を指向している。また、互いに複数のアンテナ群を天井に配置する事で客室内が一様な電界を保つことが出来る。１階も同様である。
ここで、仮に外部の防音壁１０等により２階の電波（反射波）が１階に入り込んだ場合でも２階の周波数ｆ１、ｆ２は、１階の周波数ｆ３と周波数ｆ４で異なるため、干渉はしない。
【００２８】
上述した各実施の形態により、金属などの完全なる密閉空間でも、或る１面に開放空間を設けることで、開放空間に向けて電波を放射するとその部分からの反射はないので、その原理を利用して車両内上部（天井付近）のアンテナから車両垂直方向からθ１の角度で窓に放射、車両長手方向に対してθ２の角度で窓に放射する事により、多重遅延波を減少させることができ、良好な無線通信空間とすることができる。
【００２９】
また、車両には通常両側壁面に窓が設置されており、その窓部分については、車両筐体である金属部分に比べて電波の反射は少ない。そこで、天井付近に設置するアンテナは、窓の中心方向の指向性を持つアンテナとすることにより、アンテナより放射された電波の反射を少なくすることができ、従って、遅延波の発生を減少させることができる。
【００３０】
つぎに、車両内に複数のアンテナを設置した場合についての電波について説明する。
図１３は、本発明の実施に係る車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、図１３（１）は無指向性アンテナ６Ｇとの電波について指向性アンテナ６Ｈを設置した車両の側断面図、図１３（２）は２つの単一方向指向性アンテナ６Ｊ，６Ｍを設置した車両の側断面図、である。アンテナ６Ｇが全方向、アンテナ６Ｈがその単一指向方向を無線空間として与える。アンテナ６Ｊ及び６Ｍそれぞれがその単一指向方向を無線空間として与える。
また、図１４は、本発明に係る車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、図１４（１）はアンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）のみの場合の波形、図１４（２）はアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）のみの場合の波形、図１４（３）はアンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）とアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）が電波放出した場合の波形、である。
【００３１】
図１３（１）においては、アンテナ６Ｇは無指向性（もしくは双指向性アンテナ）とし、アンテナ６Ｈは指向性アンテナであり、アンテナ６Ｇ側には電波装置放射されない。また、図１３（２）においては、アンテナ６Ｊ及びアンテナ６Ｍは指向性アンテナであり、単一方向性もしくはそれ以上の鋭い指向性を持つアンテナを設置した場合を示す。
このような状態で、例えば、アンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）からのみ電波が放射される場合には、図１４（１）に示すように、車両の左側から任意のキャリア周波数の電波が放出されるとアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。一方、アンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）からのみ電波が放射される場合には、図１４（２）に示すように、車両の中央側から任意のキャリア周波数の電波が放出されアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。
【００３２】
ここで左右両方のアンテナ、即ち、アンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）とアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）が電波の放射を行う場合を説明する。
アンテナ６Ｇ（また６Ｊ）から放射された電波は距離が離れると弱まり、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）からの電波を放射が強いためにアンテナ６Ｇ（また６Ｊ）からの電波をかき消して、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）からの電波放射が支配的になる。即ち、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）側では、アンテナ６Ｇ（また６Ｊ）による干渉を強制的に排除する事が可能となる。このことは、各アンテナからの放射を相対しない指向性とするアンテナを設置すると、互いに干渉しないこととなる。
【００３３】
図１５に本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置した車両内の上断面図を示し、図１５（１）は単一方向性アンテナを設置した車両、である。
図１５（１）（２）においては、まず、単一方向性アンテナ６Ｎ（または平面指向性アンテナ６Ｒ）を車両の各部に配置する。指向性の中心線が車両に対して任意の角度θ３を成して電波を放射する。アンテナ６Ｎ（または６Ｒ）から出た電波は指向性平面内の全ての方向に進んでゆくが距離がアンテナから離れるにつれ電波も衰弱する。指向性中心線方向に放出された電波は車両壁面に反射する。反射電波もθ２の角度を持ち反射するが、その反射波のエリアには単一方向性アンテナ６Ｑ（または平面指向性アンテナ６Ｔ）が配置され、反射波に対し十分強い基本電波を放射するため、アンテナ６Ｒ（または６Ｎ）の影響（干渉）はほとんど無視出来る。同様にアンテナ６Ｑ（または６Ｔ）から放射された電波も車両壁面に反射するが、そのエリアには単一指向性アンテナ６Ｐ（または平面指向性アンテナ６Ｓ）が配置されているため同様にアンテナ６Ｑ（または６Ｔ）及びアンテナ６Ｎ（または６Ｒ）の影響（干渉）はほとんど無視出来る。
