JP4147177B2 - 車載用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される車載用アンテナ装置に関し、特に、アンテナ形状等の構成に関する。

自動車交通の安全の確保と交通流の改善による渋滞発生の抑制を目的として、車群協調走行システムの研究が進められている。車群協調走行とは、車群内で各車両が互いに安全かつ効率的な車間距離と相対速度を維持して走行する形態である。各車両は、自車の位置、速度などの車両制御情報を周辺車両と交換し、自車と周辺車両間の相対位置や相対速度を相互に認識し合う。車群協調走行システムの実現には、制御に必要な情報を車両間で送受する車車間通信（Inter-Vehicle Communications :IVC）技術の確立が必要である。

特に、車載無線機間での車両制御情報の交換に対しては、情報をリアルタイムかつ高品質に伝送する狭域区間通信（Dedicated Short Range Communication :DSRC）型ＩＶＣシステムの開発が望まれている。

しかし、マイクロ波帯およびミリ波帯ＤＳＲＣ型ＩＶＣシステムの物理層に関わる無線伝送方式は、現時点で確立していない。

このような状況において、機械技術研究所（ＭＥＬ）と（財）自動車走行電子技術協会（ＪＳＫ）の共催による公開デモンストレーションデモ２０００では、５台の自動車を用いた車群協調走行実験の成功により、その有効性が実フィールドで確認された（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、このデモ２０００で用いられたＤＳＲＣ型ＩＶＣシステムの物理層について説明する。無線搬送波周波数は５．８ＧＨｚ、送信電力は１０ｄＢｍ、変調方式はπ／４シフトＱＰＳＫである。アンテナは、ゲイン５ｄＢｉで水平無指向性を有する。図１０は、デモ２０００で使用された車載用アンテナ装置の外観写真画像である。この従来の車載用アンテナ装置では、棒状のアンテナエレメント４０が、棒状の接地部材５０およびベース部材６０を介して車両のルーフに設置される。図１１は、アンテナエレメント４０の内部構成を示す概略図である。図１１に示されるとおり、アンテナエレメント４０は、スリーブアンテナを縦方向に３段積み重ねアレー化したものである。このようなスリーブアンテナが積み重ねられてなるコリニアアンテナは、特許文献１に開示されている。

特開平８−１３９５２１号公報 徳田清仁、"デモ２０００協調走行の車々間通信技術"、信学技報、電子情報通信学会、ITS2000-46(2001-01)

しかし、車車間通信を利用した車群協調走行のデモで使用されていた車載用アンテナ装置は、高さが約４５０ｍｍあり、車両搭載時に車両の外観を損なう。そこで、本発明は、車車間通信に適した低背型の車載用アンテナ装置を提供する。

本発明は、接地導体板上に略垂直にコリニアアンテナが設けられてなる車載用アンテナ装置であって、前記コリニアアンテナは、長さ略（１／２）・λ（λは使用波長）の２つの直線状アンテナエレメントが位相部を介して互いに接続されてなり、前記位相部は、前記２つの直線状アンテナエレメントに略平行であり長さ略（１／６）・λの３つの直線状導体部が略Ｓ字状に接続されてなり、前記接地導体板は、半径が略（１／２）・λの略円形状であり、その中心部に前記コリニアアンテナが設けられていることを特徴とする。

本発明の一態様では、車載用アンテナ装置は、前記接地導体板および前記コリニアアンテナを覆う誘電体ケースを有し、当該誘電体ケースのうち前記接地導体板周りの部分の断面形状は、略円形状である。

本発明によれば、２つの直線状アンテナエレメントを位相部を介して互いに接続して２段コリニアアンテナを構成し、これを接地導体板上に設置することによって車載用アンテナ装置を構成するので、車車間通信に適した低背型の車載用アンテナ装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は、本実施の形態に係る車載用アンテナ装置１００の概略構成を示す斜視図である。この車載用アンテナ装置１００は、車両のルーフ等に設置されて、ＤＲＳＣ型ＩＶＣシステムで用いられるものである。ただし、車載用アンテナ装置１００は、路車間通信（Road to Vehicle Communication :RVC）等の他の用途で用いられてもよい。

