JP4749164B2

JP4749164B2 - 漏れ波スロットアンテナ

Info

Publication number: JP4749164B2
Application number: JP2006017051A
Authority: JP
Inventors: 敦毛塚; 保裕風間; 弘幸木田; 尚久後藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007201745A

Description

本発明は、マイクロ波或いはミリ波を用いた路車間通信システムにおける、路側設置アンテナの技術分野に属する。

このような路側設置アンテナは、例えば車両に搭載されたアンテナの位置が車両の移動により移動しても路側アンテナと車両側アンテナ間の互いの受信レベルがあまり変化しないように、路側設置アンテナの俯角又は仰角の指向性をなるべくコセカント２乗特性に近いものになるようにしている。

このようなアンテナとしては、導波管の壁面に長手方向が管軸方向のスロットを千鳥に管軸方向に多数設けたものを垂直に立てたもの（例えば特許文献１参照）や、地板導体の表面に断面矩形の角棒状に形成された所定長さの複数本の誘電体上に、誘電体と同一幅の金属ストリップを装荷体として長さ方向に沿って間欠的に形成されたものを垂直に立てたもの（例えば特許文献２参照）や、アンテナ素子が垂直に配列され各アンテナ素子への給電振幅および位相を選んで設定するもの（例えば特許文献３参照）などがある。

これらのアンテナに共通するのは、図５に示すように、導波管や角棒状の誘電体を路面６上に垂直に立てたアンテナ１２を用いることにより、垂直面指向特性のビームピーク８が水平方向を向き、コセカント２乗に似た特性で車両側アンテナと路側設置アンテナとの距離の遠近による受信波強度の差が少なくなるようになっている点である。
即ち、アンテナの長手方向とビームピークの方向とが直角になっているということである。
特開平１０−３０８６２７号公報（図１、図２の（ｃ））特開平１１−２３４０３６号公報（図１、図５）特開２００３−２４９８１９号公報（図２、図３）

以上のように従来のアンテナは、いずれもアンテナの長手方向とビームピークの方向が直角であるため、ビームピークを水平に向けて用いるためには、アンテナの長手方向を垂直にしなければならない。従って、路車間通信の場合にはアンテナを路面上或いは、路面に近接した位置に垂直に設置しなければならないことになるが、このように路面或いは路面に近接した位置に棒状の構造物を垂直に設置することは、人の往来や車両の交通にとって邪魔な要素になる一方、アンテナの指向性を乱さないようにするために充分な防護構造物を設けることも行いにくく、破損事故も発生し易いという問題がある。

本発明は、従来のアンテナの上記問題点に鑑みて、長手方向を水平にして、例えば図２のように路面と面一に設置しても路車間通信に用いることのできる指向性を有するアンテナを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための本発明の構成は、一方の狭壁面に管軸方向のスロットが設けられた方形導波管内で、前記一方の狭壁面側に誘電体が装着され、該誘電体の、反対狭壁面側の面が管軸方向に沿って傾斜していることを特徴とする漏れ波スロットアンテナである。

図１のように狭壁面に管軸方向に長手のスロットを切った方形導波管に給電すると、伝送方向とは異なる方向に放射が起きる。そのビームピークの放射角を狭壁面に垂直な軸Ｘに対してφとするとφは、数式１で表される。

ここで、βは導波管内の伝搬定数であり、ｋ_０は自由空間での伝搬定数である。

導波管内が中空である場合には、β＜ｋ_０であるため、放射角φは小さく、ビームピークは、管軸方向に対して立ち上がった方向にある。
これに対して、導波管内の比誘電率ε_ｒを大きくして行くと、βがｋ_０に近付きβ／ｋ_０が１に近付くため、φが９０度つまりビームピークは管軸方向に近付くことになる。
本発明の構成では導波管内に誘電体を充填しているので、管内比誘電率が大きくなりビームピークを管軸方向に向けることができる。

従って、ビームピークを水平方向にしてアンテナを設置したい場合に、アンテナの長手方向を水平にして設置することができ、例えばスロットの切ってある面を上面に出して道路に埋設することができ、電波を透過する材質の保護板を被せて路面と面一にすることにより、車両や歩行者の邪魔にならないようにして設置することができるという利点がある。