このように、車両内に各アンテナの指向性の方向を任意の角度を成すように設置することで、互いに他のアンテナの影響を少なくし、且つ、車両内全体を電波エリアとすることが出来る。
【００３４】
図１６に本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置する具体例を示し、図１６（１）は平面アレーアンテナ６Ｕの概略図、図１６（２）は車両内に通常設置される広告板１１の概略図、図１６（３）は広告板１１に平面アレーアンテナ６Ｕを組み込んだ概略図、である。
図１６（１）においては、指向性アンテナとして、縦横規則的に給電点６ａを持つ平面アレーアンテナ６Ｕの概略図であり、この平面アレーアンテナ６Ｕを図１６（２）のような一般的に車両内に設置される広告板１１の内部、即ち広告１２の内側に組み込み、図１６（３）に示すようなものとすることで、アンテナ６Ｕそのもののが車両内から直接見えないために美観を損ねることがない。また、広告板は車両の天井付近や上側の側壁等に設置されることが多いため、図１６（３）のようにアンテナ設置するのに都合が良い。
【００３５】
図９は、本発明の実施の形態に係る車両を連結した場合のシステム構成図を示す。
サーバー車両２０と、それに連結される複数の従属車両２１（＃１〜＃ｎ）から構成される。また、サーバー車両の外部通信アンテナ２２を介して無線通信される無線基地局２２が駅や線路付近等の外部に設置され、この無線基地局２２は、総合情報センタ２４と接続される。総合情報センタ２４は、インタネット回線や公衆回線、専用回線等の各種回線が接続されて必要な情報を送受信するものである。
サーバ車両２０は、外部通信用アンテナ２２、外部通信装置２５、車内用通信装置２６、車内用アンテナ２７、車両間通信装置２８、及びこれら各種装置を制御するサーバー２９（制御装置）が搭載される。
つぎに、従属車両（＃１〜＃ｎ）２１は、前方車両との車両間通信装置、車内用通信装置、車内用アンテナ、後方車両との車両間通信装置、が搭載される。また、車両間通信装置は前後の車両との通信を行うために同様のもの２つが設置される。
サーバ車両２０、従属車両２１のいずれの客席３４にも、無線端末３５を設置してあり、車両内アンテナ２７との間で無線交信を可能にしている。この車両内アンテナ２７が図１や図４等のアンテナに相当する。また、無償端末には、この他に車掌用端末３６や販売員用端末３７や乗客の持つ携帯無線端末３９等があり、社内アンテナ３７を介して無線交信を可能にしてある。
【００３６】
この無線通信システムでは、外部の無線基地局より受信したデータを外部通信アンテナを介してサーバー車両２０、従属車両２１（＃１〜＃ｎ）、と次々に配信することができ、また、各車両内より車内用アンテナ２７を介して受信したデータを従属車両＃ｎ〜＃１、サーバー車両２０、と次々にデータを纏めながら収集し、外部通信用アンテナ２２を介して無線基地局２３へ送信することができる。これは、多値化変調の無線回線で、ＲＦ周波数または、ＩＦ周波数を順番に並べるようにしてサーバのある車両に伝達して最終的にそこでビットデータに戻して処理するものであり、このことにより、例えば車両内の座席に配置された座席用端末や、車掌用端末、車内販売員用端末、車内に持ち込まれた携帯無線端末、等の各種無線端末装置と車両外部との無線通信を可能とすることができる。
ここで、サーバ車両のサーバ（制御装置）は、多重化された搬送波を送受信し、車両内の各種無線端末への宛先へのデータ送信や、車両内からの各種無線端末からの収集したデータを当該データの送信先を付した状態として纏めて送信する、といった周波数の割当て作業や、同じ周波数帯の中に複数の送信データを多重する作業等を行うものである。従属車両においては、このサーバから割当てられた周波数に従って各車両内にデータを無線送信しつつ次の車両へとデータを渡し、または各車両内の無線端末より受信したデータを収集してサーバ車両側の従属車両にデータを渡す、という作業を行うものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、閉空間のアンテナより放射される電波の遅延波の少ないアンテナの設置及び無線通信システムを提供することができ、また、これにより、電波吸収体や適応的な送受信アンテナ、適応的な復号動作をする受信機などの高価な部品を使用することなく、閉空間内の通信環境を良好にするアンテナの設置及び無線通信システムを提供することができる。
また本発明の別の効果は、車両内に複数のアンテナを設置した場合に各アンテナ間の干渉により通信が不能になるエリアが発生してしまうこと、若しくは、各アンテナの放射電波が合成され、波形が歪んでしまうことを解決する無線通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第１の実施例を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図２】 本発明の第１の実施例による車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る車両内部のアンテナと外部壁面との間のアンテナ放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第２の実施例を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図５】 本発明の実施の形態に係る移動する車両が近接した状態での電波放射状態の説明図を示す。