図１において、車載用アンテナ装置１００は、接地導体板１０上に略垂直に２段コリニアアンテナ２０が設けられた構成を有する。２段コリニアアンテナ２０の接地導体板１０側の端部（給電点）には、給電線である同軸ケーブルＣの中心導体が接続され、接地導体板１０には、同軸ケーブルＣの外部導体が接続されている。なお、給電点と接地導体板１０とは電気的に直接には接続されていない。接地導体板１０および２段コリニアアンテナ２０は、図２に示されるとおり、誘電体ケース３０で覆われている。

接地導体板１０は、２段コリニアアンテナ２０のアンテナ地板である。また、接地導体板１０は、車両のルーフ等に略平行に誘電体ケース３０を介して絶縁状態で設置される。なお、接地導体板１０の具体的な形状については、後で詳しく説明する。

２段コリニアアンテナ２０は、２つの直線状アンテナエレメント２１、２２が位相部２３を介して接続された構成となっている。ここで、直線状アンテナエレメント２１、２２の長さは、使用波長λの略１／２である。また、接地導体板１０側の直線状アンテナエレメント２１の接地導体板１０側の端部は給電点となっている。位相部２３は、直線状アンテナエレメント２１、２２の信号の位相を同位相とする役割を果たす。これにより、直線状アンテナエレメント２１、２２に同相、同大の電流がのり、コリニアアンテナとして良好に動作することとなる。

本実施の形態では、２段コリニアアンテナ２０は、誘電体基板（プリント基板）２０ａ上に導体線がパターニングされたものである。直線状アンテナエレメント２１、２２は、長さ略（１／２）・λの導体線で構成されている。位相部２３は、直線状アンテナエレメント２１、２２に略平行な３本の直線状導体部２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、および、直線状アンテナエレメント２１、２２に略垂直な２本の直線状導体部２３ｄ、２３ｅが略Ｓ字状に接続された構成となっている。ここで、直線状導体部２３ａ、２３ｂ、２３ｃの長さは、高い利得を得るため、略（１／６）・λとなっている。したがって、２段コリニアアンテナ２０の全長（高さ）は（７／６）・λである。使用周波数が５．８ＧＨｚである場合、使用波長λは約５２ｍｍであり、２段コリニアアンテナ２０の全長は約６１ｍｍである。

なお、２段コリニアアンテナ２０は、導体が上記のとおりに配線された構成であればよく、具体的な態様は上記に限定されない。また、位相部２３は、直線状アンテナエレメント２１、２２の信号の位相を同位相とすることができればよく、例えば、図３や４に示される形状であってもよい。

つぎに、接地導体板１０の好ましい形状について説明する。下記の条件で、接地導体板１０を円形とした場合と正方形とした場合とで、水平面内指向性を実測した。なお、いずれの場合においても、接地導体板１０の中心部に２段コリニアアンテナ２０を配置した。

測定場所は電波暗室、送受信間隔は８０００ｍｍ（１０λ以上）、周波数は５．８ＧＨｚ、とした。また、自動車のルーフの代わりに直径１５００ｍｍのアルミ板を敷き、このアルミ板の中心に絶縁状態で車載用アンテナ装置１００を設置した。

図５に、接地導体板１０が円形の場合と正方形の場合との水平面内指向性の実測結果を示す。図５において、実線は円形の場合を示し、破線は正方形の場合を示す。この実測結果より、円形の場合の方が無指向性に近いことが分かる。ここで、車車間通信を良好に行うためには、車載用アンテナ装置１００は水平面内無指向性であることが望ましい。よって、接地導体板１０の形状は、円形状であることが好ましい。

つぎに、接地導体板１０が円形状である場合において、接地導体板１０の好ましい半径について説明する。上記測定と同じ条件において、半径を変化させて反射特性（リターンロス）および水平面内指向性を実測した。

図６に、接地導体板１０の半径を変化させた場合のリターンロスの実測結果を示す。図７に、接地導体板１０の半径を変化させた場合の水平面内指向性の実測結果を示す。さらに、図８に、接地導体板１０の半径を変化させた場合のリターンロスおよび利得の実測値を示す。図６および７において、破線は半径（３／８）・λの場合、実線は半径（１／２）・λの場合、一点鎖線は半径（５／８）・λの場合を示す。図６および８より、半径（１／２）・λの場合に、最もリターンロスが小さいことが分かる。また、図７および８より、半径（１／２）・λの場合に、最も利得が高いことが分かる。よって、接地導体板１０の半径は、（１／２）・λであることが好ましい。そして、図８から分かるように、接地導体板１０を半径（１／２）・λの円形状とした場合、従来の車車間通信用アンテナの利得と同等の５ｄＢｉを満足することができる。