また、上記のように狭壁面に管軸方向スロットを切った方形導波管の管内に誘電体を充填すると、ビームピークが管軸方向を向くとともに、管軸方向からの角度をθとすると、その角度方向におけるアンテナ利得特性がコセカント２乗（Ｃｏｓｅｃ^２θ）曲線に近い曲線を挟んで山と谷を繰り返すリップルを有する特性が得られる。

従って、このような指向特性のアンテナを路車間通信における路側設置のアンテナとして用いることにより、車両の位置に関わらず、路側或いは車両アンテナの受信レベルの変動が少ないという利点がある。

本発明の構成は、導波管内の空間すべてに誘電体を充填するのではなく、誘電体の、スロットを設けていない狭壁面に面する側が管軸方向に傾斜している。
即ち、管軸方向断面で見た場合、誘電体の割合と空間の割合が管軸方向に進むにつれて変化するということである。
このことは、管軸方向に進むにつれて管内での位相速度が徐々に変化して行くことを意味している。

このように、導波管内位相速度が変化して行くことにより、漏れ波波源の位相分布を乱すことになり、前記コセカント２乗曲線に近い曲線を挟んで現れているリップルの谷（ヌル）が浅くなることになる。
その分ヌル点角度方向での急激な利得低下がなくなるため、よりコセカント２乗指向性に近づけることができる。

本発明の実施の形態としては、スロットは狭壁面の幅中央に設けるのが最良である。
また、長尺に渡る場合にはスロットの途中にブリッジを掛けるのがよい。
スロット部分における誘電体は、狭壁面外面と面一にするのがよい。

以下、本発明の漏れ波スロットアンテナの実施例を図面を参照して説明する。
図１は、方形導波管１の狭壁面３に管軸方向のスロット２が切られ、そして方形導波管１の内部空間には誘電体４が全充填されている斜視図である。
図２は、このようなアンテナ５を路面６に水平に置いた場合の放射パターン７を示す図である。ビームピーク８がほぼ水平方向を向いている。
図３の（ａ）は、図１のようなアンテナにおいて、導波管としてＷＲ−１５を用い、誘電率１．７の誘電体を充填し、周波数６０ＧＨｚにおける垂直面内放射指向性をシミュレーションした図である。横軸は図１のφであり、縦軸はアンテナ利得をｄＢｉで示したものである。
φ＝０度、即ち、真上の方向から、角度が大きくなるにつれ山と谷を繰り返しながら、Ｃｏｓｅｃ^２の曲線にほぼ沿いつつ上昇して行き、ほぼ水平に近い約８０度付近でピークに達し、以後は急激に低下するというパターンを示している。

以上は、導波管内一杯に、誘電体を充填した場合であるが、図３の（ｂ）は誘電体４に図４の（ａ）に示すように方形導波管の広壁面から見た断面において、傾斜面１０を設けた場合の垂直面内放射指向特性である。

図４の（ａ）のような傾斜を設けることにより導波管内の位相速度が変化して行き、漏れ波波源の位相分布を乱すことにより、図３の（ａ）の０度〜７０度における谷が浅くなり、図３の（ｂ）に示されるようにＣｏｓｅｃ^２曲線に対してヌル点が上昇している。
このように、ヌル点の落ち込みが浅くなることは、通信不能或いは通信困難の確率を小さくし通信システムとして好ましい結果をもたらす。

図３の（ｂ）の特性は、図４の（ａ）のように入力側の誘電体は薄く、前方へ進行するにつれて厚くなるという傾斜の場合であるが、図４の（ｂ）のように逆傾斜或いは（ｃ）のように曲線的傾斜をもたせてもリップルの調整を行うことができる。

誘電体全充填漏れ波スロットアンテナの実施例の斜視図である。図１のアンテナを路面に水平に置いた場合の放射パターンを示す図である。図１のアンテナと本発明アンテナの垂直面内放射指向特性のシミュレーションパターン比較図である。本発明における導波管内誘電体の各種傾斜面を示す図である。従来アンテナの垂直設置と水平方向ビームピークを示す図である。

符号の説明

１方形導波管
２スロット
３狭壁面
４誘電体
５アンテナ
６路面
７放射パターン
８ビームピーク
９導波管スロット面
１０傾斜面
１１空間
１２アンテナ
１３放射パターン

Claims

一方の狭壁面に管軸方向のスロットが設けられた方形導波管内で、前記一方の狭壁面側に誘電体が装着され、該誘電体の、反対狭壁面側の面が管軸方向に沿って傾斜していることを特徴とする漏れ波スロットアンテナ。