【図６】 本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合の第１の説明図を示す。
【図７】 本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合の第２の説明図を示す。
【図８】 本発明の実施の形態に係る車両内の概略図を示し、（１）は車両を横方向から見た側断面図、（２）は車両の内部より見た斜視図、である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る車両を連結した場合のシステム構成図を示す。
【図１０】 従来の車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
【図１１】 従来の車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、（１）は無指向性アンテナを設置した車両の側断面図、（２）は指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
【図１２】 従来の車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、（１）はアンテナＸのみの場合の波形、（２）はアンテナＹのみの場合の波形、（３）はアンテナＸとアンテナＹが同相の電波放出した場合の波形、（４）はアンテナＸとアンテナＹが逆相の電波放出した場合の波形、である。
【図１３】 本発明の実施に係る車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、（１）は無指向性アンテナと指向性アンテナを設置した車両の側断面図、（２）は２つの指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
【図１４】 本発明に係る車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、（１）はアンテナＡのみの場合の波形、（２）はアンテナＢのみの場合の波形、（３）はアンテナＡとアンテナＢが電波放出した場合の波形、である。
【図１５】 本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置した車両内の上断面図を示し、（１）は単一指向性アンテナを設置した車両、（２）は単一指向性アンテナを設置した車両、である。
【図１６】 本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置する具体例を示し、（１）は平面アレーアンテナの概略図、（２）は車両内に通常設置される広告板の概略図、（３）は広告板に平面アレーアンテナを組み込んだ概略図、である。
【符号の説明】
１ 車両
５ 窓
６ 指向性アンテナ
【発明の属する技術分野】
本発明は金属筐体の中に設置するアンテナ及び無線通信システムに関し、特に地下鉄や新幹線等の鉄道車両の室内における車両のアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、列車内での情報を車両内の情報端末に配信する技術として、特開２００１−６３５８０「列車内情報提供システム」があり、これは列車内の広範囲にわたって情報提供を行うことのできる列車内情報提供システムである。
このような従来技術においては、車両の筐体が金属等の電波を反射する性質で構築されているものが多く、電波の反射等の影響を抑えるためには車両内部に電波吸収体を張ったり、適応的な送受信アンテナや適応的な復号動作する無線送受信機を用いて、反射電波の影響を小さくすることが必要であった。
【０００３】
図１０は、従来の車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、図１０（１）は車両断面図、図１０（２）は車両上面図、図１０（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に感謝する多重遅延波の波形模式図、図１０（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
図１０では新幹線等の鉄道車両を示しており、車輪部分の上側に客室である車両筐体が配置され、車両側面には複数の窓が取り付けられている。
図１０（１）においては、一般的な無指向のアンテナが天井付近に設置され、このアンテナから電波を放射すると、無指向性放射電波、いわゆる反射波が発生し、床と天井、右の壁面や左の壁面に反射し、マルチパスによる多重反射として多重遅延波が発生してしまう。図１０（３）には方針電波と多重遅延波の波形模式図を縦軸に受信電力、横軸に時間をとって示している。例えば、天井と床の距離、右壁面と左壁面の距離をそれぞれ３ｍと仮定すると、アンテナ放射からの１回目の反射波は３０ｎｓ後に現れ、次の反射波は６０ｎｓ後に現れ、次は９０ｎｓ後にというようにほとんど減衰せずに現れてしまう。
図１０（２）においては、前述した同じ条件にて放射した電波が車両の両側面の他に、車両の長手方向（前後）に反射した場合である。ここで車両の長手方向の前壁面と後壁面との距離を２５ｍと仮定すると、（４）の波形模式図に示すように、アンテナからの直接の放射からの１回目の反射波は１７０ｎｓ後に現れ、次の反射波は３４０ｎｓに現れ、次は５１０ｎｓ後にという具合に余り減衰せずに現れる。
【０００４】
上述した車両のような金属筐体の閉空間ではアンテナから放射された電波はほぼ減衰することなく
【数１】
【０００５】
そこで、この通信環境が悪くなる現象に対して、車両筐体内部に電波吸収体を張り、反射波を減らしたり、また適応的なアンテナや無線機を用いるなど、様々な対策が必要となってくる。しかしながら、電波吸収体は高価であり、また、これを張る作業は手間がかかり、更に電波吸収体を張ることで筐体内部が狭くなってしまうという問題点がある。