つぎに、誘電体ケース３０のうち接地導体板１０周りの部分３０ａの好ましい断面形状について説明する。上記測定と同じ条件において、接地導体板１０周りの部分３０ａの断面形状を円形状とした場合と楕円形状とした場合とで、水平面内指向性を実測した。なお、誘電体ケース３０の比誘電率は３．５であり、厚さは２ｍｍである。

図９に、部分３０ａの断面形状が円形状の場合と楕円形状の場合との水平面内指向性の実測結果を示す。図９において、実線は円形状の場合を示し、破線は楕円形状の場合を示す。この実測結果より、円形状の場合の方が無指向性に近いことが分かる。よって、誘電体ケース３０のうち接地導体板１０周りの部分３０ａの断面形状は、円形状であることが好ましい。

以上のとおり、本実施の形態に係る車載用アンテナ装置１００によれば、高さ略（１／２）・λの２つの直線状アンテナエレメント２１、２２を高さ略（１／６）・λの位相部２３を介して接続することにより２段コリニアアンテナ２０を構成するので、従来よりもアンテナの高さを低くすることができる。また、アンテナ地板として板状の接地導体板１０を用いるので、棒状の接地部材を用いる従来のアンテナ装置よりも、アンテナ装置全体の高さを低くすることができる。また、２段コリニアアンテナとすることで、水平面内指向性が無指向性に近く、利得が大きいアンテナとすることができる。この結果、車車間通信に適した低背型の車載用アンテナ装置を実現することができる。

また、接地導体板１０を略円形状とし、その中心部に２段コリニアアンテナ２０を設置することにより、水平面内指向性をより無指向性に近づけることができ、より車車間通信に適した低背型の車載用アンテナ装置を実現することができる。

さらに、接地導体板１０の半径を（１／２）・λとすることにより、従来の車車間通信用アンテナの利得と同等の５ｄＢｉを満足することができる。

また、誘電体ケース３０のうち接地導体板１０周りの部分３０ａの断面形状を略円形状とすることにより、水平面内無指向性を保ちつつ、接地導体板１０および２段コリニアアンテナ２０を覆うことができる。

車載用アンテナ装置１００の概略構成を示す斜視図である。 車載用アンテナ装置１００の概略構成を示す側面図である。 位相部２３の他の構成例を示す図である。 位相部２３の他の構成例を示す図である。 接地導体板１０が円形の場合と正方形の場合との水平面内指向性の実測結果を示す図である。 接地導体板１０の半径を変化させた場合のリターンロスの実測結果を示す図である。 接地導体板１０の半径を変化させた場合の水平面内指向性の実測結果を示す図である。 接地導体板１０の半径を変化させた場合のリターンロスおよび利得の実測値を示す表である。 誘電体ケース３０の部分３０ａの断面形状が円形状の場合と楕円形状の場合との水平面内指向性の実測結果を示す図である。 デモ２０００で使用された車載用アンテナ装置の外観写真画像である。 アンテナエレメント４０の内部構成を示す概略図である。

符号の説明

１００ 車載用アンテナ装置、１０ 接地導体板、２０ ２段コリニアアンテナ、２０ａ 誘電体基板、２１,２２ 直線状アンテナエレメント、２３ 位相部、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ 直線状導体部、３０ 誘電体ケース。

Claims (2)

1. 接地導体板上に略垂直にコリニアアンテナが設けられてなる車載用アンテナ装置であって、
   前記コリニアアンテナは、長さ略（１／２）・λ（λは使用波長）の２つの直線状アンテナエレメントが位相部を介して互いに接続されてなり、
   前記位相部は、前記２つの直線状アンテナエレメントに略平行であり長さ略（１／６）・λの３つの直線状導体部が略Ｓ字状に接続されてなり、
   前記接地導体板は、半径が略（１／２）・λの略円形状であり、その中心部に前記コリニアアンテナが設けられている、
   ことを特徴とする車載用アンテナ装置。
2. 請求項１に記載の車載用アンテナ装置であって、
   前記接地導体板および前記コリニアアンテナを覆う誘電体ケースを有し、
   当該誘電体ケースのうち前記接地導体板周りの部分の断面形状は、略円形状であることを特徴とする車載用アンテナ装置。