また、適応的な送受信アンテナも高価であり、またアンテナ設置する部位には能動的な部品を装着する必要があり、メンテナンス作業が発生するという問題点がある。
また、適応的な復号動作をする送受信機の場合もＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）等の高価な部品を内蔵するため、無線機そのものが高価となってしまうという問題点がある。
【０００６】
次に、車両内に複数のアンテナを設置した場合について説明する。
図１１は、従来の車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、図１１（１）は無指向性アンテナを設置した車両の側断面図、図１１（２）は指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
また、図１２は、従来の車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、図１２（１）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）のみの場合の波形、 図１２（２）はアンテナＹ（またはアンテナＹ’）のみの場合の波形、図１２（３）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が同相の電波放出した場合の波形、図１２（４）はアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が逆相の電波放出した場合の波形、である。
【０００７】
図１１（１）（２）においては、天井付近に設置した２つのアンテナが相対する向きに電波を放射する場合を示しているものであり、同位相の電波がアンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）から放射される場合である。図１１（１）では、無指向性のアンテナＸとＹがそれぞれ車両の前半分、後ろ半分を電波放射エリアとして設置された状態である。図１１（２）では、無指向性のアンテナＸ’とＹ’がそれぞれ車両の前半分、後ろ半分を電波放射エリアとして設置された状態であり、車両前後の各端部付近に設置されている状態である。
このような状態で、例えば、アンテナＸ（またはアンテナＸ’）からのみ電波が放射される場合には、図１２（１）に示すように、車両の左側から任意のキャリア周波数の電波が放出されるとアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。一方、アンテナＹ（またはアンテナＹ’）からのみ電波が放射される場合には、図１２（２）に示すように、車両の右側から任意のキャリア周波数の電波が放出されアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の左側に減衰しながら到達する。
【０００８】
そうすると左右両方のアンテナ、即ち、アンテナＸ（またはアンテナＸ’）とアンテナＹ（またはアンテナＹ’）が電波の放射を行う場合には、アンテナの中間の位置（ＸとＹの中間位置）において、図１２（３）に示すように電波が合成されてうち消し合ってしまう。これは、同相同士の電波が合成されてうち消し合うため、電界が消滅してしまい無線通信が不能となるエリアができてしまうこととなる。一方、アンテナＸとＹ（Ｘ’とＹ’）が逆相の電波には、図１２（４）に示すように電波が合成され通信が可能となる。
ここで、問題となる点は図１２（３）に示したように通信が不能になるエリアが発生してしまうことである。また、図１２（４）で示すような精度の高い逆相ではない場合に、互いのアンテナからの直接電波が合成され、波形が歪んでしまうことである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、車両内の閉空間のアンテナより放射される電波の遅延波の少ないアンテナ装置を提供することである。
これにより、電波吸収体や適応的な送受信アンテナ、適応的な復号動作をする受信機などの高価な部品を使用することなく、閉空間内の通信環境を良好にするアンテナ装置及び無線通信システムを提供することができる。
また本発明の別の目的は、車両内に複数のアンテナを設置した場合に各アンテナ間の干渉により通信が不能になるエリアが発生してしまうこと、若しくは、各アンテナの放射電波が合成され、波形が歪んでしまうことを解決する無線通信システムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、両側面に窓を有する車両内に複数の指向性アンテナを設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置を開示する。
【００１１】
更に本発明は、両側面に窓を有する車両内の、車両長手方向の２列にわたって複数の指向性アンテナを整列したアンテナ群を設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置を開示する。
【００１２】
更に本発明は、２列のアンテナ群の横方向に並んだ各１対のアンテナの指向性が、互いに相手のアンテナに近い側の車両窓方向を向くように設定した請求項２の車両内アンテナ装置を開示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第１の実施例を示し、図１（１）は車両縦断面図、図１（２）は車両上面図、である。車両に関して、その長手方向を長手方向軸、それに直角な方向を横手方向軸、縦方向軸と定義する。
図１では新幹線等の鉄道車両１を示しており、車輪部２の上側に客室３である車両筐体４が配置され、車両側面には複数の窓５が取り付けられている。図１（１）においては、車両内部の窓枠よりも高い位置に、指向性アンテナ６を設けた。指向性アンテナ６は、図１（２）に示すように、車両の長手方向に沿って整列的に配置した指向性アンテナ群７を形成する。アンテナ６は、縦方向軸に交わらない方向であって窓枠５の方向（θ１）を向くように、更に長手方向軸及び横手方向軸と交わらない方向であって窓枠５の方向（θ２）を向くように、その指向性を持つ。
こうした指向性を持たせたことで車両内での多重反射波、遅延波を減少させ、無線環境を良好化できた。
【００１７】
この理由を述べる。通常、車両の筐体は金属部分の天井や床、左右側壁と左右側壁に窓が嵌め込まれたものとなっている。窓は他の金属部より電波の反射が少なく、アンテナ放射が窓方向に指向することで、一旦窓の外に放出された電波が戻ってきにくくなり、且つ、図１（２）に示すように指向性アンテナを複数配置するアンテナ群とし、それぞれのアンテナの指向性を窓付近とすることで、車両内の電界をほぼ一様に保つことができる。更に、図１（１）に示すように、下側方向に指向性を持たせ、且つ図１（２）に示すように横方向軸と長手方向軸と交わらずに且つ窓方向にしたことで、反射波は激減する。
【００１８】
更に、図１に示すように１つのアンテナ６には、両側の窓方向に向かうハの字型の２つの方向の指向性Ｉ、IIを持たせた。これによって１つのアンテナで左右一対の客席８、９全体を無線エリアとして確保した。
【００１９】
更に、図１（２）に示すように、車両内の複数列の客席を無線エリアとして確保できるように、アンテナ６を整列配置したアンテナ群７を形成した。これによって、各客席列において安定且つ確実な無線環境を提供できた。
客席を無線環境下においたのは、客席に無線端末を設置しておき、この無線通信端末を介して列車に関する情報（時刻、場所、その他の各種のサービス情報）の提供を受けたり、車両販売員の呼び寄せ等の要求を出したりすることを可能とし、及び又は客席に座る乗客の携帯端末をこのアンテナを介して通信できるようにしたためである。
【００２０】
更に、図１（２）に示すように、隣り合う電波の指向方向の中心付近Ｃ１、Ｃ２とが重ならないようなアンテナ配置とした。互いに部分的な重なり合いをしているが、中心付近が重ならないことでそれぞれ別々に近い無線環境を作ることができた。勿論、アンテナの配置や構造によって部分的な重なりもなくして完全独立な干渉のない無線環境も可能である。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施例による車両内部のアンテナ６とその電波放射の説明図を示し、図２（１）は車両縦断面図、図２（２）は車両上面図、図２（３）はアンテナ６からの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、図２（４）はアンテナ６からの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
図２（１）と図２（２）に示すθ１及びθ２の角度を持って窓の中心付近を放射方向として電波を放出すると、窓により電波の透過が多く、反射波が少なくなり、即ち、開放空間への放射と近似することとなる。
図２（３）には放射電波と多重遅延波の波形模式図を縦軸に受信電力、横軸に時間をとって示しており、例えば、天井と床の距離、右壁面と左壁面の距離をそれぞれ３ｍと仮定すると、アンテナ放射からの１回目の反射波は３０ｎｓ後に現れ、次の反射波は６０ｎｓ後に現れ、次は９０ｎｓ後に現れることになるが、電波の放射は窓に指向性を持っているため、洩れによる反射波があったとしてもその受信電力は従来に比較してかなり小さいものとなる。
また、電波の直接の放射は窓による電波の透過が大きいため、反射波そのものはかなり小さなものとなる。
図２（２）においては、前述した同じ条件にて放射した電波が車両の両側面の他に、車両の長手方向（前後）に反射した場合である。ここで車両の長手方向の前壁面と後壁面との距離を２５ｍと仮定すると、図２（４）の波形模式図に示すように、アンテナ６からの直接の放射からの１回目の反射波は１７０ｎｓ後に現れ、次の反射波は３４０ｎｓに現れ、次は５１０ｎｓ後にというように現れるものであるが、指向性を持ったアンテナ６としているので（指向性から外れた洩れの放射があったとしても）反射波の受信電界は小さいものとなる。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態に係る車両内部のアンテナと外部壁面との間のアンテナ放射の説明図を示し、図３（１）は車両断面図、図３（２）は車両上面図、である。
この図３では、前述した第１の実施例による車両が線路を移動している場合に、トンネルや防音壁等の外部の壁面１０による反射波の影響を説明する。
指向性のアンテナ６による角度θ１、θ２は図３（１）（２）に図示したようにアンテナ６から出た電波が窓から外に出て、トンネル壁や防音壁１０に反射する電波が放射角度と同様にθ１、θ２の角度を成すため、反射波が車両内に再突入してくる確率が小さくなる。更に、大地や線路に蒔いてある石と広い面積で接触するため、減衰効果が大きい。
また、車両内に座席テーブルを配置した新幹線等では、θ２の角度をもっと車両内の乗務員や乗客が操作する携帯無線端末へも電波が届きやすくなる。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態に係る車両内に横並びに２つのアンテナ６Ａ、６Ｂを設置した第２の実施例を示し、図４（１）は車両断面図、図４（２）は車両上面図、である。７Ａ、７Ｂがアンテナ群である。
この第２の実施例は、前述した第１の実施例が１系統でアンテナ１種類の周波数で通信するのに対して、２系統の単一指向性アンテナ６Ａ、６Ｂ、更にそれぞれ別々の周波数として通信を可能にさせたものである。
指向性アンテナ６Ａ、指向性アンテナ６Ｂはお互いクロスする方向でお互いのアンテナから遠方（逆の位置）の窓５を指向している。お互いに複数のアンテナ群を天井に配置する事で車両内に一様な電界を保つことができる。
これにより、実施例１と同じ通信環境でしかも２倍の通信容量の通信環境を持つことができる。
【００２４】
図５は、本発明の実施の形態に係る移動する２つ列車１Ａ、１Ｂが近接した状態での電波放射状態の説明図を示す。
この図５では、前述した第２の実施例による車両が線路を移動している場合に、上りの電車と下りの電車がすれ違う場合の車両を想定しており、各車両の進行方向は逆向きとなる。各車両がすれ違う場合に互いに電波の放射が重なる位置は、事故の車両内の電波ａと電波ｂであり、相手側の車両への電波の影響はほとんどない。これは、最接近する１番の窓側の内側は上り下り双方とも電波ａと電波ｂを使用しており、干渉することなく通信が続けられる。
【００２５】
図８に本発明の実施の形態に係る車両内の概略図を示し、図８（１）は車両を横方向から見た側断面図、図８（２）は車両の内部より見た斜視図、である。
図８（１）はアンテナに漏洩アンテナ６Ｃを使用した場合である。図８（２）がその車両の後から眺めた図である。図８（２）に示すように、実際には、荷物棚の縁にそれぞれ別の漏洩アンテナ６Ｃ１、６Ｃ２を配置した。
漏洩アンテナ６Ｃ１、６Ｃ２は電波放出方向、即ち指向性は２つのやり方がある。第１は図１で述べた如きθ１、θ２を維持するようにし、且つ図４に示すように逆側の座席及び窓に向かうようにしたものである。逆側とはアンテナ６Ｃが座席９及びその窓方向、アンテナ６Ｃ２が座席８及びその窓方向を云う。
第２は、アンテナ６Ｃ１は自己の座席８に向かうような方向、アンテナ６Ｃ２は自己の座席９に向かうような方向、にしたものである。前者が好ましいが後者も可能である。
【００２６】
図６に本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合を示す。
車両の２階の通信は八の字の指向性のアンテナ６Ｃを用いて電波ａにて通信を行い、１階の通信は同じく八の字の指向性のアンテナ６Ｄを用いて電波ｃにて通信を行う。電波ａとｃとは周波数を異ならせる。このように異なる周波数を用いている場合は、仮に外部の防音壁等から２階の電波が入り込んでも１階は異なる周波数の電波ｃで通信しているため干渉はしない。
【００２７】
図７に本発明の別の実施の形態に係る２階建車両の場合を示す。車両１の２階の通信は、単一方向性アンテナ６Ａ、６Ｂ、１階は単一方向性アンテナ６Ｅ、６Ｆで行うことにした。
アンテナと周波数の関係は、指向性アンテナの指向性アンテナ６Ｃと周波数ｆ１、指向性アンテナ６Ｄと周波数ｆ２とし、１階は、指向性アンテナ６Ｅと周波数ｆ３、指向性アンテナ６Ｆと周波数ｆ４とした。
２階のアンテナ６Ａと６Ｂは、それぞれ互いクロスする方向でお互いのアンテナから遠方の窓を指向している。また、互いに複数のアンテナ群を天井に配置する事で客室内が一様な電界を保つことが出来る。１階も同様である。
ここで、仮に外部の防音壁１０等により２階の電波（反射波）が１階に入り込んだ場合でも２階の周波数ｆ１、ｆ２は、１階の周波数ｆ３と周波数ｆ４で異なるため、干渉はしない。
【００２８】
上述した各実施の形態により、金属などの完全なる密閉空間でも、或る１面に開放空間を設けることで、開放空間に向けて電波を放射するとその部分からの反射はないので、その原理を利用して車両内上部（天井付近）のアンテナから車両垂直方向からθ１の角度で窓に放射、車両長手方向に対してθ２の角度で窓に放射する事により、多重遅延波を減少させることができ、良好な無線通信空間とすることができる。
【００２９】
また、車両には通常両側壁面に窓が設置されており、その窓部分については、車両筐体である金属部分に比べて電波の反射は少ない。そこで、天井付近に設置するアンテナは、窓の中心方向の指向性を持つアンテナとすることにより、アンテナより放射された電波の反射を少なくすることができ、従って、遅延波の発生を減少させることができる。
【００３０】
つぎに、車両内に複数のアンテナを設置した場合についての電波について説明する。
図１３は、本発明の実施に係る車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、図１３（１）は無指向性アンテナ６Ｇとの電波について指向性アンテナ６Ｈを設置した車両の側断面図、図１３（２）は２つの単一方向指向性アンテナ６Ｊ，６Ｍを設置した車両の側断面図、である。アンテナ６Ｇが全方向、アンテナ６Ｈがその単一指向方向を無線空間として与える。アンテナ６Ｊ及び６Ｍそれぞれがその単一指向方向を無線空間として与える。
また、図１４は、本発明に係る車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、図１４（１）はアンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）のみの場合の波形、図１４（２）はアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）のみの場合の波形、図１４（３）はアンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）とアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）が電波放出した場合の波形、である。
【００３１】
図１３（１）においては、アンテナ６Ｇは無指向性（もしくは双指向性アンテナ）とし、アンテナ６Ｈは指向性アンテナであり、アンテナ６Ｇ側には電波装置放射されない。また、図１３（２）においては、アンテナ６Ｊ及びアンテナ６Ｍは指向性アンテナであり、単一方向性もしくはそれ以上の鋭い指向性を持つアンテナを設置した場合を示す。
このような状態で、例えば、アンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）からのみ電波が放射される場合には、図１４（１）に示すように、車両の左側から任意のキャリア周波数の電波が放出されるとアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。一方、アンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）からのみ電波が放射される場合には、図１４（２）に示すように、車両の中央側から任意のキャリア周波数の電波が放出されアンテナからの距離に反比例して減衰しながら車両の右側に減衰しながら到達する。
【００３２】
ここで左右両方のアンテナ、即ち、アンテナ６Ｇ（またはアンテナ６Ｊ）とアンテナ６Ｈ（またはアンテナ６Ｍ）が電波の放射を行う場合を説明する。
アンテナ６Ｇ（また６Ｊ）から放射された電波は距離が離れると弱まり、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）からの電波を放射が強いためにアンテナ６Ｇ（また６Ｊ）からの電波をかき消して、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）からの電波放射が支配的になる。即ち、アンテナ６Ｈ（また６Ｍ）側では、アンテナ６Ｇ（また６Ｊ）による干渉を強制的に排除する事が可能となる。このことは、各アンテナからの放射を相対しない指向性とするアンテナを設置すると、互いに干渉しないこととなる。
【００３３】
図１５に本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置した車両内の上断面図を示し、図１５（１）は単一方向性アンテナを設置した車両、である。
図１５（１）（２）においては、まず、単一方向性アンテナ６Ｎ（または平面指向性アンテナ６Ｒ）を車両の各部に配置する。指向性の中心線が車両に対して任意の角度θ３を成して電波を放射する。アンテナ６Ｎ（または６Ｒ）から出た電波は指向性平面内の全ての方向に進んでゆくが距離がアンテナから離れるにつれ電波も衰弱する。指向性中心線方向に放出された電波は車両壁面に反射する。反射電波もθ２の角度を持ち反射するが、その反射波のエリアには単一方向性アンテナ６Ｑ（または平面指向性アンテナ６Ｔ）が配置され、反射波に対し十分強い基本電波を放射するため、アンテナ６Ｒ（または６Ｎ）の影響（干渉）はほとんど無視出来る。同様にアンテナ６Ｑ（または６Ｔ）から放射された電波も車両壁面に反射するが、そのエリアには単一指向性アンテナ６Ｐ（または平面指向性アンテナ６Ｓ）が配置されているため同様にアンテナ６Ｑ（または６Ｔ）及びアンテナ６Ｎ（または６Ｒ）の影響（干渉）はほとんど無視出来る。
このように、車両内に各アンテナの指向性の方向を任意の角度を成すように設置することで、互いに他のアンテナの影響を少なくし、且つ、車両内全体を電波エリアとすることが出来る。
【００３４】
図１６に本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置する具体例を示し、図１６（１）は平面アレーアンテナ６Ｕの概略図、図１６（２）は車両内に通常設置される広告板１１の概略図、図１６（３）は広告板１１に平面アレーアンテナ６Ｕを組み込んだ概略図、である。
図１６（１）においては、指向性アンテナとして、縦横規則的に給電点６ａを持つ平面アレーアンテナ６Ｕの概略図であり、この平面アレーアンテナ６Ｕを図１６（２）のような一般的に車両内に設置される広告板１１の内部、即ち広告１２の内側に組み込み、図１６（３）に示すようなものとすることで、アンテナ６Ｕそのもののが車両内から直接見えないために美観を損ねることがない。また、広告板は車両の天井付近や上側の側壁等に設置されることが多いため、図１６（３）のようにアンテナ設置するのに都合が良い。
【００３５】
図９は、本発明の実施の形態に係る車両を連結した場合のシステム構成図を示す。
サーバー車両２０と、それに連結される複数の従属車両２１（＃１〜＃ｎ）から構成される。また、サーバー車両の外部通信アンテナ２２を介して無線通信される無線基地局２２が駅や線路付近等の外部に設置され、この無線基地局２２は、総合情報センタ２４と接続される。総合情報センタ２４は、インタネット回線や公衆回線、専用回線等の各種回線が接続されて必要な情報を送受信するものである。
サーバ車両２０は、外部通信用アンテナ２２、外部通信装置２５、車内用通信装置２６、車内用アンテナ２７、車両間通信装置２８、及びこれら各種装置を制御するサーバー２９（制御装置）が搭載される。
つぎに、従属車両（＃１〜＃ｎ）２１は、前方車両との車両間通信装置、車内用通信装置、車内用アンテナ、後方車両との車両間通信装置、が搭載される。また、車両間通信装置は前後の車両との通信を行うために同様のもの２つが設置される。
サーバ車両２０、従属車両２１のいずれの客席３４にも、無線端末３５を設置してあり、車両内アンテナ２７との間で無線交信を可能にしている。この車両内アンテナ２７が図１や図４等のアンテナに相当する。また、無償端末には、この他に車掌用端末３６や販売員用端末３７や乗客の持つ携帯無線端末３９等があり、社内アンテナ３７を介して無線交信を可能にしてある。
【００３６】
この無線通信システムでは、外部の無線基地局より受信したデータを外部通信アンテナを介してサーバー車両２０、従属車両２１（＃１〜＃ｎ）、と次々に配信することができ、また、各車両内より車内用アンテナ２７を介して受信したデータを従属車両＃ｎ〜＃１、サーバー車両２０、と次々にデータを纏めながら収集し、外部通信用アンテナ２２を介して無線基地局２３へ送信することができる。これは、多値化変調の無線回線で、ＲＦ周波数または、ＩＦ周波数を順番に並べるようにしてサーバのある車両に伝達して最終的にそこでビットデータに戻して処理するものであり、このことにより、例えば車両内の座席に配置された座席用端末や、車掌用端末、車内販売員用端末、車内に持ち込まれた携帯無線端末、等の各種無線端末装置と車両外部との無線通信を可能とすることができる。
ここで、サーバ車両のサーバ（制御装置）は、多重化された搬送波を送受信し、車両内の各種無線端末への宛先へのデータ送信や、車両内からの各種無線端末からの収集したデータを当該データの送信先を付した状態として纏めて送信する、といった周波数の割当て作業や、同じ周波数帯の中に複数の送信データを多重する作業等を行うものである。従属車両においては、このサーバから割当てられた周波数に従って各車両内にデータを無線送信しつつ次の車両へとデータを渡し、または各車両内の無線端末より受信したデータを収集してサーバ車両側の従属車両にデータを渡す、という作業を行うものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、閉空間のアンテナより放射される電波の遅延波の少ないアンテナの設置及び無線通信システムを提供することができ、また、これにより、電波吸収体や適応的な送受信アンテナ、適応的な復号動作をする受信機などの高価な部品を使用することなく、閉空間内の通信環境を良好にするアンテナの設置及び無線通信システムを提供することができる。
また本発明の別の効果は、車両内に複数のアンテナを設置した場合に各アンテナ間の干渉により通信が不能になるエリアが発生してしまうこと、若しくは、各アンテナの放射電波が合成され、波形が歪んでしまうことを解決する無線通信システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第１の実施例を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図２】 本発明の第１の実施例による車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る車両内部のアンテナと外部壁面との間のアンテナ放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図４】 本発明の実施の形態に係る車両内にアンテナを設置した第２の実施例を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、である。
【図５】 本発明の実施の形態に係る移動する車両が近接した状態での電波放射状態の説明図を示す。
【図６】 本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合の第１の説明図を示す。
【図７】 本発明の実施の形態に係る２階建車両の場合の第２の説明図を示す。
【図８】 本発明の実施の形態に係る車両内の概略図を示し、（１）は車両を横方向から見た側断面図、（２）は車両の内部より見た斜視図、である。
【図９】 本発明の実施の形態に係る車両を連結した場合のシステム構成図を示す。
【図１０】 従来の車両内部のアンテナとその電波放射の説明図を示し、（１）は車両断面図、（２）は車両上面図、（３）はアンテナからの放射が車両の両側面に反射する多重遅延波の波形模式図、（４）はアンテナからの放射が車両前後面に反射する多重遅延波の波形模式図、である。
【図１１】 従来の車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、（１）は無指向性アンテナを設置した車両の側断面図、（２）は指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
【図１２】 従来の車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、（１）はアンテナＸのみの場合の波形、（２）はアンテナＹのみの場合の波形、（３）はアンテナＸとアンテナＹが同相の電波放出した場合の波形、（４）はアンテナＸとアンテナＹが逆相の電波放出した場合の波形、である。
【図１３】 本発明の実施に係る車両内にアンテナを設置した場合の車両側断面図を示し、（１）は無指向性アンテナと指向性アンテナを設置した車両の側断面図、（２）は２つの指向性アンテナを設置した車両の側断面図、である。
【図１４】 本発明に係る車両内のアンテナから放射される電波の減衰と車両内の距離の関係を現す波形図を示し、（１）はアンテナＡのみの場合の波形、（２）はアンテナＢのみの場合の波形、（３）はアンテナＡとアンテナＢが電波放出した場合の波形、である。
【図１５】 本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置した車両内の上断面図を示し、（１）は単一指向性アンテナを設置した車両、（２）は単一指向性アンテナを設置した車両、である。
【図１６】 本発明の実施の形態に係る指向性アンテナを設置する具体例を示し、（１）は平面アレーアンテナの概略図、（２）は車両内に通常設置される広告板の概略図、（３）は広告板に平面アレーアンテナを組み込んだ概略図、である。
【符号の説明】
１ 車両
５ 窓
６ 指向性アンテナ
Claims (3)
- 両側面に窓を有する車両内に複数の指向性アンテナを設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置。
- 両側面に窓を有する車両内の、車両長手方向の２列にわたって複数の指向性アンテナを整列したアンテナ群を設けると共に、各アンテナの指向性が、そのアンテナ付近の車両窓方向を向くように設定した車両内アンテナ装置。
- ２列のアンテナ群の横方向に並んだ各１対のアンテナの指向性が、互いに相手のアンテナに近い側の車両窓方向を向くように設定した請求項２の車両内アンテナ装置。
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